Розробка припою для жароміцних сплавів на основі інтерметаліду NI3AL

Автор(и)

  • Viktor Kvasnytskyi Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-7756-5179
  • Volodymyr Korzhyk Китайсько-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона Академії наук провінції Гуандун вул. Чансин, 363, Тіаньхе, м. Гуанчжоу, Китайська Народна Республіка, 510650, Китай https://orcid.org/0000-0001-9106-8593
  • Viacheslav Kvasnytskyi Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025, Україна https://orcid.org/0000-0001-6698-7790
  • Heorhii Mialnitsa ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект» пр. Богоявленський, 42а, м. Миколаїв, Україна, 54018, Україна https://orcid.org/0000-0003-2144-4519
  • Chunlin Dong Китайсько-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона Академії наук провінції Гуандун вул. Чансин, 363, Тіаньхе, м. Гуанчжоу, Китайська Народна Республіка, 510650, Китай https://orcid.org/0000-0003-2672-5985
  • Tetiana Pryadko Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України бул. Академіка Вернадського, 36, м. Київ, Україна, 03142, Україна https://orcid.org/0000-0003-1912-425X
  • Maksym Matviienko Херсонська філія Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Ушакова, 44, м. Херсон, Україна, 73003, Україна https://orcid.org/0000-0002-1020-0415
  • Yevhen Buturlia Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025, Україна https://orcid.org/0000-0003-2604-5664

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217819

Ключові слова:

спаяні з'єднання, мікроструктура з’єднань, хімічний склад, короткочасна та тривала міцність, технологія паяння, тантал, реній, бор

Анотація

Одним з найбільш перспективних конструкційних матеріалів газотурбобудування є сплави з рівновісною та направленою стовбчастою структурою на основі інтерметалліду типу Ni3Al. Ці матеріали дозволяють підвищити робочу температуру лопаток до 1220 °С. Лопатки виготовляють методом точного лиття в вакуумі, але при цьому необхідні технологічні з'єднання соплових лопаток у блоки, заробка знакових отворів охолоджуваних лопаток, виправлення дефектів лиття.

Зварювання плавленням інтерметаллідних матеріалів, як і інших ливарних жароміцних нікелевих сплавів (ЖНС), не дає позитивних результатів. Тому широко застосовуються різні способи паяння, відомі як TLP-Bonding (Transient Liquid Phase Bonding). Припої за своєю суттю мають температуру плавлення нижче, ніж основний метал. Головною проблемою технологій паяння ЖНС нового покоління, що включає і розробку відповідних припоїв, є підвищення фізико-механічних і експлуатаційних властивостей спаяних з'єднань, близьких до властивостей основного металу.

Визначено раціональне легування основи припою і депресанти, критичні температури і поверхневі властивості припоїв, їх хімічний склад, структура та властивості паяних з'єднань, параметри режимів і технологія паяння. Для підвищення стабільності структури і високотемпературної міцності спаяних з'єднань припій легований ренієм і танталом. Механічні випробування паяних з'єднань при температурі 900 °С проводилися в Україні, а при температурі 1100 °С в КНР. Випробування показали, що короткочасна міцність з'єднань сплавів з рівновісною структурою при температурі 1100 °С становить 0,98 від міцності основного металу. Тривала міцність при тій самій температурі відповідає вимогам до міцності основного металу

Біографії авторів

Viktor Kvasnytskyi, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра зварювального виробництва

Volodymyr Korzhyk, Китайсько-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона Академії наук провінції Гуандун вул. Чансин, 363, Тіаньхе, м. Гуанчжоу, Китайська Народна Республіка, 510650

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, директор

Viacheslav Kvasnytskyi, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025

Доктор технічних наук, професор

Кафедра зварювального виробництва

Heorhii Mialnitsa, ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект» пр. Богоявленський, 42а, м. Миколаїв, Україна, 54018

Кандидат технічних наук, доцент, заступник начальника управління металургії

Chunlin Dong, Китайсько-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона Академії наук провінції Гуандун вул. Чансин, 363, Тіаньхе, м. Гуанчжоу, Китайська Народна Республіка, 510650

Доктор інженерних наук, професор, генеральний директор

Tetiana Pryadko, Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України бул. Академіка Вернадського, 36, м. Київ, Україна, 03142

