ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА ВИТ1 ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.017.165

М.С. Оглодков1, В.А. Дуюнова1, Н.А. Ночовная1, В.И. Иванов1, Л.Ю. Авилочев1

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА ВИТ1 ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-12-3-13

Интерметаллидный сплав ВИТ1 является перспективным материалом для деталей газотурбинных двигателей, работающих до температуры 700 °С. В работе исследована технология горячей обработки давлением литой заготовки на плиту толщиной 25 мм. Технология включала три всесторонние ковки литой заготовки, ковку вытяжкой промежуточной заготовки и ее последующую прокатку на конечный размер. Изучено влияние термической обработки на макро- и микроструктуру плит. Выбранные схема горячей деформации и режим термической обработки обеспечивают в плитах повышенный уровень механических свойств.

Ключевые слова: интерметаллидный сплав, обработка давлением, термическая обработка, cmpyKmypa, механические свойства.

M.S. Oglodkov1, V.A Duyunova1, N.A Nochovnaya1, V.I. Ivanov1, L.Yu. Avilochev1

FEATURES OF THE TECHNOLOGY MANUFACTURING OF DEFORMED BLANKS FROM INTERMETALLIC ALLOYS VIT1 FOR PARTS OF THE GAS TURBINE ENGINE

Intermetallic alloy based on a Ti2ANb compound are the most promising high-temperature materials for gas turbine engines operating up to a temperature of 700 degrees Celsius. In this paper, the technology of hot pressure treatment of a cast billet on a plate with a thickness of 25 mcm is studied. The technology included three comprehensive forging of the ingot billet, forging by drawing the intermediate billet and its subsequent rolling to the final size. The influence of heat treatment on the macro and microstructure of plates is studied. The chosen scheme of hot deformation and the mode of heat treatment provides an increased level of mechanical properties in the plates.

Keywords: intermetallic alloy, pressure treatment, heat treatment, structure, mechanical properties.

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» [Federal State Unitary Enterprise «Ail-Russian Scientific-Research Institute of Aviation Materials» of National Research Center «Kurchatov Institute»]; e-mail: admin@viam.ru

Введение

Применение жаропрочных титановых сплавов в конструкциях газотурбинных двигателей до температуры 600 °С способствовало снижению массы деталей и узлов, повышению параметров двигателей и их эксплуатационных характеристик. Использование титановых сплавов при больших температурах ограничено, что связано со снижением жаропрочности (главным образом сопротивления ползучести), термической стабильности и повышенным окислением [ 1].

Для решения этих проблем было предложено использовать материалы на основе алюминидов титана. Одним из представителей этого класса материалов являлся интер-металлид Ti3Al (а2-фаза), который имел повышенные удельные жаропрочные характеристики (длительную прочность, сопротивление ползучести), стойкость к окислению и горению [2-4].

Однако интерметаллид Т13Л1 обладал существенными недостатками, связанными с низкой пластичностью при комнатной температуре и низкой технологичностью при изготовлении деформированных полуфабрикатов [5].

Проведенные в НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ исследования показали, что низкие свойства интерметаллида Т13Л1 можно повысить, используя дополнительное легирование, измельчение структуры с помощью операций горячей обработки давлением и термической обработки [6].

Значительное легирование ниобием интерметаллида Т13Л1 привело к образованию интерметаллида Т12Л1№ (так называемая орто-фаза), имеющего состав Т1-14Л1-42№ (% (по массе)). Этот интерметаллид обладает повышенной температурой плавления, низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), лучшими жаропрочными свойствами и повышенной пластичностью при комнатной температуре по сравнению с последними разработками супер-а2-сплавов [5].

Анализ научно-технической информации в области разработки сплавов на основе интерметаллида Т12Л1№ показал, что характеристики удельной прочности и жаропрочности этого соединения могут быть повышены путем:

- легирования сплавов тугоплавкими элементами и активными неметаллами;

- использования операций горячей деформации для измельчения структуры;

- термической обработки для стабилизации фазового состава и получения оптимальных структурных параметров.

