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 18-19-00594
НазваниеНаучные основы управления процессами структурообразования гетерофазных высоколегированных никелевых сплавов с повышенным комплексом механических свойств для изготовления деформационными методами деталей, применяемых в авиа-космической отрасли
Руководитель Имаев Ренат Мазитович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук , Республика Башкортостан
Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова жаропрочный высоколегированный никелевый сплав, деформация, механизм деформации, структура, фаза, механизм структурообразования, технологические свойства, сверхпластичность, ультразвуковое модифицирование поверхности, механические свойства
Код ГРНТИ53.49.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Повышение эффективности ракетных и авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) требует разработки новых материалов и технологических процессов, которые бы удовлетворяли возрастающие эксплуатационные требования, обусловленные повышением температуры и нагруженности деталей. В первую очередь это относится к жаропрочным никелевым сплавам. Выбор материала для газовых турбин определяется температурой нагрева и силовым воздействием на детали двигателя при эксплуатации. Вследствие этого, постоянно ведется активный поиск новых сплавов для изготовления особо ответственных деталей ГТД с повышенными служебными свойствами. При создании новых конкурентоспособных никелевых сплавов большое значение имеет микроструктура и механические свойства, определяющие эксплуатационные характеристики, работоспособность, ресурс и надежность ГТД. Разработка сплавов на основе никеля ведется по нескольким направлениям. Основным направлением является увеличение объемной доли упрочняющей фазы. Другие направления связаны с применением легирующих элементов, образующих дисперсные частицы, отличные от гамма штрих фазы и упрочняющие матрицу сплава. К таким элементам относится, в частности, рений. Известно, что его введение существенно повышает сопротивление ползучести и усталостные свойства сплава в монокристаллическом состоянии. Рений входит в состав известных монокристаллических сплавов второго и третьего поколения: PWA1484, CMSX-4, CMSX-10, Rene N5 и Rene N6. Присутствие рения в сплаве повышает сопротивление движению дислокаций, при этом точный механизм влияния тяжелых элементов рения до конца не изучен. Исследования показали, что при низких концентрациях рений может образовывать с никелем твердый раствор, в котором, согласно теоретическим расчетам, может формироваться ближний порядок, который, по всей видимости, способствует замедлению диффузионных процессов в γ-фазе при повышенных температурах. Полученные данные указывают на два важных фактора: 1) рений в большей степени распределяется в γ-фазе, где дислокационная активность имеет место преимущественно на третьей (ускоренной) стадии ползучести; 2) рений замедляет дислокационную подвижность в области межфазных границ. Несоответствие решеток фаз изменяет морфологию гамма штрих фазы при изотермическом старении, благоприятствуя образованию мелких, кубических и ориентированных выделений гамма штрих фазы. Несмотря на влияние рения на размер, форму и распределение гамма штрих фазы, он не имеет большого влияния на объемную долю гамма штрих фазы, а основной целью добавления рения в сплавы является повышение предела ползучести. Кроме этого рений повышает температуру плавления сплава. Таким образом, постоянно требуется создавать и исследовать новые сплавы с повышенной прочностью, как при комнатной, так и повышенных температурах. В этой связи НПО Сатурн и НТЦ «Технологии специальной металлургии», МИСиС разработали новые высоколегированные никелевые сплавы СДЖС-15 и СЛЖС-1Р. Увеличение легирования сплавов влечет за собой проблему их обработки вследствие снижения их деформационной способности и механической обрабатываемости. Сплав СДЖС-15, содержащий рений, по составу близок к некоторым монокристаллическим сплавам, что определяет его особо низкую деформационную способность. Сплав СЛЖС-1Р разработан как продолжение развития сплавов серии ЖС с температурой растворения упрочняющей фазы выше 1200°С. Исследование деформационного поведения таких сплавов, полученных литьем, и разработка оптимальных условий деформационной и термической обработки для достижения высоких механических свойств имеет не только научное, но и большое практическое значение. В результате выполнения проекта ожидается определить механизмы деформации, механизмы структурообразования, а также условия формирования мелкозернистой, крупнозернистой и бимодальной ("ожерелье") структур, выделения упрочняющих фаз, карбидов высоколегированных сплавов, что при высокой легированности сплавов является научной новизной. Важным также представляется изучение возможности образования лантанидов, алюминидов Re и других топологически плотно упакованных фаз. Дополнительное ультразвуковое модифицирование поверхности частей детали работающих в "холодной" зоне (до 650°С) позволит повысить усталостные свойства. Результаты, полученные на исследуемых сплавах, методы обработки будут распространены на всю группы высоколегированных никелевых сплавов. Прогнозируемые механические свойства сплава СДЖС-15 при комнатной температуре - временное сопротивление разрыву >1700 МПа, относительное удлинение >10%; при 650°С - временное сопротивление разрыву >1470 МПа, длительная прочность более 100 часов при 650°С и нагрузке 1000 МПа являются рекордными среди никелевых сплавов, применяемыми для ракетной и авиационной техники и могут быть предложены для создания техники следующих поколений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Мухтаров Ш.Х., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Гайсин Р.А., Логунов А.В., Имаев В.М., Имаев Р.М.
