Деформаційне зміцнення стопів на основі ніклю: пов’язані з мікроструктурою аналітичні оцінки, молекулярно-динамічне моделювання та вплив ультразвукового фінішного оброблення поверхні
МОРДЮК Б.М., ШИВАНЮК В.М., МОГИЛЬНИЙ Г.С., БОНДАРЧУК В.І., ГАЦЕНКО О.С.
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
Отримано 24.01.2025, остаточна версія 04.05.2025
Завантажити PDF
Анотація
Метою статті є огляд й аналіза доцільности різного типу оброблення поверхні для зміцнення та поліпшення інших властивостей авіаційних стопів на основі ніклю. Розглянуто особливості зміни структурно-фазового стану та механічних властивостей поверхневих шарів зразків стопів Inconel 690, Inconel 718 та Inconel X750 (CrNi73MoTiAlNb), одержаних за стандартною технологією лиття та термомеханічного оброблення після термооброблення та подальшого ультразвукового фінішного оброблення поверхні за допомогою високочастотного механічного проковування (ВМП). За допомогою сканувальної електронної мікроскопії та енергодисперсійної рентґенівської спектроскопії ідентифіковано як розмірно-морфологічні ознаки, так і об’ємну частку фаз зміцнення. Показано, що оброблення ВМП уможливлює ефективне зміцнення поверхневих шарів авіаційних ніклевих стопів для підвищення їхніх експлуатаційних характеристик. Величини стискальних напружень у поверхневих шарах, що утворилися внаслідок інтенсивної пластичної деформації під час ВМП, становлять ≈ 0,71 ГПа, ≈ 0,82 ГПа та ≈ 1,25 ГПа, а твердість HV зростає до 3,75 ГПа (на 75%), 4 ГПа (55%) і 5,96 ГПа (41%) для стопів Inconel 690, Inconel 718 і Inconel X750 відповідно. Спостережуване підвищення твердости описано як експериментально, враховуючи мікроструктурні дані, так і аналітично на основі діючих механізмів зміцнення, а саме: твердорозчинного зміцнення, дисперсійного зміцнення карбідами (Inconel 690) та/або інтерметалідами (Inconel 718, Inconel X750), накопичення та перебудови дислокацій, а також подрібнення зерен/субзерен, що спостерігаються рентґеноструктурною аналізою. Показано, що молекулярно-динамічне моделювання за однакових умов (напружень розтягу та температури) уможливлює зафіксувати ріжницю в еволюції дефектних структур і полів усереднених за всіма атомами напружень у модельних нанокристалах Ni зі сферичним включенням і без нього та може бути використане для моделювання деформації стопів із дисперсійним зміцненням. Пучки дислокацій навколо сферичних включень і пересічення смуг ковзання, виявлені у ґратниці Ni під час молекулярно-динамічного моделювання, також було знайдено на іншому масштабному рівні за допомогою прямих спостережень просвітлювальним електронним мікроскопом мікроструктури деформованого за допомогою ВМП стопу Inconel 718.
Ключові слова: стопи на основі ніклю, поверхневе зміцнення, високочастотне механічне проковування, ультразвук, мікроструктура, механізми зміцнення, молекулярно-динамічне моделювання.
DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.26.02.***
Citation: B.M. Mordyuk, V.М. Shyvaniuk, G.S. Mogylnyi, V.І. Bondarchuk, and О.S. Gatsenko, Strain Hardening of Nickel-Based Alloys: Microstructure Related Analytical Evaluations, Molecular Dynamics Modelling, and Effects of Ultrasonic Surface Finishing, Progress in Physics of Metals, 26, No. 2: ***–*** (2025)