Для этих целей использовано экономное легирование орто-фазы элементами -2г, Мо, Та, W (в сумме <6 % (по массе)), что привело к повышению прочностных свойств, термической стабильности и стойкости к окислению. Легирование элементами

и С (в сумме <0,5 % (по массе)) вызывало дисперсионное упрочнение за счет образования карбосилицидных фаз, повышающих жаропрочные характеристики. Использование этих подходов привело к разработке жаропрочного интерметаллидного орто-сплава марки ВИТ1 [6].

Несмотря на значительные преимущества сплава ВИТ1, ему свойственны некоторые недостатки, связанные с повышенными плотностью и стоимостью, однако эти недостатки не критичны, поскольку они свойственны всему классу разработанных ор-то-сплавов.

Первоначально орто-сплавы разрабатывались в качестве матричной основы для композиционных материалов, поскольку их повышенная технологичность и прочность обеспечивали получение тонколистовых полуфабрикатов.

При создании интерметаллидного композиционного материала в качестве матрицы использовался тонколистовой орто-сплав состава Т1-22Л1-23№ (% (атомн.)), который упрочнялся высокопрочными волокнами карбида кремния (Р-Б1С) диаметром 140 мкм в количестве 35-40 % (объемн.). Такой материал показал уникальные

механические свойства: плотность ё ~ 4,4 г/см3, ©2° ~ 2000 МПа, а^ ~ 900 МПа,

а^50 ~ 1800 МПа и а^ > 1100 МПа. Использование в конструкциях интерметаллид-ных композиционных материалов позволит увеличить их жесткость на 30 %, повысить прочность на 40 % и снизить массу на 45 %, что приведет к увеличению характеристик надежности и ресурса конструкции [7].

В настоящее время достигнутый уровень механических свойств орто-сплавов позволяет использовать их в монолитном варианте для деталей с рабочей температурой на 100-150 °С больше, чем для классических титановых сплавов, что может привести к снижению массы деталей на 20 % (по сравнению с жаропрочными сталями), обеспечить стойкость к окислению и пожаробезопасность.

Данная работа посвящена разработке технологии изготовления из интерметал-лидного сплава ВИТ1 деформированных заготовок в виде плит и исследованию влияния макро- и микроструктуры на механические свойства плит применительно к деталям газотурбинного двигателя.

Материалы и методы

В работе использовались слитки из сплава ВИТ1 размером 0330*150 мм, которые изготавливали по технологии, принятой в производстве серийных титановых сплавов. Слитки разрезали по диаметру на восемь частей и использовали в дальнейших исследованиях.

Определение химического состава сплавов проводили на установке атомно-абсорбционного анализа (Varian 240FS) и атомно-эмиссионном спектрометре с источником связанной плазмы (Varian 730 ES). Полученные результаты определения химического состава сплавов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав слитков из сплава ВИТ1

Элементы Химический состав, % (по массе), слитка

1 (плавка 536) 2 (плавка 540)

Al 10,9 10,8

Nb 39,8 39,1

Zr + Та + Mo + W 5,116 5,18

Si + С 0,2 0,21

Fe 0,04 0,04

О + N 0,08 0,08

Ti Основа

Для изготовления деформированных полуфабрикатов слитки из сплава ВИТ1 разрезали на четыре сектора по диаметру для получения 8 полукруглых секторных заготовок размером 162*300 мм для последующей горячей обработки давлением.

Термическую обработку деформированных заготовок осуществляли в лабораторной печи Naber Term LT15/12 (701).

Металлографические исследования проводили на оптическом микроскопе Olympus GX51. Шлифы для исследований изготавливали по стандартным методикам, включающим механическую и электролитическую полировку. Травление микрошлифов для выявления микроструктуры осуществляли в соответствии со стандартной процедурой.

