Розробка оптимального хімічного складу жароміцної Сr-Ni сталі для аерокосмічної техніки

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288224

Ключові слова:

аустенітна жароміцна хромонікелева сталь, легувальні елементи, мікроструктура, карбіди, механічні властивості, регресійний аналіз

Анотація

Об’єктом дослідження в даній роботі є процеси формування мікроструктури і механічних властивостей жароміцних сталей залежно від їх хімічного складу.

У роботі досліджено мікроструктуру і високотемпературні механічні властивості аустенітних жароміцних хромонікелевих сталей запропонованого хімічного складу. Дослідженням мікроструктури встановлено розмір зерен та топографію включень в сталях. За результатами механічних випробувань сплановано багатофакторний експеримент, який надав можливість встановити залежність між механічними властивостями сталей з обраними в якості факторів легувальними елементами. Отримані регресійні рівняння були використані для оцінки кількісного впливу кожного легувального елементу на відповідні механічні властивості. 

Аналіз результатів експерименту надав можливість визначити оптимальний хімічний склад сталі для газотурбінних двигунів, що використовуються в аерокосмічній галузі, а також в металургії виробництва титану.

Показано, що важливим фактором, який чинить суттєвий вплив на структуру, механічні та службові властивості жароміцної сталі, є стан твердого розчину та термостійкі карбіди ніобію і молібдену (карбіди хрому при температурі 950 °С розчиняються). Аустенітна структура забезпечується необхідною кількістю нікелю.

Отримані показники жароміцності сталей різних складів, випробувані за температур 850 °С, 950 °С та 1050 °С, засвідчили перевагу сталі з більшим вмістом вуглецю та хрому та меншим вмістом нікелю.

Визначено механізм зміцнення сталі та вплив на неї легування вуглецем, хромом та нікелем. Встановлено оптимальний хімічний склад жароміцної сталі на залізонікелевій основі для експлуатації при температурі 950 °С