Кандидат фізико-математичних наук, завідувач лабораторії

Лабораторія евтектичних сплавів

Maksym Matviienko, Херсонська філія Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Ушакова, 44, м. Херсон, Україна, 73003

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра зварювання

Yevhen Buturlia, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Героїв України, 9, м. Миколаїв, Україна, 54025

Аспірант

Кафедра зварювального виробництва

Посилання

  1. Kablov, E. N., Petrushin, N. V., Sidorov, V. V. Rhenium in the thermally stable nickel alloys for single crystal blades of gas turbine engines. 7th International symposium on Technetium and Rhenium Science and Utilization. Available at: https://docplayer.ru/49222411-Rhenium-in-the-thermally-stable-nickel-alloys-for-single-crystal-blades-of-gas-turbine-engines.html
  2. Kablov, E. N. (2012). Strategical areas of developing materials and their processing technologies for the period up to 2030. Aviatsionnye materialy i tehnologii, 8, 7–17.
  3. Kablov, E. N., Ospennikova, O. G., Bazyleva, O. A. (2011). Materialy dlya vysokoteplonagruzhennyh detaley gazoturbinnyh dvigateley. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. N.E. Baumana. Seriya «Mashinostroenie», SP2, 13–19. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/materialy-dlya-vysokoteplonagruzhennyh-detaley-gazoturbinnyh-dvigateley
  4. Yue, X., Liu, F., Chen, H., Wan, D., Qin, H. (2018). Effect of Bonding Temperature on Microstructure Evolution during TLP Bonding of a Ni3Al based Superalloy IC10. MATEC Web of Conferences, 206, 03004. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201820603004
  5. Intermetallic Alloy Development. A Program Evaluation (1997). Washington, DC: The National Academies Press. doi: https://doi.org/10.17226/5701
  6. Buntushkin, V. P., Kablov, E. N., Bazyleva, O. A. (1995). Mehanicheskie i ekspluatatsionnye svoystva liteynogo zharoprochnogo splava na osnove intermetallida Ni3Al. Metally, 3, 70–73.
  7. Buntushkin, V. P., Bazyleva, O. A., Povarova, K. B., Kazanskaya, N. K. (1995). Vliyanie struktury na mehanicheskie svoystva legirovannogo intermetallida Ni3Al. Metally, 8, 74–80.
  8. Sims, Ch. T., Stoloff, N. S., Xagel', U. K. (1995). Supersplavy II: Zharoprochnye materialy dlya aerokosmicheskih i promyshlennyh energoustanovok. Vol. 1. Moscow: Metallurgiya, 384.
  9. Yushchenko, K. A., Makhnenko, V. I., Savchenko, V. S., Chervyakov, N. O., Velikoivanenko, E. A. (2007). Investigation of Thermal-Deformation State of Welded Joints in Stable-Austenitic Steels and Nickel Alloys. Welding in the World, 51 (9-10), 51–55. doi: https://doi.org/10.1007/bf03266600
  10. Kvasnitskiy, V. F. (1986) Svarka i Payka zharoprochnyh splavov v sudostroenii. Leningrad: Sudostroenie, 222.
  11. Kazakov, N. F. (Ed.) (1985). Diffusion Bonding of Materials. Moscow: Mir Publishers, 312.
  12. Krivtsun, I. V., Kvasnytskyi, V. V., Maksymov, S. Yu., Yermolaiev, H. V.; Paton, B. Ye. (Ed.) (2017). Spetsialni sposoby zvariuvannia. Mykolaiv: NUK, 346.
  13. Yermolaiev, H. V., Kvasnytskyi, V. V., Kvasnytskyi, V. F., Maksymova, S. V., Khorunov, V. F., Chyharov, V. V.; Khorunov, V. F., Kvasnytskyi, V. F. (Eds.) (2015). Paiannia materialiv. Mykolaiv: NUK, 340.
  14. Petrushynets, L. V., Falchenko, I. V., Ustinov, A. I., Novomlynets, O. O., Yushchenko, S. M. (2019). Vacuum Diffusion Welding of Intermetallic Alloy ɣ-TiAl with High-Temperature Alloy EI437B Through Nanolayered Interlayers. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879918