Рентгеновский фазовый анализ образцов из плит проводили на дифрактометре ДРОН-ЗМ, а для электронно-микроскопического исследования использовали электронный просвечивающий микроскоп JTM-200-CX.

Количественный анализ микроструктуры образцов плит в исходном состоянии и после термической обработки осуществляли на металлографическом комплексе фирмы Leica с цифровой камерой VEC-335 и компьютерной программой Image Expert Pro 3*.

Испытания механических свойств заготовок плит проводили при растяжении на образцах диаметром 5 мм и расчетной длиной 25 мм на сервогидравлической машине MTS (США) при скорости нагружения 2,5 мм/мин (ГОСТ 1497-84). Испытания на длительную прочность за 100 и 500 ч при температурах 650 и 700 °С проводили в воздушной среде с влажностью 56-60 % на машинах ZDM-93 (ГОСТ 10145-81).

Результаты и обсуждение

По сравнению с классическими титановыми сплавами, горячая деформация орто-сплавов затруднена, что связано с сильной зависимостью прочности литой структуры от скорости нагружения, повышенной теплопроводностью материала и значительным окислением при температурах деформации. Эти особенности сплавов приводят к образованию хрупких газонасыщенных слоев и разрушению материала [8-11]. Устранение этих факторов достигается изотермической ковкой при температурах больше температуры полного полиморфного превращения (Гп п) сплава, использованием низких скоростей деформирования и низких допустимых деформаций [12, 13].

При разработке технологии горячей деформации слитков использовали изотермический пресс П2642 с усилием 16 МН. Горячая деформация слитков включала следующие этапы: три предварительные всесторонние ковки литых заготовок со сменой оси, ковку промежуточной заготовки под прокатку и изготовление катаных заготовок (плит).

Перед ковкой механически обработанные слитки из сплава ВИТ1 покрывали смесью эмалей ЭВТ-24 и ЭВТ-100 и в дальнейшем использовали для проведения операций горячей деформации.

Ковка литых заготовок

Первая всесторонняя ковка. Литые полукруглые секторные заготовки нагревали до температуры Гп п + 60 °С и ковали на заготовку в виде круга размером 0160*Ь (где Ь - длина заготовки, мм), а затем осаживали на высоту 245 мм, подогревали до температуры Гп п + 60 °С, проводили смену оси и осаживали на высоту 170 мм с последующей обкаткой на заготовку в виде круга диаметром 160 мм.

Вторая всесторонняя ковка. Заготовки нагревали до температуры Гп п + 60 °С и осаживали на высоту 160 мм, подогревали при температуре Гп п + 60 °С, проводили смену оси и ковали на заготовку в виде квадрата размером 150*150 мм с последующей обкаткой на заготовку в виде круга диаметром 145 мм.

Третья всесторонняя ковка. Заготовки нагревали до температуры Гпп + 60 °С, осаживали на высоту 160 мм, подогревали при температуре Гп п + 0 °С, проводили смену оси и ковали на квадрат размером 150*150 мм с последующей обкаткой на заготовку в виде круга диаметром 145 мм.

Изготовление промежуточной заготовки

После всесторонней ковки заготовки нагревали до температуры Гп п. + 20 °С и осаживали на высоту 150 мм, после подогрева при температуре Гп п + 20 °С проводили смену оси и осаживали на высоту 145 мм с последующей обкаткой на заготовку в виде круга диаметром 140 мм, после чего заготовки охлаждали на воздухе. Образовавшуюся на поверхности заготовки окалину удаляли с помощью пескоструйной обработки и обточки до получения чистой поверхности.