Біографії авторів

Валерій Григорович Міщенко, Запорізький національний університет

Доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник

Навчально-наукова лабораторія новітніх технологій

Альона Олександрівна Кріпак, Запорізький національний університет

Аспірантка

Кафедра загальної та прикладної фізики

Дмитро Миколайович Тонконог, Запорізький національний університет

Аспірант

Кафедра загальної та прикладної фізики

Посилання

  1. Collins, D. A., Carter, E. L., Lach, T. G., Byun, T. S. (2022). A comprehensive study of the effects of long-term thermal aging on the fracture resistance of cast austenitic stainless steels. Nuclear Engineering and Technology, 54 (2), 709–731. doi: https://doi.org/10.1016/j.net.2021.08.022
  2. Roussel, M., Sauvage, X., Perez, M., Magné, D., Hauet, A., Steckmeyer, A. et al. (2018). Influence of solidification induced composition gradients on carbide precipitation in FeNiCr heat resistant steels. Materialia, 4, 331–339. doi: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2018.10.010
  3. Zhou, Y., Liu, Y., Zhou, X., Liu, C., Yu, J., Huang, Y. et al. (2017). Precipitation and hot deformation behavior of austenitic heat-resistant steels: A review. Journal of Materials Science & Technology, 33 (12), 1448–1456. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.01.025
  4. Ligabo, I. A., Braga, V., Ferreira, C. C. A., Siqueira, R. H. M., Lourenço, J. C., Abdalla, A. J., Lima, M. S. F. (2022). Microstructure and Corrosion Behavior of AISI 316 Steel Layers Deposited on AISI 347 Steel Substrate by Laser Metal Deposition. Metals, 12 (12), 2161. doi: https://doi.org/10.3390/met12122161
  5. Shelyagin, V. D., Bernatskyi, A. V., Siora, O. V., Kurilo, V. A., Suchek, O. M. (2020). Development of remotely-controlled equipment and technology for laser welding and restoration of performance of NPS steam generators. Automatic Welding, 2020 (12), 30–36. doi: https://doi.org/10.37434/as2020.12.04
  6. Nesterenko, S. (2020). Corrosion resistance of new austenitic-ferritic steels in aggressive environments by-product coke plants. XV Mizhnarodna konferentsiya "Problemy korozii ta protykoroziinoho zakhystu konstruktsiynykh materialiv". Lviv, 337–341. Available at: https://www.ipm.lviv.ua/corrosion2020/Chapter_05/XII_337_%20NESTERENKO.pdf
  7. Mishchenko, V., Byelikov, S., Klimov, O., Kripak, А., Tonkonoh, D., Kornienko, V., Kharchenko, А. (2023). Creation of special construction material using the rolling method of asymmetrical packages for dual-purpose products. New Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 2, 32–37. doi: https://doi.org/10.15588/1607-6885-2023-2-5
  8. Mishchenko, V., Loskutov, S., Kripak, A. (2022). Determining the thermoplastic deformation mechanism of titanium reduction reactors and recommendations to increase the reactor service life. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (119)), 14–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265577
  9. Novik, F. S., Arsov, YA. B. (1980). Optimizatsiya protsessov tekhnologii metallov metodami planirovaniya eksperimentov. Moscow: Mashinostroenie; Sofiya: Tekhnika, 304.
  10. Adler, Yu. P., Markova, E. V., Granovskiy, Yu. V. (1976). Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nykh usloviy. Moscow: Nauka, 280.
  11. Sroka, M., Zieliński, A., Golański, G., Kremzer, M. (2019). The Influence of Long-term Ageing on the Microstructure of Sanicro 25 Steel. MATEC Web of Conferences, 253, 03004. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201925303004
  12. Zhou, Q., Ping, S., Meng, X., Wang, R., Gao, Y. (2017). Precipitation Kinetics of M23C6 Carbides in the Super304H Austenitic Heat-Resistant Steel. Journal of Materials Engineering and Performance, 26 (12), 6130–6139. doi: https://doi.org/10.1007/s11665-017-2982-2
  13. Dhivyasri, G., Sudha, R. (2018). Optimization of AISI 316 materials mechanical properties for CMT application. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET), 9 (11), 1269–1279. Available at: https://iaeme.com/MasterAdmin/Journal_uploads/IJMET/VOLUME_9_ISSUE_11/IJMET_09_11_131.pdf
  14. Desu, R. K., Nitin Krishnamurthy, H., Balu, A., Gupta, A. K., Singh, S. K. (2016). Mechanical properties of Austenitic Stainless Steel 304L and 316L at elevated temperatures. Journal of Materials Research and Technology, 5 (1), 13–20. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.04.001
  15. Mishchenko, V. (2003). Metallurgical aspects of the production of chromium-nickel steels with low carbon contents. Foundary Jornal of Polish Foundrymen`s Technicsl Association, 3, 326–329.
  16. Gayduk, S, Kononov, V. (2017). Structural stability parameters forecast for high-temperature nickel-base cast alloys. Herald of Aeroenginebuilding, 1, 139–148. Available at: http://vd.zntu.edu.ua/article/view/114102
  17. Wärner, H., Calmunger, M., Chai, G., Johansson, S., Moverare, J. (2019). Thermomechanical fatigue behaviour of aged heat resistant austenitic alloys. International Journal of Fatigue, 127, 509–521. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.06.012
  18. Drápala, J., Kostiuková, G., Losertová, M. (2018). Influence of heat treatment on microstructure and mechanical properties of SUS 316L alloy. METAL 2018 - 27th International Conference on Metallurgy and Materials. Brno, 1527–1532. Available at: https://www.confer.cz/metal/2018/read/1305-influence-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-sus-316l-alloy.pdf
  19. Zhou, Y., Li, Y., Liu, Y., Guo, Q., Liu, C., Yu, L. et al. (2015). Precipitation behavior of type 347H heat-resistant austenitic steel during long-term high-temperature aging. Journal of Materials Research, 30 (23), 3642–3652. doi: https://doi.org/10.1557/jmr.2015.343
Розробка оптимального хімічного складу жароміцної Сr-Ni сталі для аерокосмічної техніки

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-09-26

Як цитувати

Міщенко, В. Г., Кріпак, А. О., & Тонконог, Д. М. (2023). Розробка оптимального хімічного складу жароміцної Сr-Ni сталі для аерокосмічної техніки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (126), 16–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288224

Номер

Том 6 № 12 (126) (2023): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Valeriy Mishchenko, Alona Kripak, Dmytro Tonkonoh

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.