Microstructure and mechanical properties of a novel polycrystalline rhenium-containing nickel-based disc superalloy subjected to hot forging
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 447 (2018) 012055 (год публикации - 2018)
10.1088/1757-899X/447/1/012055
2.
Шахов Р.В., Ганеев А.А., Мухтаров Ш.Х., Логунов А.В., Имаев В.М., Имаев Р.М.
Microstructure and mechanical properties of a novel high Co + W polycrystalline nickel-based blade superalloy
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 447 (2018) 012045 (год публикации - 2018)
10.1088/1757-899X/447/1/012045
3. Мухтаров Ш.Х., Гайсин Р.А., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Имаев В.М., Логунов А.В., Имаев Р.М. Микроструктура и деформационное поведение экспериментального рений содержащего никелевого сплава Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы: Сборник тезисов докладов Открытой школы-конференции стран СНГ. РИЦ БашГУ, 1-5 октября 2018 г., г. Уфа, с. 181-182. (год публикации - 2018)
Публикации
1.
Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М., Логунов А.В., Шмотин Ю.Н., Михайлов А.М., Гайсин Р.А., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Имаев Р.М.
Recrystallisation behaviour and mechanical properties of a novel Re-containing nickel-base superalloy
Materials Science and Technology, Volume 35, Issue 13, Pages 1605-1613 (год публикации - 2019)
10.1080/02670836.2019.1633726
2.
Имаев В.М., Мухтаров Ш.Х., Логунов А.В., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Имаев Р.М.
Effect of thermomechanical treatment on the microstructure and mechanical properties of a novel heavily alloyed nickel base superalloy
Letters on Materials, 9, 2, p. 249-254 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-2-249-254
3.
Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Логунов А.В., Имаев Р.М.
Влияние термомеханической обработки на микроструктуру и механические свойства высоколегированного никелевого сплава, по составу близкого к монокристаллическим
XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сборник трудов (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-congress-v3
4.
Имаев В.М., Мухтаров Ш.Х., Логунов А.В., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Шайхутдинова Л.Р., Имаев Р.М.
Effect of thermomechanical treatment on the microstructure and mechanical properties of a nickel base superalloy heavily alloyed with substitution elements
Letters on Materials, 9, 4, p. 465-469 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-4-465-469
5.
Зайнуллин Р.И., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Логунов А.В., Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М.
Microstructure and mechanical behavior at elevated temperatures of a novel nickel base superalloy heavily alloyed with γ' forming and substitution elements
Letters on Materials, 9 (4), p. 490-493 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-4-490-493
6. Мухтаров Ш.Х., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Логунов А.В., Имаев В.М., Имаев Р.М. Effect of grain size and boundaries on mechanical behaviour and fracture of Re-rich nickel-based superalloy XVI International Conference on Intergranular and Interphase Boundaries in Materials, ParisTech 2019. P. 131. (год публикации - 2019)
Публикации
1. Шахов Р.В., Мухтарова К.Ш., Ганеев А.А., Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М. ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДЕФОРМАЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА СДЖС-15 Открытая школа-конференция стран СНГ «УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ И НАНОСТРУКТУРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ», сборник трудов, 385-387 (год публикации - 2020)
2. Зайнуллин Р.И., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Мухтаров Ш.Х, Имаев В.М. МИКРОСТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА, ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО ЭЛЕМЕНТАМИ ЗАМЕЩЕНИЯ Открытая школа-конференция стран СНГ «УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ И НАНОСТРУКТУРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ» сборник трудов, 379-381 (год публикации - 2020)
3.
Имаев В.М., Мухтаров Ш.Х., Мухтарова К.Ш., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Пархимович Н.Ю., Логунов А.В.
Influence of Forging and Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of a Heavily Alloyed Ingot-Metallurgy Nickel-Based Superalloy
Metals, 10, 1606, 1-11 (год публикации - 2020)
10.3390/met10121606
4. Имаев В.М., Мухтаров Ш.Х., Логунов А.В., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Зайнуллин Р.И., Пархимович Н.Ю., Имаев Р.М. Микроструктура и механические свойства жаропрочного никелевого сплава, высоколегированного элементами замещения Письма о материалах (год публикации - 2021)
5. Мухтарова К.Ш., Шахов Р.В., Ганеев А.А., Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М. Effect of post-forging heat treatment on the microstructure and mechanical properties of a nickel-base superalloy SDZhS-15 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (год публикации - 2020)
6. Зайнуллин Р.И., Ганеев А.А., Шахов Р.В., Мухтаров Ш.Х., Имаев В.М. Microstructure and mechanical properties of a nickel-base superalloy heavily alloyed with substitution elements IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (год публикации - 2020)