Обработанную заготовку размером 0135*Ь мм нагревали до температуры Гпп -20 °С и ковали с помощью вытяжки на заготовку в виде круга размером 0110*Ь мм с промежуточным подогревом до первоначальной температуры. Затем заготовку в виде круга размером 0110*Ь мм нагревали до температуры Гпп - 20 °С и ковали на заготовку в виде плиты толщиной 95 мм и после подогрева при температуре Гпп - 20 °С проводили ковку на заготовку в виде плиты толщиной 75 мм, а затем после подогрева при температуре Гп п - 20 °С ковали на заготовку в виде плиты толщиной 52 мм, после чего кованые заготовки охлаждали на воздухе.

Изготовление катаных плит

Кованые заготовки толщиной 52±1 мм разрезали на темплеты размером 52*190*380 мм (толщина/ширина/длина) и подвергали обстругиванию по всем поверхностям и снятию фаски со всех углов. Механически обработанные заготовки размером (44±1)*180*180 мм (толщина/ширина/длина) использовали в дальнейшем для получения конечного полуфабриката.

Предварительные эксперименты показали, что при прокатке при температурах менее Гпп - 120 °С не удается получить качественную плиту из-за образования сетки поверхностных трещин за счет подхолаживания поверхности заготовок. Поэтому прокатку проводили при температурах нагрева Гпп - 70 °С и деформации -25 % за каждый проход с промежуточным подогревом. Такой режим прокатки заготовок позволил получить плиты размером (25±1)*200*350 мм (толщина/ширина/длина) без поверхностных дефектов. В дальнейшем эти заготовки использовали для исследования фазового состава, макро- и микроструктуры и механических свойств.

После горячей деформации из плит вырезали образцы размером 5*5*15 мм и после подготовки поверхности проводили рентгеновский фазовый анализ и электронно-микроскопические исследования, в результате чего идентифицированы фазы и определен фазовый состав плит из сплава ВИТ1: >93 % (объемн.) орто-фазы + + <7 % (объемн.) р2-фаза + а2-фаза + следы карбосилицидов.

Исследование показало, что орто-фаза имеет тетрагональную решетку, р2-фаза -объемноцентрированную кубическую решетку, а а2-фаза - гексагональную решетку. Кроме того, отмечались в небольшом количестве карбосилицидные соединения. Определить количество а2-фазы не представлялось возможным из-за отсутствия методик точного определения рентгеновским методом количества фаз <5 % (объемн.).

Исследование макроструктуры плит после горячей деформации проводили на образцах, вырезанных в продольном направлении, а микроструктуры - в поперечном направлении. Шлифы для исследований изготавливали по стандартным методикам, включающим механическую обработку, электролитическую полировку и травление. Типичные макро- и микроструктуры плит представлены на рис. 1 и 2 соответственно.

Рис. 1. Макроструктура (*1) илиты из сплава ВИТ1 после горячей деформации в продольном направлении

Рис. 2. Микроструктура (*500) плиты из сплава ВИТ1 после горячей деформации

Исследование показало, что в исходном состоянии заготовки плит имеют матовую макроструктуру с заметной ориентировкой вдоль направления деформации, а микроструктура представлена беззернистой структурой 1-2 типа и микроструктурой 3 балла шкалы микроструктур со сферической орто-фазой размером -1,3 мкм, а также пластинчатой формы длиной 4,9 мкм и толщиной 2,34 мкм. Такая структура характерна для заготовок с высокой степенью деформации при пониженных температурах.

Геометрические параметры микроструктуры образцов из плит в исходном состоянии следующие:

