Структура, анизотропия физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

□030В4081

На правах рукописи

ЕПИШИН АЛЕКСАНДР ИГОРЕВИЧ

СТРУКТУРА, АНИЗОТРОПИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МЕХАНИЗМЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ч 2 ИЮП Ш

Москва - 2007

003064081

Работа выполнена в Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов»

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Глезер А М

доктор физико-математических наук, профессор Колобов Ю Р

доктор физико-математических наук, профессор Локощенко А М

Ведущая организация

Центральный институт авиационного моторостроения им П И Баранова

Защита диссертации состоится 4 октября 2007 г. в 1530 часов

на заседании Диссертационного совета Д 212 132 08

при ГТУ «Московский институт стали и сплавов»

по адресу 119049, Москва, Ленинский проспект, 4, аудитория Б-436

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов

Автореферат разослан_2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета д ф -м н , профессор с ^ Мухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В начале 80-х годов в отечественном и зарубежном газотурбостроении стали применять монокристаллические лопатки из жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС) Отсутствие большеугловых границ позволило исключить межзеренное разрушение, улучшить коррозионную стойкость и, таким образом, существенно повысить конструкционную прочность лопаток Использование монокристаллических лопаток в газовых турбинах явилось первым в истории машиностроения применением монокристаллов в качестве конструкционного материала Поэтому для прогнозирования эксплуатационного ресурса таких лопаток потребовалась разработка новых методов прочностного расчета, учитывающих специфическую структуру монокристаллов, их анизотропные физико-механические свойства и физические механизмы пластического деформирования Получение необходимых знаний о монокристаллах ЖНС явилось мотивацией выполнения настоящей работы

Представленная диссертация является фактически первой работой, в которой с применением широкого спектра современных экспериментальных и теоретических методов комплексно изучены структура монокристаллов ЖНС на разных масштабных уровнях, анизотропия их физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести Диссертация подводит итог 20 летним исследованиям автора в области монокристаллов ЖНС Работа была начата во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) в рамках плановых НИР, а затем продолжена в рамках грантов РФФИ в Институте металлургии и материаловедения им А А Байкова и Московском государственном институте стали и сплавов Значительная часть работы была выполнена в рамках грантов Германского исследовательского общества (DFG), гранта европейского исследовательского центра ESRF (Франция) и европейской программы COST538 во время зарубежных

стажировок автора Таким образом, актуальность выполненной работы подтверждается ее интеграцией в отечественные плановые НИР по исследованию монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов, европейскую программу С08Т538 «Увеличение срока эксплуатации энергетических установок», а также многочисленными отечественными и зарубежными грантами, выигранными на конкурсной основе

Цель работы

Изучить анизотропию физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов ЖНС Для достижения указанной цели в работе ставились следующие задачи

1 Разработать прецизионные методы исследования структуры монокристаллов ЖНС в исходном состоянии и после испытания на ползучесть

2 Изучить процесс формирования монокристаллов при направленной кристаллизации ЖНС и исследовать их структуру на различных масштабных уровнях

3 Исследовать анизотропию упругих свойств, усталостной и термоусталостной прочности монокристаллов ЖНС

4 Исследовать влияние кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки на степень опасности термических напряжений

5 Исследовать кинетику пластической деформации и эволюции структуры монокристаллов ЖНС в процессе высокотемпературной ползучести

6 Обобщить результаты экспериментального исследования высокотемпературной ползучести монокристаллов ЖНС и предложить микромеханизм этого процесса

Материалы и методы исследования В работе исследовали монокристаллы отечественных (ЖС6Ф, ЖС40) и зарубежных (БОб, Р\УА-1483, 8Ш199, СМ8Х-4, СМБХ-б, СШХ-10) ЖНС, принадлежащих различным поколениям Экспериментальные исследования проводили с использованием растровой (РЭМ) и просвечивающей (ПЭМ)

электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа,

высокоразрешающей рентгеновской томографии, голографической интерферометрии и др При выполнении теоретических исследований использовали теорию упругости, метод конечных элементов (МКЭ), теорию дислокаций, теорию диффузии и молекулярную динамику

Научная новизна

1 Методом дифракции обратноотраженных электронов (ООЭ) получены новые сведения о механизме формирования монокристаллической структуры в процессе конкурентного роста зерен при направленной кристаллизации ЖНС

2 Впервые для исследования микропористости в монокристаллах ЖНС применена высокоразрешающая рентгеновская томография и на основании полученных результатов предложена классификация микропор

3 Обнаружены новые эффекты дендритной ликвации неоднородное распределение у/у'-мисфита в дендритной ячейке и «дендритные напряжения»