  15. Kvasnytskyi, V. V., Myalnitsa, G. F., Matviienko, M. V., Buturlya, E. A., Chunlin, D. (2019). Investigation of interaction of Ni3Al-based alloy with interlayers of different alloying systems for TLP-bonding. The Paton Welding Journal, 8, 12–17. doi: https://doi.org/10.15407/as2019.08.03
  16. Zhang, H. R., Ghoneim, A., Ojo, O. A. (2010). TEM analysis of diffusion brazement microstructure in a Ni3Al-based intermetallic alloy. Journal of Materials Science, 46 (2), 429–437. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-010-4884-7
  17. Zeng, K., Jin, Z. (1990). Optimization and calculation of the Hf-Ni phase diagram. Journal of the Less Common Metals, 166 (1), 21–27. doi: https://doi.org/10.1016/0022-5088(90)90362-n
  18. Lukin, V. I., Ryl'nikov, B. C., Afanas'ev-Hodykin, A. N., Timofeeva, O. B. (2013). Osobennosti tehnologii diffuzionnoy Payki zharoprochnogo splava EP975 i liteynogo monokristallicheskogo intermetallidnogo splava VKNA-4U primenitel'no k konstruktsii «Blisk». Svarochnoe proizvodstvo, 7, 19–25.
  19. Rylnikov, V. S., Afanasiev-Khodykin, A. N., Galushka, I. A. (2013). Technology of braze design type «Blisk» from dissimilar alloys. Trudy VIAM, 10. Available at: http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/251.pdf
  20. Malashenko, I. S., Kurenkova, V. V., Belyavin, A. F., Trohimchenko, V. V. (2006). Kratkovremennaya prochnost' i mikrostruktura payanyh soedineniy splava VZhL12U, poluchennyh s ispol'zovaniem borsoderzhashchego pripoya s prisadkoy kremniya. Sovremennaya elektrometallurgiya, 4, 26–42.
  21. Malashenko, I. S., Kurenkova, V. V., Onoprienko, E. V., Trohimchenko, V. V., Belyavin, A. F., Chervyakova, L. V. (2007). Mechanical properties and structure of brazed joints of cast nickel alloy ZhS26VI. Part 1. Sovremennaya elektrometallurgiya, 1, 25–32. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/95519
  22. Malashenko, I. S., Mazurak, V. E., Kushnareva, T. N., Kurenkova, V. V., Zavidonov, V. G., Yavdoshchina, E. F. (2014). Payka v vakuume litogo nikelevogo splava ZhS6U kompozitsionnymi pripoyami na osnove VPr-36. Chast' 1. Sovremennaya elektrometallurgiya, 4, 49–58. Available at: https://patonpublishinghouse.com/sem/pdf/2014/pdfarticles/04/9.pdf
  23. Belyavin, A. F., Kurenkova, V. V., Malashenko, I. S., Grabin, V. V., Trohimchenko, V. V., Chervyakova, L. V. (2010). Prochnost' i mikrostruktura Payanyh soedineniy splava ZhS6U, poluchennyh s ispol'zovaniem bor- i borkremniysoderzhashchih pripoev. Sovremennaya elektrometallurgiya, 2, 40–51. Available at: https://patonpublishinghouse.com/sem/pdf/2010/pdfarticles/02/10.pdf
  24. Kurenkova, V. V., Malashenko, I. S. (2008). High-temperature brazing of high-temperature castingalloys by boron containing braze alloy doped with silicon. Adgeziya rasplavov i payka materialov, 41, 63–87. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4378
  25. Afanas'ev-Hodykin, A. N., Lukin, V. I., Ryl'nikov, V. S. (2010). Tehnologiya polucheniya nerazemnyh soedineniy iz splava ZhS36. Svarochnoe proizvodstvo, 7, 27–31.
  26. Lukin, V. I., Ryl'nikov, V. S., Afanas'ev-Hodykin, A. N., Orehov, N. G. (2012). Osobennosti payki monokristallicheskih otlivok iz splava ZhS32. Svarochnoe proizvodstvo, 5, 24–30. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=18820125
  27. Maksimova, S. V., Horunov, V. F., Myasoed, V. V., Voronov, V. V., Koval'chuk, P. V. (2014). Mikrostruktura payanyh soedineniy alyuminidov nikelya. Avtomaticheskaya svarka, 10, 17–23. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/as_2014_10_4