Геометрические параметры [в-зерен

Балл по зерну (ГОСТ 5639-82) 1-2

Средняя длина зерна Ьср, мкм 575±24,5

Средняя ширина зерна Нср, мкм 125±3,8

Вытянутость Ьср/Нср 4,6

Параметр сложности формы 7,4±0,1

Геометрические размеры дисперсной и игольчатой орто-фазы внутри [в-зерен

Средняя длина частицы Ьер, мкм 1,52±0,02

Средняя толщина частицы Нср, мкм 1,21±0,01

Вытянутость Ьср/Нср 1,25

Длина игл Ь, мкм 4,9

Толщина игл Н, мкм 2,34

Приведенный диаметр иглы мкм 3,8±0,02

Параметр сложности формы 4,6

Геометрические размеры а2-фазы на границе [в-зерна

Средняя толщина частиц Нср, мкм 2,88±0,03

Минимальная толщина частиц #тт, мкм 1,2

Максимальная толщина частиц #тах, мкм 6,41

Средняя длина частиц Нср, мкм 5,12±0,12

Максимальная длина частиц Ьтах, мкм 15,4

Вытянутость Ьщах/Дф 3,0

В ранее проведенных работах [5, 14, 15] показано, что для получения требуемых механических свойств в деформированных полуфабрикатах из интерметаллидных титановых сплавов необходимо устранить наклеп и текстуру, сформировать оптимальную микроструктуру, что достигается термической обработкой. В результате этих исследований установлено, что оптимальным режимом термической обработки для орто-сплавов являются кратковременный нагрев в Р + а2-области для получения определенных размеров первичных микрозерен при температуре Гп п - 120 °С, охлаждение с регламентированной скоростью для получения тонкопластинчатых выделений первичной орто-фазы и старение в орто + р2-области при температуре Гпп - 320 °С в течение продолжительного времени и последующего охлаждения заготовок на воздухе до комнатной температуры.

В термически обработанных образцах плит фазовый состав изменился до 6870 % (объемн.) орто-фазы + 31-29 % (объемн.) р2-фазы + а2-фаза + следы карбосилицидов.

Типичные макро- и микроструктура заготовок из плит после термической обработки представлены на рис. 3 и 4. Заготовки плит имеют рекристаллизованную макроструктуру 4 балла шкалы макроструктур. Макроструктура сохранила преимущественную ориентировку, совпадающую с направлением продольной прокатки.

Микроструктура образцов илит после термической обработки представлена рекри-сталлизованной структурой 4 типа (рис. 4) с микрозерном размером 155/85 мкм (длина/толщина), выделениями орто-фазы в виде частиц 1,4-1,8 мкм и пластин 7,5/4 мкм (длина/толщина), а также а2-фазы в виде пластин 5,2/2,9 мкм (длина/толщина).

Рис. 3. Макроструктура (*1) илит из сплава ВИТ1 после термической обработки

Рис. 4. Микроструктура (*600) плит из сплава ВИТ1 после термической обработки

Геометрические параметры микроструктуры плит из сплава ВИТ1 после термической обработки следующие:

Геометрические параметры [в-зерен

Балл по зерну (ГОСТ 563 9-82) 3-4

Средняя длина зерна Ьср, мкм 155,7±7,2

Средняя ширина зерна Нср, мкм 85±5

Вытянутость Ьср/Нср 1,8

Параметр сложности формы 6,2

Геометрические размеры дисперсной и игольчатой орто-фазы внутри [в-зерен

Средняя длина частицы Ьср, мкм 1,8±0,02

Средняя толщина частицы Нср, мкм 1,4±0,02

Вытянутость Ьср/Нср 1,28±0,01

Длина игл Ь, мкм 7,5

Толщина игл Н, мкм 4,02

Вытянутость игл Ьср/#ср 1,86

Параметр сложности формы 4,5

Геометрические размеры а2-фазы на границе в-зерна

Средняя толщина частиц Нср, мкм 2,9±0,07

Средняя длина частиц Ьер, мкм 5,2±0,2

Вытянутость Ьср/Лср 1,79

Максимальная толщина частиц #тах, мкм 6,4

Максимальная длина частиц Ьтах, мкм 21,3

Вытянутость частиц Ьтах/.Ятах 3,3

Образцы после термической обработки имели микроструктуру с размерами зерен - длиной 155±7,2 мкм, шириной 85 мкм и вытянутостью 1,8. Выделения орто-фазы внутри зерна имели почти сферическую форму шириной 1,4 мкм и длиной 1,8 мкм, а также пластинчатую форму длиной до 7,5 мкм и шириной 4,02 мкм с коэффициентом сложности формы ~4,5. Отмечено также присутствие игольчатых частиц этой фазы длиной до 21,3 мкм с минимальной толщиной 1,3 мкм.

