Исследование закономерностей влияния вариативности химического состава, термомеханической и термической обработок на структурно-фазовое состояние и характеристики механических свойств интерметаллидного бета-затвердевающего TiAl-сплава, содержащего гадолиний.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10249

НазваниеИсследование закономерностей влияния вариативности химического состава, термомеханической и термической обработок на структурно-фазовое состояние и характеристики механических свойств интерметаллидного бета-затвердевающего TiAl-сплава, содержащего гадолиний.

Руководитель Панин Павел Васильевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения

Ключевые слова Сплав на основе алюминида титана TiAl, гамма-сплавы, редкоземельные элементы, микролегирование, структура, фазовый состав, механические свойства, кристаллографическая текстура, термомеханическая обработка, термическая обработка.

Код ГРНТИ53.49.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сплавы на основе эквиатомного алюминида титана TiAl (гамма-сплавы) представляют собой перспективный класс интерметаллидных жаропрочных материалов благодаря уникальному сочетанию удельной жесткости и прочности с одной стороны и высокому сопротивлению окислению – с другой. Указанные характеристики, являющиеся следствием самой природы интерметаллидов системы Ti–Al, определяют работоспособность гамма-сплавов в процессе эксплуатации при температурах 600–850°С. Однако одним из основных недостатков, ограничивающих практическое применение гамма-сплавов, независимо от того, по какой технологии получены изделия или полуфабрикаты из них (литье, обработка давлением или аддитивное производство), является низкая пластичность в широком интервале температур. В то же время этот недостаток не является принципиально неустранимым. Но проблема получения оптимального баланса механических характеристик, ответственных за работоспособность материала и удовлетворяющих современным требованиям техники до сих пор остается нерешенной. Научная проблема, на которую направлен проект, связана с разработкой методов управления структурно-фазовым состоянием интерметаллидных сплавов на основе TiAl с целью получения в них высоких физико-механических и эксплуатационных характеристик для изделий перспективной техники. Из всех известных к настоящему времени поколений гамма-сплавов наиболее перспективными с точки зрения пластичности и технологичности являются так называемые бета-затвердевающие гамма-сплавы, содержащие 43–45 ат.% Al. Однако в все еще открытым остается вопрос о рациональном выборе системы легирования, режимов термической и термомеханической обработок для гамма-сплавов, затвердевающих полностью через β-фазу, с целью получения в них микроструктуры пластинчатого типа с малым размером колоний – именно такая морфология структуры, согласно литературным данным, является наиболее предпочтительной для обеспечения одновременно высокой пластичности, прочности и вязкости разрушения. Цель проекта – установить закономерности влияния вариативности химического состава бета-затвердевающего гамма-сплава, а также термической и термомеханической обработок на формирование структурно-фазового состояния, кристаллографической текстуры упорядоченных фаз, а также механические свойства при комнатной и повышенных температурах. Достижению поставленной цели будет способствовать решение конкретной задачи, заключающейся в исследование закономерностей формирования структуры, фазового состава и текстуры в новом отечественном гамма-сплаве Ti–44,5Al–2V–1Nb–2Cr/1Zr–0,05Gd (ат.%) с учетом вариативности его химического состава при термической и термомеханической обработках и влияния на механические свойства. Научная новизна поставленной задачи заключается в получении ряда научных результатов мирового уровня при ее решении, таких как: - закономерности влияния вариативности химического состава (Cr, Zr, Gd), термомеханической и термической обработок нового гамма-сплава на формирование его фазового состава, структуры, текстуры и свойств; - технологические параметры термомеханической и термической обработок, обеспечивающие получение максимально изотропной термически стабильной ламельной внутризеренной (γ+α2)-структуры с контролируемым типом межзеренных и межфазных границ и размером пластинчатых колоний не более 80 мкм, которая, в свою очередь, обеспечивает повышение низкотемпературной и высокотемпературной пластичности и прочности по сравнению с литым состоянием. Актуальность обозначенной проблемы для области инженерных наук обусловлена стремлением осуществлять рациональный научно обоснованный выбор технологических режимов обработки гамма-сплавов. В практическом плане решение проблемы повышения пластичности природно хрупких, но чрезвычайно перспективных материалов, таких как легкие высокожаропрочные гамма-сплавы, за счет термомеханической обработки даст научное обоснование возможности применения сплавов на основе TiAl для изготовления ответственных изделий техники, в частности деталей горячего тракта газотурбинных двигателей роторного качества: изготовление из гамма-сплавов рабочих и сопловых лопаток последних ступеней ТНД весовая эффективность может достигать 180 кг на один моторокомплект лопаток по сравнению с традиционными никелевыми сплавами, имеющими в два раза более высокую плотность.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Панин П.В., Ночовная Н.А., Лукина Е.А., Кочетков А.С. Effect of chemical composition variability on phase composition and structure of beta-solidifying TiAl-alloy in as-cast condition Inorganic Materials: Applied Research, Vol. 10, No. 2, pp. 316–321 (год публикации - 2019)
10.1134/S2075113319020333