4 Исследована анизотропия физико-механических свойств монокристаллов ЖНС (упругости, усталости, термоусталости) и сформулированы рекомендации по выбору кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки, обеспечивающей минимальный риск разрушения от термических напряжений Впервые показано, что коэффициент Пуассона в монокристаллах некоторых ориентации может иметь отрицательный знак

5 Для количественного исследования микроструктурных изменений в монокристаллах ЖНС при высокотемпературной ползучести разработаны новые методы Фурье анализ регулярности у/у'-микроструктуры и оценка ее топологического состояния путем подсчета фазовых окончаний, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ по топографии межфазной границы

6 Предложен микромеханизм высокотемпературной ползучести, учитывающий дислокационные и диффузионные процессы в структуре ЖНС

Практическая ценность

Разработанные методы структурного анализа используются в ВИАМ, Федеральном институте исследования и испытания материалов (Германия) и Берлинском техническом университете при исследовании монокристаллов ЖНС Полученные экспериментальные данные об анизотропии физико-механических свойств монокристаллов сплава ЖС6Ф используются в Центральном авиамоторостроительном институте им ПИ. Баранова при оценке конструкционной прочности монокристаллических лопаток Сформулированные технические рекомендации по выбору оптимальной кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки утверждены ВИАМ и разосланы на предприятия авиационной промышленности Полученные данные об эволюции структуры монокристаллов сплава СМ8Х-4 в процессе высокотемпературной ползучести и предложенный механизм ползучести используются в европейской программе СОБТ538 для разработки физически обоснованных математических моделей прогнозирования ресурса монокристаллических лопаток

Основные положения выносимые на защиту

1 Новые методы исследования структуры монокристаллов ЖНС локальный рентгеноструктурный анализ дендритной структуры, высокоразрешающая рентгеновская томография микропористости, методы оценки регулярности и топологического состояния у/у'-микроструктуры, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ

2 Новые сведения о формировании монокристаллической структуры при направленной кристаллизации ЖНС Представления о монокристалле ЖНС как о многоуровневом структурном объекте, содержащем различные типы структурных дефектов

3. Экспериментальные данные об анизотропии физико-механических свойств монокристаллов ЖНС и рекомендации по выбору кристаллографической

ориентации монокристаллической лопатки, обеспечивающей минимальный риск разрушения от термических напряжений

4 Комплекс новых результатов об эволюции структуры монокристаллов ЖНС в процессе высокотемпературной ползучести

5 Физические механизмы высокотемпературной ползучести, учитывающие дислокационные и диффузионные процессы в структуре монокристаллов ЖНС

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях Всесоюзная конференция «Получение, структура, свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов» (Владимир, 1987), Всесоюзная конференция «Новые жаропрочные и жаростойкие материалы» (Звенигород, 1989), Семинар «Проблемы разрушения металлов и фрактография» (Москва, 1989), XII Всесоюзная конференция по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989), XIV Всесоюзная конференция по электронной микроскопии (Суздаль, 1990), IV, VII, VIII Международные конференции «Материалы для передового энергетического машиностроения» (Льеж, Бельгия, 1990, 2002, 2006), IV, V, VI Европейские конференции по остаточным напряжениям (Клуни, Франция, 1996, Дельфт-Нордвьекерхут, Голландия, 1999, Коимбра, Португалия, 2002), V, VII Международные конференции по остаточным напряжениям (Линкопинг, Швеция, 1997, Хиан, Китай, 2004), III и IV Международные семинары «Современные проблемы прочности» (Старая Руса, 1999, 2000), V Международный симпозиум «Ползучесть в структурах» (Нагойя, Япония, 2000), Германский семинар по высокотемпературным материалам (Мюнхен, Германия, 2001), 1П Международная конференция по интерметаллидным материалам (Джексон Холл, США, 2002), V Международная конференция по малоцикловой усталости (Берлин, Германия, 2003), 37 Германский симпозиум по металлографии (Берлин, Германия, 2003), V Международная конференция «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности

конструкций и методы их решения» (С-Петербург, 2003), X Международный симпозиум по жаропрочным сплавам (Севен Спрингс, США, 2004), Всероссийская конференция «Новые материалы и технологии» (Москва, 2004), IX Международный конгресс двигателестроителей (Рыбачье, Украина, 2004), Европейский конгресс по передовым материалам и процессам Е1ЖОМАТ 2005 (Прага, Чехия, 2005), Международная конференция по материаловедению и технологии М8&Т'05 (Питсбург, США, 2005), Германская физическая конференция (Берлин, Германия, 2005), Совещания по европейской программе С08Т538 «Увеличение срока эксплуатации энергетических установок» (Брюссель, Бельгия, 2004, Берлин, Германия, 2005, Баден, Швейцария, 2005, Братислава, Словакия, 2006, Льеж, Бельгия, 2006, Баден, Швейцария, 2006, Краков, Польша, 2007), Международная конференция «Диффузия и напряжения» (Лиллафюред, Венгрия, 2006), Международный симпозиум по жаропрочным сплавам памяти профессора МакЛина (Лондон, Великобритания, 2007)

