Взаимосвязь микроструктуры, механизмов ползучести и длительной прочности жаропрочных никелевых сплавов ВЖС1 и ВЖС3, полученных методом селективного лазерного сплавления

С.В. Неруш, Д.Г. Чубов, Д.И. Сухов, Ю.Ю. Капланский
UDC
669.245.018.44:621.373.826
DOI
10.18577/2307-6046-2026-0-7-43-62
Article PDF (Russian) (1.74 MB)
How to cite
С.В. Неруш, Д.Г. Чубов, Д.И. Сухов, Ю.Ю. Капланский Взаимосвязь микроструктуры, механизмов ползучести и длительной прочности жаропрочных никелевых сплавов ВЖС1 и ВЖС3, полученных методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2026. № 7. DOI: 10.18577/2307-6046-2026-0-7-43-62. URL: https://viam-works.ru/journal/2026/7/4
Keywords
селективное лазерное сплавление, жаропрочные никелевые сплавы, ползучесть, длительная прочность, энергия активации, параметр Ларсона–Миллера, γ′-фаза, ВЖС1, ВЖС3
Abstract

Исследованы кинетика ползучести и длительная прочность жаропрочных никелевых сплавов ВЖС1 и ВЖС3, синтезированных методом селективного лазерного сплавления. По результатам изотермических испытаний на ползучесть в интервале температур от 850 до 950 °С определены численные значения степенного показателя напряжения матрицы n = 6,24 и эффективной энергии активации ползучести Q ≈ 613 кДж/моль, которые указывают на преобладание дислокационных механизмов ползучести с доминирующим вкладом переползания дислокаций через когерентные выделения γ′-фазы. Значения показателя Q для разработанных сплавов превышают энергию самодиффузии никеля на 329 кДж/моль, что соответствует уровню литого сплава IN738LC. По уровню длительной прочности синтезированный сплав ВЖС1 имеет преимущества над сплавом IN939, тогда как высоколегированный сплав ВЖС3 при 1000 °C (σ100 ≈ 130 МПа) близок к литому сплаву ВЖЛ12У (~140 МПа) и превосходит применяемые в аддитивном производстве жаропрочные сплавы.

 

