Исследованы процессы, происходящие при высокотемпературной гомогенизации монокристаллов никелевого жаропрочного сплава 3-го поколения CMSX-10, содержащего 6 масс. % рения, разработанного фирмой Cannon-Muskegon для литья высоконагруженных неохлаждаемых монокристаллических лопаток первой ступени турбины высокого давления авиационного газотурбинного двигателя Trent 800. Показано, что кинетика растворения выделений неравновесной эвтектический гамма'-фазы сильно зависит от температуры: в температурном интервале 1340 - 1360 C скорость растворения эвтектической гамма'-фазы повышается приблизительно на порядок при увеличении температуры отжига на каждые 10 C. Проведены сравнительные исследования двух режимов гомогенизации со ступенчатым повышением температуры отжига, предложенных для сплава CMSX-10 фирмой Cannon-Muskegon: длительный 45-ти часовой режим с 10-ю ступенями повышения температуры и сокращенный 20-ти часовой режим с 6-ю ступенями повышения температуры. Методом измерения удельного электросопротивления исследовано изменение температуры солидуса сплава в процессе гомогенизационного отжига. Показано, что при гомогенизации по обоим режимам происходит полное растворение выделений неравновесной эвтектической гамма'-фазы, в тоже время более длительный 45-ти часовой режим обеспечивает более глубокую химическую гомогенизацию сплава, что особенно важно для такого легирующего элемента как рений, который имеет высокий коэффициент ликвации и очень низкую диффузионную подвижность в никеле. Более глубокая гомогенизация обеспечивает лучшую термическую стабильность микроструктуры монокристаллов, и, как следствие, более высокую длительную прочность. Негативным эффектом высокотемпературной гомогенизации является повышенная пористость, образующаяся в результате растворения эвтектических выделений гамма'-фазы, которая может быть уменьшена путем оптимизации химического состава сплава и понижения объемной доли выделений неравновесной эвтектической гамма'-фазы.

High-alloyed nickel-based superalloys used for casting of single crystal blades of aircraft gas-turbine engines have to be subjected to a long-term high-temperature homogenization annealing for dissolution of nonequilibrium gamma'-eutectics and smoothing of dendritic segregation of alloying elements. Single crystal nickel-based superalloy of the 3-rd generation CMSX-10 developed by Cannon-Muskegon corporation for casting highly loaded uncooled single crystal blades of the first stage of a high pressure turbine of an aviation gas turbine engine Trent 800 belongs to such alloys. In the present work, the processes occurring during high-temperature homogenization annealing of this alloy have been investigated. It is shown that the kinetics of dissolution of nonequilibrium gamma'-eutectics strongly depends on temperature: in the range of 1340 - 1360 C the dissolution rate increases by about an order of magnitude with increasing temperature by 10 C. Two types of homogenization annealing with a stepwise increase of temperature proposed for CMSX-10 by Cannon-Muskegon have been investigated: a long 45-hour annealing with 10 steps of temperature increase and a shortened 20-hour annealing with 6 temperature steps. The change in the solidus temperature of the alloy during the homogenization was studied by the method of measurement of the specific electrical resistance. It is shown, that during homogenization annealing of the both types the nonequilibrium eutectics is completely dissolved, and a longer 45-hour annealing provides a deeper chemical homogenization of the alloy. This is especially important for such alloying element as rhenium, which has a high segregation coefficient and very slow diffusion mobility in nickel. Deeper homogenization provides better thermal stability of the alloy microstructure and consequently higher long-term creep strength. A negative effect of high-temperature homogenization is increased porosity resulting from the dissolution of gamma'-eutectics. Homogenization porosity can be reduced by optimizing the alloy composition and reducing the fraction of nonequilibrium gamma'-eutectics.

Физика и химия обработки материалов = Physics and chemistry of materials treatment: научно-технический журнал / Российская академия наук, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова. — Москва: Интерконтакт Наука, 2022 -. — Электрон. журнал. — Периодичность: 6 раз в год. — Размещен на платформе "eLIBRARY.RU", ООО НЭБ: https://elibrary.ru/. — Доступ по паролю из сети Интернет (чтение). — <URL:https://www.elibrary.ru/title_about_new.asp?id=8248>.

Физика и химия обработки материалов = Physics and chemistry of materials treatment: научно-технический журнал / Российская академия наук, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова. — Москва: Интерконтакт Наука, 2022 -. № 6, 2022. — (13 ст.). — Доступ по паролю из сети Интернет (чтение). — <URL:https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=50187792>.