The effect of heat treatment on the structure and properties of a heat-resistant nickel alloy based on Ni–Fe–Co–Nb–Ti–Ta

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of heat treatment on the structure and properties of a new weldable heat-resistant alloy based on Ni–Fe–Co–Nb–Ti–Тa with a low coefficient of thermal expansion for parts of gas turbine engines was studied. The stability of the intermetallic globular phase, the features of precipitation of lamellar particles during annealing after quenching were studied. It is shown that the structure formed during heat treatment with nanosized cuboid and rounded particles of the γ′-phase, as well as with a small amount of lamellar η-phase precipitates along the grain boundaries, provides a high set of properties and excellence heat-resistance in comparison with iron-nickel commercial alloys of a similar purpose. With uniform precipitation of the γ′-phase higher tensile strength are achieved. 

About the authors

S. V. Ovsepyan

National Research Center “Kurchatov Institute” – VIAM

Author for correspondence.
Email: lab3@viam.ru
Cand Sc. (Eng) 17 Radio St, 105005, Moscow, Russian Federation

M. V. Akhmedzyanov

National Research Center “Kurchatov Institute” – VIAM

Email: lab3@viam.ru
17 Radio St, 105005, Moscow, Russian Federation

E. A. Lukina

National Research Center “Kurchatov Institute” – VIAM

Email: lab3@viam.ru
Cand Sc. (Eng) 17 Radio St, 105005, Moscow, Russian Federation