Reference list
  1. Каблов Е.Н., Евгенов А.Г., Петрушин Н.В., Базылева О.А., Мазалов И.С., Дынин Н.В. Материалы нового поколения и цифровые аддитивные технологии производства ресурсных деталей ФГУП «ВИАМ». Часть 3. Адаптация и создание материалов // Электрометаллургия. 2022. № 4. С. 15–25.
  2. Каблов Е.Н., Евгенов А.Г., Петрушин Н.В., Бакрадзе М.М., Неруш С.В., Шуртаков С.В., Мазалов И.С. Селективное лазерное сплавление: материалы и технологии для синтеза ресурсных деталей: учеб. пособие. М.: НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ, 2024. 512 с.
  3. Логунов А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин. М.: Московские учебники, 2018. 592 с.
  4. Евгенов А.Г., Рогалев А.М., Неруш С.В., Мазалов И.С. Исследование свойств сплава ЭП648, полученного методом селективного лазерного сплавления металлических порошков // Труды ВИАМ. 2015. № 2. С. 8–15. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-2-2-2.
  5. Евгенов А.Г., Горбовец М.А., Прагер С.М. Структура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 и ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1 (43). С. 8–15. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-8-15.
  6. Мазалов И.С., Евгенов А.Г., Прагер С.М. Перспективы применения жаропрочного структурно-стабильного сплава ВЖ159 для аддитивного производства высокотемпературных деталей ГТД // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1 (43). С. 3–7. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-3-7.
  7. Оспенникова О.Г., Наприенко С.А., Медведев П.Н., Зайцев Д.В., Рогалев А.М. Особенности формирования структурно-фазового состояния сплава ЭП648 при селективном лазерном сплавлении // Труды ВИАМ. 2021. № 8 (102). С. 3–11. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-8-3-11.
  8. Каблов Е.Н., Неруш С.В., Чубов Д.Г., Сухов Д.И., Филонова Е.В., Пахомкин С.И. Структурная нестабильность жаропрочных сплавов на основе никеля с высоким содержанием гамма-штрих фазы, полученных методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2025. № 8 (150). С. 3–13. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2307-6046-2025-0-8-3-13.
  9. Мовенко Д.А., Шуртаков С.В. Причины образования микротрещин и снижение плотности их распределения в изделиях из никелевых жаропрочных сплавов, изготовленных методом СЛС (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2022. № 2 (67). С. 43–51. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2713-0193-2022-0-2-43-51.
  10. Сухов Д.И., Неруш С.В., Ефимочкин И.Ю., Карачевцев Ф.Н., Богачев И.А. Получение металломатричных композитов на основе сплава ВЖ159 методом селективного лазерного сплавления // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 2 (63). С. 62–72. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-2-62-72.
  11. Rickenbacher L., Etter T., Hövel S., Wegener K. High Temperature Material Properties of IN738LC Processed by Selective Laser Melting (SLM) Technology // Rapid Prototyping Journal. 2013. Vol. 19. No. 4. P. 282–290. DOI: 10.1108/13552541311323281.
  12. Wilkes J., Hoopes K., Helfand J. Creep and Tensile Properties of Direct Metal Laser Sintered (DMLS) Inconel 738LC Coupons and Comparison to Cast Properties // The 6th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. Pittsburgh, 2018. Paper 168. URL: https://sco2symposium.com/papers2018/materials/168_Paper.pdf (дата обращения: 04.07.2026).
  13. Xu J., Gruber H., Deng D. et al. Short-Term Creep Behavior of an Additive Manufactured Non-Weldable Nickel-Base Superalloy Evaluated by Slow Strain Rate Testing // Acta Materialia. 2019. Vol. 179. P. 142–157. DOI: 10.1016/j.actamat.2019.08.018.
  14. Bridges A., Shingledecker J., Torkaman A., Houck L. Metallurgical Evaluation of an Additively Manufactured Nickel-Base Superalloy for Gas Turbine Guide Vanes // ASME Turbo Expo 2020: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. New York: ASME, 2020. Vol. 8: Industrial and Cogeneration; Manufacturing Materials and Metallurgy; Marine; Microturbines, Turbochargers, and Small Turbomachines. Art. GT2020-15363. DOI: 10.1115/GT2020-15363.
  15. Pröbstle M., Neumeier S., Hopfenmüller J. et al. Superior Creep Strength of a Nickel-Based Superalloy Produced by Selective Laser Melting // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 674. P. 299–307. DOI: 10.1016/j.msea.2016.07.061.
  16. Popovich V.A., Borisov E.V., Heurtebise V. et al. Creep and Thermomechanical Fatigue of Functionally Graded Inconel 718 Produced by Additive Manufacturing // TMS 2018 147th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings (The Minerals, Metals & Materials Series). Cham: Springer, 2018. DOI: 10.1007/978-3-319-72526-0_9.
  17. Kuo Y.-L., Horikawa S., Kakehi K. Effects of Build Direction and Heat Treatment on Creep Properties of Ni-Base Superalloy Built up by Additive Manufacturing // Scripta Materialia. 2017. Vol. 129. P. 74–78. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.10.035.
  18. Неруш С.В., Чубов Д.Г., Капланский Ю.Ю., Сухов Д.И. Исследование экспериментального жаропрочного сплава на основе никеля, полученного методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2025. № 7 (149). С. 3–12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 04.07.2026). DOI: 10.18577/2307-6046-2025-0-7-3-12.
  19. Неруш С.В., Сухов Д.И., Капланский Ю.Ю., Чубов Д.Г. Закономерности кинетики ползучести и длительной прочности жаропрочного никелевого сплава ВЖС1 // Сб. докл. XVIII Всерос. конф. по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТЕСТМАТ» по тематике: «Современные подходы и тенденции развития структурно-фазовых, химико-аналитических методов анализа». М.: НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ, 2026. С. 334–345.
  20. Shang S.L., Zacherl C.L., Fang H.Z. et al. Effects of Alloying Element and Temperature on the Stacking Fault Energies of Dilute Ni-Base Superalloys // Journal of Physics: Condensed Matter. 2012. Vol. 24. No. 50. Art. 505403. DOI: 10.1088/0953-8984/24/50/505403.
  21. Frost H.J., Ashby M.F. Deformation-Mechanism Maps: The Plasticity and Creep of Metals and Ceramics. Oxford: Pergamon Press, 1982. 166 p.
  22. Sawada K., Kimura K., Abe F. et al. Data Sheets on the Elevated-Temperature Properties of Nickel Based 16Cr–8,5Co–3,5Al–3,5Ti–2,6W–1,8Mo–0,9Nb Superalloy Casting for Gas Turbine Components. NIMS Creep Data Sheet No. 49A. Tsukuba: National Institute for Materials Science, 2012. DOI: 10.11503/nims.1053.
  23. Chen K., Dong J., Yao Z. Creep Failure and Damage Mechanism of Inconel 718 Alloy at 800–900 °C // Metals and Materials International. 2021. Vol. 27. No. 5. P. 970–984. DOI: 10.1007/s12540-019-00447-4.
  24. 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 // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 825. Art. 141880. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141880.
  25. Li Q., Tian S., Yu H. et al. Effects of Carbides and Its Evolution on Creep Properties of a Directionally Solidified Nickel-Based Superalloy // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 633. P. 20–27. DOI: 10.1016/j.msea.2015.02.056.
  26. Furillo F.T., Davidson J.M., Tien J.K., Jackman L.A. The Effects of Grain Boundary Carbides on the Creep and Back Stress of a Nickel-Base Superalloy // Materials Science and Engineering. 1979. Vol. 39. P. 267–273. DOI: 10.1016/0025-5416(79)90065-X.
  27. He L.Z., Zheng Q., Sun X.F. et al. Effect of Carbides on the Creep Properties of a Ni-Base Superalloy M963 // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 397. No. 1–2. P. 297–304. DOI: 10.1016/j.msea.2005.02.038.
  28. Monkman F.C., Grant N.J. An Empirical Relationship between Rupture Life and Minimum Creep Rate in Creep-Rupture Tests // Proceedings of ASTM. 1956. Vol. 56. P. 593–620.
  29. Larson F.R., Miller J. A Time-Temperature Relationship for Rupture and Creep Stresses // Transactions of the ASME. 1952. Vol. 74. P. 765–771.
  30. Shaw S.W.K. Response of IN-939 to Process Variations // Superalloys 1980. Warrendale: The Metallurgical Society of AIME, 1980. P. 275–284.
  31. Engineering Properties of Alloy 713C. Toronto: Nickel Institute. Publication No. 337. URL: https://nickelinstitute.org/media/2487/alloys-713c_337.pdf (дата обращения: 04.07.2026).