2. Панин П.В., Ночовная Н.А., Лукина Е.А., Кочетков А.С. Определение критических точек нового бета-затвердевающего TiAl-сплава с микродобавками Gd Техническая программа и тезисы школы молодых ученых «Структура и свойства высокоэнтропийных сплавов и покрытий» (НИУ «БелГУ», 9-11 окт. 2019 г.), Структура и свойства высокоэнтропийных сплавов и покрытий: Техническая программа и тезисы школы молодых ученых / под ред. Г.А. Салищева, М.С. Тихоновой, Е.А. Щиголевой. - Белгород: ООО «Эпицентр», 2019. - С. 48–49. (год публикации - 2019)

3. Панин П.В., Кочетков А.С., Заводов А.В., Лукина Е.А. Effect of Gd addition on phase composition, structure, and properties of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr and Cr content variability Intermetallics, Vol. 121, Art. 106781 (год публикации - 2020)
10.1016/j.intermet.2020.106781

4. Кочетков А.С., Панин П.В., Ночовная Н.А., Макушина М.А. Исследование химической неоднородности слитков бета-затвердевающего TiAl-сплава вариативного состава / Research on chemical inhomogeneity of beta-solidifying TiAl-alloy ingots Металлург / Metallurgist (год публикации - 2020)

5. Ночовная Н.А., Базылева О.А., Каблов Д.Е., Панин П.В. Интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля Изд. "ВИАМ", Москва, Интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля / под общ. ред. Е.Н. Каблова. - 2-е изд., с изм. и доп. - М.: ВИАМ, 2019. - 316 с. : ил. (год публикации - 2019)

6. Панин П.В., Ночовная Н.А., Каблов Д.Е., Алексеев Е.Б., Ширяев А.А., Новак А.В. Практическое руководство по металлографии сплавов на основе титана и его интерметаллидов Изд. «ВИАМ», Москва, Практическое руководство по металлографии сплавов на основе титана и его интерметаллидов: учебное пособие / под общ. ред. Е.Н. Каблова. – М.: ВИАМ, 2020. – 200 с. : ил. (год публикации - 2020)

7. Панин П.В., Алексеев Е.Б., Лукина Е.А. Оценка технологичности бета-затвердевающего TiAl-сплава с вариативным содержанием Zr, Cr и Gd при изотермической осадке Тезисы международной конференции и школы молодых ученых «Получение, структура и свойства высокоэнтропийных материалов» (НИУ «БелГУ», 14–16 окт. 2020 г.), Получение, структура и свойства высокоэнтропийных материалов: Тезисы международной конференции и школы молодых ученых / под ред. Г.А. Салищева, М.С. Тихоновой, Е.А. Поволяевой. – Белгород: ООО «Эпицентр», 2020. – С. 22. (год публикации - 2020)

8. Панин П.В., Лукина Е.А. Machinability assessment of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr, Cr, and Gd content variability MaterialsToday: Proceedings, Vol. 38, Part 4, pp. 1714–1718 (год публикации - 2020)
10.1016/j.matpr.2020.08.233

9. Панин П.В., Алексеев Е.Б., Лукина Е.А. Deformability assessment of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr, Cr, and Gd content variability IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 1014, Art. 012040 (год публикации - 2021)
10.1088/1757-899X/1014/1/012040

10. Панин П.В., Лукина Е.А., Ширяев А.А. Temperature–Time–Transformation diagrams construction for beta-solidifying TiAl-based alloy in as-cast condition IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 1079, Art. 062010 (год публикации - 2021)
10.1088/1757-899X/1079/6/062010

11. Панин П.В., Лукина Е.А., Кочетков А.С., Яковлев А.Л., Пахомкин С.И., Сперанский К.А. Определение критических точек бета-затвердевающегоTiAl-сплава вариативного состава / Determination of critical points of beta-solidifying TiAl-alloy of variable composition Металлург / Metallurgist, №4, С. 74–82 / Vol. 65, Nos. 3-4 (год публикации - 2021)
10.52351/00260827_2021_04_74

12. Макушина М.А., Кочетков А.С., Панин П.В., Ночовная Н.А. Возможность получения однородного химического состава полуфабрикатов из интерметаллидных титановых гамма-сплавов Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения в области создания перспективных легких сплавов и покрытий для авиационной и космической техники» (ФГУП «ВИАМ», 16 апреля 2021 г.), Современные достижения в области создания перспективных легких сплавов и покрытий для авиационной и космической техники: Материалы Всероссийской научно-технической конференции / ФГУП «ВИАМ». – М.: ВИАМ, 2021. – С. 203–218. (год публикации - 2021)

Публикации