Из термически обработанных заготовок изготавливали образцы для испытаний механических свойств: предела прочности (ов), предела текучести (00,2), относительного удлинения (5) и относительного сужения (у) при температурах 20; 650 и 700 °С, а также длительной прочности за 100 и 500 ч при температурах 650 и 700 °С. Результаты этих испытаний при температурах 20; 650 и 700 °С представлены в табл. 2-4.

Таблица 2

Кратковременная прочность плит при температуре испытания 20 °С __после термической обработки__

Условный номер образца о0,2, МПа ов, МПа 5, % у, %

1-1 1110 1280 8,9 12,3

1-2 1127 1225 9,7 14,5

1-3 1121 1221 8,6 13,1

9-1 1132 1250 8,5 13,2

9-2 1131 1257 9,6 14,1

9-3 1140 1260 10,1 14,5

Таблица 3

Кратковременная прочность плит при температуре испытания 650 °С __после термической обработки__

Условный номер образца 00,2, МПа 0В, МПа 5, % у,%

1-4 894 1035 14,2 16,2

1-5 880 1020 13,1 17,1

1-6 895 1041 14,1 17,9

9-4 894 1030 13,8 18,1

9-5 880 1043 14,1 17,8

9-6 891 1038 14,9 18,2

Таблица 4

Кратковременная прочность плит при температуре испытания 700 °С __после термической обработки__

Условный номер образца 00,2, МПа 0В, МПа 5, % у,%

1-7 769 835 15,2 17,2

1-8 780 842 17,1 17,1

1-9 795 841 17,1 18,9

9-7 769 843 18,0 18,1

9-8 759 821 18,2 17,6

9-9 765 824 17,8 17,8

Термически обработанные плиты из сплава ВИТ1 обладали следующими прочностными и пластическими свойствами:

- при температуре 20 °С - ов > 1221 МПа, 00,2 > 1110 МПа, 5 > 8,6 %, у > 12,3 %;

- при температуре 650 °С - ов > 1020 МПа, 00,2 > 880 МПа, 5 > 13,8 %, у > 16,2%;

- при температуре 700 °С - ов > 821 МПа, 00,2 > 759 МПа, 5 > 15,2 %, у > 17,1 %.

Результаты испытаний на длительную прочность за 100 и 500 ч при температурах 650 и 700 °С представлены в табл. 5 и 6.

Таблица 5

Длительная прочность плит за 100 ч после термической обработки_

Условный номер образца Температура испытания, °С Напряжения о, МПа Время до разрушения т, ч

1-4 650 452 105

1-5 465 99

1-6 542 110

9-4 460 108

9-5 462 110

9-6 456 121

8-17 490 60

8-18 450 105

8-19 450 125

8-20 450 140

1-7 700 352 124

1-8 365 80

1-9 352 106

9-7 356 109

9-8 328 134

9-9 342 112

Таблица 6 Длительная прочность плит за 500 ч после термической обработки

Условный номер образца Температура испытания, °С Напряжения о, МПа Время до разрушения т, ч

8-41 650 327 460

8-42 317 501

8-43 307 505

8-44 307 500

8-45 700 73 491

8-46 68 501

8-47 68 506

Длительная прочность плит из сплава ВИТ1 после термообработки составила:

- при температуре 650 °С - о^ = 450 МПа, = 300 МПа;

- при температуре 700 °С - о™0 = 350 МПа, о™0° = 68 МПа.

Полученные результаты механических испытаний при комнатной и повышенной температурах плит из сплава ВИТ1 показали его преимущества по сравнению с жаропрочным титановым сплавом ВТ41 (табл. 7).

