МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИКЕЛЕВОГО ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА С УЧЕТОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ И ДИФФУЗИИ ВАКАНСИЙ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложена комплексная модель аннигиляции пор в процессе ГИПа, учитывающая одновременное действие механизмов пластического течения материала и диффузионнного растворения пор вследствие эмиссии вакансий поверхностью поры. Полученные математические уравнения применены для анализа кинетики аннигиляции пор в монокристаллах никелевого жаропрочного сплава CMSX-4 в процессе ГИПа, применяемого к этому сплаву в промышленности. Из проведенного анализа следует, что в данных условиях оба механизма (пластического течения и диффузии вакансий) вносят сопоставимый вклад в сокращение объема пор. С повышением давления ГИПа вклад пластического течения увеличивается, тогда как вклад диффузии вакансий понижается. Крупные поры сокращаются в объеме в основном по механизму пластического течения, однако на окончательной стадии закрытия пор более активен механизм диффузии вакансий. Для обеспечения надежного залечивания пор по вакансионному механизму ГИП следует проводить при умеренном давлении аргона в газостате.

Об авторах

А. И Епишин

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.epishin2021@gmail.com

Д. С Лисовенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru

Список литературы

  1. Шалин Р.Е., Светлов И.Л., Качанов Е.Б., Толораия В.Н., Гаврилин О.С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М: Машиностроение, 1997. 333 с.
  2. Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and applications. Cambridge: Cambridge University Press, 2006. 372 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511541285
  3. Epishin A., Link T., Brückner U., Portella P.D. Investigation of porosity in single-crystal nickel-base superalloys // Proc. the 7th Liege Conference on Materials for Advanced Power Engineering. FZ Jülich, 2002. P. 217–226.
  4. Link T., Zabler S., Epishin A. et.al. Synchrotron tomography of porosity in single-crystal nickel-base superalloys // Mat. Sci. Eng. A. 2006. V. 425. P. 47–54. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.03.005
  5. Epishin A., Link T., Svetlov I.L. et.al. Mechanism of porosity growth during homogenisation in single crystal nickel-based superalloys // Int. J. Mater. Res. 2013. V. 104. P. 776–782. https://doi.org/10.3139/146.110924
  6. Lecomte-Beckers J. Study of microporosity formation in nickel-base superalloys // Metall. Trans. A. 1988. V. 19. № 9. P. 2341–2348. https://doi.org/10.1007/BF02645058
  7. Anton D.L., Giamei A.F. Porosity distribution and growth during homogenization in single crystals of a nickel-base superalloy // Mater. Sci. Eng. 1985. V. 76. P. 173–180. https://doi.org/10.1016/0025-5416(85)90091-6
  8. Toloraya V.N., Zuev A.G., Svetlov I.L. Effect of conditions of directed solidification and heat treatment on porosity in creep resistant nickel alloy single crystals // Izv. Akad. Nauk SSSR. Metally. 1991. № 5. P. 70–76.
  9. Fullagar K.P.L., Broomfield R.W., Hulands M. et al. Aero engine test experience with CMSX-4® alloy single-crystal turbine blades // J. Eng. Gas Turbines Power. 1996. V. 118. P. 380–388. https://doi.org/10.1115/1.2816600
  10. Epishin A.I., Link T., Fedelich B. et al. Hot isostatic pressing of single-crystal Ni-base superalloys: mechanism of pore closure and effect on mechanical properties // MATEC Web of Conferences. 2014. V. 14. P. 08003. https://doi.org/10.1051/matecconf/20141408003
  11. Reed R.C., Cox D.C., Rae C.M.F. Damage accumulation during creep deformation of a single crystal superalloy at 1150 °C // Mater. Sci. Eng. A. 2007. V. 448. № 1–2. P. 88–96. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.11.101
  12. Epishin A., Fedelich B., Link T. et al. Pore annihilation in a single-crystal nickel-base superalloy during hot isostatic pressing: Experiment and modelling // Mat. Sci. Eng. A. 2013. V. 586. P. 342–349. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.08.034
  13. Епишин А.И., Бокштейн Б.С., Светлов И.Л. и др. Вакансионная модель аннигиляции пор в процессе горячего изостатического прессования монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Материаловедение. 2017. № 5. С. 3–12.
  14. Епишин А.И., Лисовенко Д.С., Алымов М.И. Модель диффузионной аннигиляции газонаполненных сферических пор в процессе горячего изостатического прессования // Известия РАН. МТТ. 2025. № 1. С. 136–157. https://doi.org/10.31857/S1026351925010071
  15. Čadek J. The back stress concept in power law creep of metals: A review // Mater. Sci. Eng. 1987. V. 94. P. 79–92. https://doi.org/10.1016/0025-5416(87)90324-7
  16. Epishin A., Fedelich B., Nolze G. et al. Creep of single crystals of nickel-based superalloys at ultra-high homologous temperature // Metall. Mater. Trans. A. 2018. V. 49. P. 3973–3987. https://doi.org/10.1007/s11661-018-4729-6
  17. Epishin A.I., Fedelich B., Viguier B. et al. Creep of single-crystals of nickel-base γ-alloy at temperatures between 1150 °C and 1288 °C // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V. 825. P. 141880. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141880
  18. Epishin A., Camin B., Hansen L. et. al. Refinement and experimental validation of a vacancy model of pore annihilation in single-crystal nickel-base superalloys during hot isostatic pressing // Adv. Eng. Mater. 2020. V. 23. № 7. P. 2100211. https://doi.org/10.2139/ssrn.3751560
  19. Klingelhöffer H., Epishin A., Link T. Low cycle fatigue of the single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 - Anistropy and effect of creep damage // Mater. Testing. 2009. V. 51. № 5. P. 291–294. https://doi.org/10.3139/120.110035
  20. Епишин А.И., Алымов М.И. Деформация и разрушение монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов CMSX-4 и CMSX-10 в условиях ползучести и усталостного нагружения // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 1. С. 11–18. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2023-1-11-18
  21. Epishin A.I., Nolze G., Alymov M.I. Pore morphology in single crystals of a nickel-based superalloy after hot isostatic pressing // Metall. Mater. Trans. A. 2023. V. 54. P. 371–379. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06893-x
  22. Орлов М.А. Технологическое обеспечение ресурса рабочих лопаток первых ступеней турбины авиационных и наземных газотурбинных двигателей. Дисс. …д-ра тех. наук. М., 2008. 207 с.
  23. Epishin A., Link T., Portella P.D., Brückner U. Evolution of the γ/γ′ microstructure during high-temperature creep of a nickel-base superalloy // Acta Mater. 2000. V. 48. № 16. P. 4169–4177. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00197-X
  24. Wilkinson D.S, Ashby M.F Pressure sintering by power law creep // Acta Metallurgica. 1975. V. 23. № 11. P. 1277–1285. https://doi.org/10.1016/0001-6160(75)90136-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».