  28. Maksymova, S. V., Voronov, V. V., Kovalchuk, P. V. (2017). Brazing filler metal without boron and silicon for brazing of heat-resistant nickel alloy. Automatic Welding, 8, 15–21. doi: https://doi.org/10.15407/as2017.08.02
  29. Myalnitsa, G. F., Maksuita, I. I., Kvasnitskaya, Yu. G., Mihnyan, E. V. (2013). Selection of new-alloying corrosion-resistant alloy for the nozzle blades. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv, 2, 29–34. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/MOM_2013_2_8
  30. Kablov, E. N., Petrushin, N. V., Vasilenok, L. B., Morozova, G. I. (2000). Reniy v zharoprochnyh nikelevyh splavah dlya lopatok gazovyh turbin. Materialovedenie, 2, 23–29.
  31. Kablov, E. N., Petrushin, N. V., Vasilenok, L. B., Morozova, G. I. (2000). Reniy v zharoprochnyh nikelevyh splavah dlya lopatok gazovyh turbin (prodolzhenie). Materialovedenie, 3, 38–43.
  32. Petrunin, I. E., Bereznikov, Yu. I., Bun'kina, R. R., Il'ina, I. I., Markova, I. Yu., Kiselev, I. I. et. al.; Petrunin, I. E. (Ed.) (2003). Spravochnik po payke. Moscow: Mashinostroenie, 480.
  33. Kvasnitskiy, V. V., Timchenko, V. L., Khorunov, V. F. (1998). Die Untersuchung des Systems Ni(Nileg)-Hf-Zr für das Löten warmfester Nickellegierungen. DVS-Berichte: Band 192. Düsseldorf: DVS – Verl, 257–259.
  34. Kablov, E. N., Svetlov, I. L., Petrushin, N. V. (1997). Nikelevye zharoprochnye splavy dlya lit'ya lopatok s napravlennoy i monokristallicheskoy strukturoy. Chast' 1. Materialovedenie, 4.
  35. Massalski, P. R., Subramanian, H. O., Okamoto, H., Kacprzak, I. (Eds.) (1990). Binary Alloy Phase Diagrams. Vol. 3. Ohio: ASM International Materials Park, 3589.
  36. Gayduk, S., Kononov, V. (2016). Phase composition calculation by CALPHAD-method of hightemperature corrosion-resistant weldable nickel-base cast alloy. Vestnik dvigatelestroeniya, 1, 107–112. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/vidv_2016_1_21
  37. Koneva, N. A., Popova, N. A., Kalashnikov, M. P., Nikonenko, E. L., Fedorishcheva, M. V., Pasenova, A. D., Kozlov, E. V. (2013). Vliyanie temperatury deformatsii na fazoviy sostav i strukturu intermetallida Ni3Al, legirovannogo borom i gafniem. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya, 10 (3), 340–348. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/287457681.pdf
  38. Samsonov, G. V., Vinnitskiy, I. M. (1976). Tugoplavkie soedineniya. Moscow: Metallurgiya, 560.
  39. Matsugi, K., Murata, Y., Morinaga, M., Yukawa, N. (1992). Realistic Advancement for Nickel-Based Single Crystal Superalloys by the d-Electrons Concept. Superalloys 1992 (Seventh International Symposium). doi: https://doi.org/10.7449/1992/superalloys_1992_307_316

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Kvasnytskyi, V., Korzhyk, V., Kvasnytskyi, V., Mialnitsa, H., Dong, C., Pryadko, T., Matviienko, M., & Buturlia, Y. (2020). Розробка припою для жароміцних сплавів на основі інтерметаліду NI3AL. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (108), 6–19. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217819

Номер

Том 6 № 12 (108) (2020): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Viktor Kvasnytskyi, Volodymyr Korzhyk, Viacheslav Kvasnytskyi, Heorhii Mialnitsa, Chunlin Dong, Tetiana Pryadko, Maksym Matviienko, Yevhen Buturlia

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.