Видно, что по удельной прочности (ов/ё) при температуре 20 °С сплав ВТ41 и сплав ВИТ1 имеют приблизительно одинаковые значения: 24,0 и 23,5 км (усл. ед.). Однако при температуре 600 °С удельная длительная прочность за 100 ч сплава ВИТ1 больше, чем у сплава ВТ41, на ~25 %, а при температуре 650 °С сплав ВИТ1 по этому параметру превосходит сплав ВТ41 в 1,8 раза. Обладая такими жаропрочными свойствами, интерметаллидный титановый сплав ВИТ1 является перспективным материалом для деталей газотурбинных двигателей, поскольку позволит расширить диапазон рабочих температур титановых деталей на 100-150 °С и снизить массу деталей на 20 % при замене деталей из жаропрочных сталей.

Таблица 7

Сравнительные свойства интерметаллидного сплава ВИТ1 _и жаропрочного титанового сплава ВТ41_

Свойства Значения свойств для сплава

интерметаллидного ВИТ1 титанового ВТ41

При температуре испытания 20 °С

Плотность кг/м3 5300 4580

0В, МПа 1248 1100

0ВМ, км (усл. ед.) 23,5 24,0

При температуре испытания 600 °С

0В, МПа 1040 720

0100, МПа 500 335

0100/ё, км (усл. ед.) 9,4 7,3

При температуре испытания 650 °С

0В, МПа 1020 680

0100, МПа 450 215

0100/ё, км (усл. ед.) 8,49 4,69

Заключения

Опробована технология получения из интерметаллидного сплава ВИТ1 деформированного полуфабриката - плиты, которая включала: три предварительные всесторонние ковки со сменой осей литых заготовок при температуре Гп п + 60 °С, ковку промежуточной заготовки под прокатку при температуре Гп п + 30 °С и прокатку кованых заготовок на плиту при температуре Гп п - 70 °С.

После горячей деформации заготовки плиты имели фазовый состав: >93 % (объемн.) орто-фазы + <7 % (объемн.) р2-фазы + а2-фаза + следы карбосилици-дов. Макроструктура плит соответствовала 1-2 типам и содержала сферические частицы орто-фазы размером -1,4 мкм и пластинчатые частицы толщиной 2,54 мкм и длиной 5,5 мкм. На границах Р-зерен располагались частицы а2-фазы толщиной 2,98 мкм и длиной 4,95 мкм.

Заготовки плит подвергали термической обработке по режиму: нагрев до температуры Гпп - 70 °С с кратковременной выдержкой, охлаждение до температуры Гп.п - 320 °С с длительной выдержкой, далее охлаждение на воздухе. Такая термическая обработка плит изменила фазовый состав заготовок на следующий: 68-70 % (объемн.) орто-фазаы + 31-29 % (объемн.) р2-фазы + а2-фаза + следы карбосилицидов. Макроструктура плит имела рекристаллизованную структуру 4 балла с сохранением направления прокатки. Микроструктура заготовок плит соответствовала 4 типу. Микрозерно имело вытянутую форму с размерами 155/85 мкм (длина/толщина) и состояло из орто-фазы в виде частиц почти сферической формы 1,4-1,8 мкм и пластин 7,5*4,02 мкм (длина/толщина), а также а2-фазы в виде пластин 5,2/2,9 мкм (длина/толщина) и дисперсных частиц карбосилицидов.

Термически обработанные заготовки плит имели следующие механические свойства:

- при температуре 20 °С - ов > 1221 МПа, 00,2 > 1110 МПа, 5 > 8,5 %, у > 12,3 %;

- при температуре 650 °С - ов > 1020 МПа, 00,2 > 880 МПа, 5 > 13,1 %, у > 16,2 %,

о^ = 450 МПа и 0650° = 300 МПа;

- при температуре 700 °С - ов > 821 МПа, 00,2 > 759 МПа, 5 > 15,2 %, у > 17,2 %, 0700° = 300 МПа и о700° = 68 МПа.