O. I. Rastorgueva

National Research Center “Kurchatov Institute” – VIAM

Email: lab3@viam.ru
17 Radio St, 105005, Moscow, Russian Federation

References

  1. Kablov, E.N., Innovatsionnye razrabotki FGUP VIAM GNTs RF po realizatsii “Strategicheskih napravleny razvitiya materialov i tekhnology ikh pererabotki na period do 2030 goda” [Innovative developments of FSUE "VIAM" of the State Research Center of the Russian Federation on the implementation of “Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030”], Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2015, No 1 (34), pp. 3-33. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1- 3-33.
  2. Kablov, E.N., Ospennikova , O.G., Lomberg, B.S., Sidorov, V.V., Prioritetnye napravleniya razvitiya tekhnology proizvodstva zharoprochnykh materialov dlya aviatsionnogo dvigatelestroeniya [Priority directions of development of technologies for the production of heat-resistant materials for the aircraft engine industry], Problemy chernoi metallurgii i materialovedeniya, 2013, No 3, pp. 47-54.
  3. Lagow, D.W., Materials Selection in Gas Turbine Engine Design and the Role of Low Thermal Expansion Materials, JOM, 2016, No 68, pp. 2770-2775.
  4. Smith , D.F., Tillack, D.J., McGrath, J.P., A Low-Expansion Superalloy for Gas-Turbine Applications, ASME, Beijing International Gas Turbine Symposium and Exposition Beijing, People’s Republic of China, 1985, pp. 1-9.
  5. Sims, Ch.T., Stoloff, N.S., Hagel, U.K., Supersplavy II: Zharoprochnye materialy dlya aerokosmicheskikh i promyshlennykh energoustanovok, Moscow: Metallurgiya, 1995.
  6. Incoloy 903, Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-903.pdf (reference date 17/01/2023).
  7. Incoloy 907, Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-907.pdf (reference date 17/01/2023).
  8. Incoloy 909, Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-909.pdf (reference date 17/01/2023).
  9. Inconel 718, Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents technicalbulletins/inconel/inconel-alloy-718.pdf (reference date 17/01/2023).
  10. Gialanella , S., Malandruccolo, A., Aerospace Alloys, Springer Nature, 2019, p. 570.
  11. Finet, L., Esin, V.A., Maurel, V., Nazé, L., Composition and Temperature Stability of η and δ-Phases for Future Nickel-Base Superalloys for Turbine Disks Application, Superalloys, 2020, pp. 112- 121.
  12. Reed , R.C., The Superalloys: Fundamentals and Applications, New York: Cambridge University Press, 2008.
  13. Antonov, S., Huo, J., Feng, Q., Isheim, D., Seidman , D.N., Helmink , R. C., Sun, E., Tin , S. σ and η-Phase formation in advanced polycrystalline Ni-base superalloys, Materials Science and Engineering, 2017, V. A687, pp. 232-240.
  14. Ernst, S.C., Baeslack III, W.A., Lippold, J.C., Weldability of high-strength, low-expansion superalloys, Welding Research Supplement, 1989. V. 7, No 4, rr. 418-430.
  15. Balachander, M., Microstructural characterization and thermal fatigue study of a coated Incoloy 909 Superalloy, A Thesis Submitted to The Faculty of Graduate Studies In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy, Department of Mechanical and Manufacturing Engineering University of Manitoba Winnipeg, Manitoba, 2010, r. 264.
  16. Liu, F.C., Lyu, F., Liu , F.G., Lin , X., Huang, Ch.P., Laves phase control of Inconel 718 superalloy fabricated by laser direct energy deposition via δ aging and solution treatment, Journal of Materials Research and Technology, 2020,V. 9, Issue 5, pr. 9753-9765.
  17. Kablov, E.N., Evgenov, A.G., Mazalov, I.S., Shurtakov, S.V., Za its ev, D.V., Prager, S.M., Evolyutsiya struktury i svoistv vysokokhromistogo zharoprochnogo splava VZh159, poluchennogometodom selektivnogo lazernogo splavleniya [Evolution of the structure and properties of the high-chromium heat-resistant alloy VJ159 obtained by selective laser fusion]: Part 1, Materialovedenie, 2019, No 3, pp. 9-17.
  18. Kablov, E.N., Letnikov, M.N., Ospennikova, O.G., Bakradze, M.M., Shestakova, A.A., Osobennosti formirovaniya chastic uprochnyayushchej γ'-fazy v protsesse stareniya vysokolegirovannogo zharoprochnogo deformiruemogo nikelevogo splava VZh175-ID [Features of the formation of particles of the strengthening γ'-phase in the aging process of high-alloy heat-resistant deformable nickel alloy VJ175-ID], Trudy VIAM, 2019, No 9 (81), pp. 3-14. URL: http: //www. viam-works.ru (reference date 17/01/2023). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-9-3-14.
  19. Lomberg, B.S., Shestakova , A.A., Bakradze, M.M., Karachevt s ev, F.N., Issledovanie stabilnosti γ′-fazy razmerom menee 100 nm v zharoprochnom nikelevom splave VZh175-ID [Investigation of the stability of the γ'-phase with a size of less than 100 nm in a heat-resistant nickel alloy VJ175-ID], Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2018, No 4, pp. 3-10. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2018-0-4-3-10.
  20. Shestakova , A.A., Karachevt s ev, F.N., Zhebelev, N.M., Issledovanie vliyaniya temperatury stareniya na strukturno-fazovye prevrashcheniya v splave VZh177 [Investigation of the effect of aging temperature on structural-phase transformations in the VJ177 alloy], Trudy VIAM, 2018, No 5. St.01. URL: http://www.viam-works.ru. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-5-3-11.
  21. Lomberg, B.S., Shestakova , A.A., Letnikov, M.N., Bakradze, M.M., Vliyanie temperatury i napryazhenij na kharakter nanochastits γʹ-fazy v splave VZh175-ID [Influence of temperature and stresses on the character of γʹ-phase nanoparticles in the VJ175-ID alloy], Trudy VIAM, 2019, No 12. Art. 01. URL: http://www.viam-works.ru. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-12-3-10.
  22. Forbes Jones, R.M., Jackman, L.A., The Structural Evolution of Superalloy Ingots during Hot Working, JOM, 1999, V. 5, Issue 1, pp. 27-31.
  23. Antonov, S., Detrois, M., Helmink, R.C., Tin, S., Precipitate phase stability and compositional dependence on alloying additions in γ-γ′-δ-η Ni-base superalloys, Journal of Alloys and Compounds Elsevier, 2015, V. 626, pp. 76-86.
  24. Zharoprochny deformiruemy splav na osnove nikelya s nizkim temperaturnym koeffitsientom lineinogo rasshireniya i izdelie, vypolnennoe iz nego: pat. 2721261 [Heat-resistant deformable nickel-based alloy with a low temperature coefficient of linear expansion and a product made of it: patent 2721261], RF No 2019140925; Appl. 11.12.19; Publ. 18.05.20, Bul. No 14.
  25. Babaie Sangetabi, S.S., Abbasi, S.M., Mahdavi, R., Experimental selection of the initial dissolution treatment temperature range for the subsequent cold rolling of IN907 superalloy sheet, Heliyon, 2022, V. 8, Issue 8, p. e10138.
  26. Azadian , S., Wei, L.-Y., Warren , R., Delta phase precipitation in Inconel 718, Materials Characterization, 2004, No 53, rr. 7-16.
  27. Boussinot, G., Finel, A., Le Bouar, Y., Phase field modeling of bimodal microstructures in nickel-base superalloys, Acta. Mater., 2009, No 57, rr. 921-931.
  28. Antolovich, S.D, Armstrong, R.W., Plastic strain localization in metals: origins and consequences, Progress in Materials Science, 2014, No 59, pp. 1-160. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.06.001.
  29. Zhao, L., He, J., Tao, W., Shuhong, F., Yong, Z., Microstructure Evolution of GH2909 Low Expansion Superalloy During Heat Treatment, Acta Metall Sin, 2022, No 58 (9), rr. 1179-1188.
  30. Deformiruemye zharoprochnye stali i splavy [Deformable heat-resistant steels and alloys], V. 2, Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2018, Moscow: VIAM.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».