Опробованная технология получения деформированного полуфабриката - плиты

размером 25*200*350 мм из интерметаллидного сплава ВИТ1 - может быть использована в опытно-промышленном производстве для изготовления заготовок деталей

газотурбинных двигателей.

Библиографический список

1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33.

2. Каблов Е.Н. ВИАМ: Материалы нового поколения для ПД-14 // Крылья Родины. 2019. № 7-8. С. 54-58.

3. Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Колодяжный М.Ю., Сурова В.А., Нарский А.Р. Перспективы создания высокотемпературных жаропрочных сплавов на основе тугоплавких матриц и естественных композитов // Вопросы материаловедения. 2020. № 4 (104). С. 64-78.

4. Антипов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 186-194. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194.

5. Ночовная Н.А., Иванов В.И. Перспективы применения жаропрочных материалов на основе алюминидов титана // Междунар. конф. «Ti-2006 в СНГ» (Суздаль, 21-24 мая 2006 г.). Верхняя Салда, 2006. С. 39-43.

6. Ночовная H.A., Базылева O.A., Каблов fl.E., Панин П.В. Интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля / под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: ВИАМ, 2018. 318 с.

7. Leyens C., Hausmann J., Kumfert J. Continuous Fiber Reinforced Titanium Matrix Composites Fabrication, Properties and Applcation // Titanium and Titanium Alloys. Fundamental and Application / ed. by C. Leyens, M. Peters. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GnbH & Co. KGaA, 2003. P.305-331.

8. Dey S.R., Roy S., Suwas S. et al. Annealing response of the intermetallic alloy T-22Al-25Nb // Journal of Intermetallics. 2010. Vol. 18. No. 6. P. 1122-1131.

9. Ma X., Zeng W., Xu B. et al. Characterization of the hot deformation behavior of a Ti-22Al-25Nb alloy using processing maps based on the Murry criterion // Journal of Intermetallics. 2012. Vol. 20. No. 1. P. 1-7.

10. Nochovnaya N., Alexeev E., Izotova A., Ivanov V. Oportunities of increase of mechanical properties of the deformed semifinished products from Ti-Al-Nb system alloys // Proceeding of the 12th Wold Conference on «Ti-2011». Beijing: Science Press, 2011. Vol. 2. P. 1383-1386.

11. Wang W., Zeng W., Chen X. et al. Microstructural control and mechanical properties from isothermal forging and heat treatment of Ti-22Al-25Nb (at. %) Orthorhombic alloy // Journal of Intermetallics. 2015. Vol. 56. P. 79-86.

12. Shang J.L., Guo H.-Z., Liang H.-Q. Hot deformation behavior and process parameter optimization of Ti-22Al-25 Nb using processing map // Journal Rare Metals. 2016. Vol. 35. No. 1. P. 118-126.

13. Алексеев Е.Б., Ночовная H.A., Новак A.B., Панин П.В. Деформируемый интерметаллидный титановый орто-сплав, легированный иттрием. Часть 1. Исследование микроструктуры слитка и построение реологических кривых // Труды ВИАМ. 2018. № 6 (66). Cr. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.01.2021). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-612-21.

14. Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Новак А.В., Панин П.В. Деформируемый интерметаллидный титановый орто-сплав, легированный иттрием. Часть 2. Исследование влияния термической обработки на микроструктуру и механические свойства катаной плиты // Труды ВИАМ. 2018. № 12 (72). Ct. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 14.01.2021). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-12-37-45.

15. Новак А.В., Алексеев Е.Б., Иванов В.И., Дзунович Д.А. Изучение влияния параметров закалки на структуру и твердость интерметаллидного титанового орто-сплава ВТИ-4 // Труды ВИАМ. 2018. № 2 (62). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 09.08.2021). DOI: 10.185777/2307-6046-2018-0-2-5-5.