По теме диссертации опубликовано более 50 научных работ в отечественных и зарубежных журналах, получено авторское свидетельство об изобретении, написаны научно-технические отчеты Личный вклад автора в выполнении изложенных в диссертации исследований является определяющим на этапе постановки задачи, планирования экспериментов и теоретических расчетов, выполнения исследований и обобщения результатов

Структура и объем работы. Диссертация написана в монографическом стиле и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений Объем диссертации 265 страниц машинописного текста, 142 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 162 наименований, 2 приложения

Во введении показана актуальность рассматриваемых научно-технических проблем, сформулированы цели работы и кратко описана хронология выполнения исследований

В перовой главе описываются разработанные методы структурного анализа и приводятся результаты изучения структуры монокристаллов ЖНС на разных масштабных уровнях

Во второй главе приводятся результаты исследования анизотропии физико-механических свойств монокристаллов сплава ЖС6Ф упругих свойств, усталостной и термоусталостной прочности, кинетики роста усталостных трещин, термостойкости

В третьей главе приводятся результаты исследования деформационных и структурных процессов, протекающих при высокотемпературной ползучести монокристаллов ЖНС

В четвертой главе теоретически рассматриваются механизмы

высокотемпературной ползучести монокристаллов ЖНС

Работа выполнена при научной консультации академика РАН О А Банных

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СТРУКТУРА МОНОКРИСТАЛЛОВ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВ<^[ МЕТОДЫ ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Монокристаллы ЖНС обладают сложной многоуровневой структурой, поэтому для ее исследования были разработаны специальные методы, с помощью которых были исследованы механизм формирования монокристаллической структуры, ростовые дефекты, макро и микроструктура монокристаллов, и остаточные напряжения различного уровня

Методом дифракции ООЭ и локального рентгеноструктурного анализа исследовали конкурентный рост зерен в кристаллоотборнике, используемом при направленной кристаллизации монокристаллических газотурбинных лопаток Кристалоотборник конструктивно состоит из стартера, в котором формируются столбчатые зерна ориентации [001], и геликоида (рис 1а), в котором отбирается одно зерно, формирующее монокристалл Цель

исследования заключалась в изучение закономерностей формирования монокристаллической структуры и получение количественной информации, необходимой для контроля и оптимизации технологии производства турбинных лопаток. Исследования показали, что отбор зерен на входе в геликоидальный сепаратор (рис. 16) определяется геометрическим фактором, а именно положением зерна во входной трубке геликоида. Конкурентный рост зерен а геликоиде также, контролируется кристаллографическим фактором. В процессе роста через дополнительные витки сепаратора кристаллографическая ориентация отобранного зерна может изменяться до нескольких градусов.

Рис. 1. Процесс отбора зерна 8 геликоиде, а) Верхняя часть Криеталлоотборкика. ОК - опорный кристалл, требуемый для измерений, б) 3 ере иная структура в сечениях 1 -7, дифракция ООЭ.

Анализ распределения аксиальной кристаллографической ориентации в верхней части стартера (сечение I на рис. 1а) позволяет оценить правильность выбора геометрии стартера и провести приблизительную экспресс-оценку вероятности выхода годных монокристаллов, для которых отклонение аксиальной ориентации от кристаллографического направления [001] находиться в пределах заданного допуска.

а) Колонии дендритов, РЭМ, б) Расщепление рентгеновского

ориентационный контраст ООЭ. рефлекса вследствие бл очно сто.

в) Дендритные блоки. РЭМ, г) Внутри дендритные блоки, РЭМ,

ориентапионный контраст ООЭ. вторичные электроны (ВЭ).

Рис. 2. Клочная структура монокристаллов сплава СМ5Х-4

Совершенство кристаллической структуры монокристаллов ЖНС исследовали методами дифракции ООЭ, локального рентгепоструктурного анализа и РЭМ. Из проведенных в работе исследований следует, что а монокристаллах ЖНС существует блочная структура грех уровней:

1. Колонии дендритов близкой кристаллографической ориентации, размером до несколько миллиметров (рис, 26). Разори с нтация между соседними колониями Может достигать нескольких градусов (2а).

2. Столбчатые дендритные блоки (рис. 2в), диаметром -300 мкм. Разориентация между соседними дендритными блоками, как правило, не превышает 1°.

3. Внутри дендритные опоки (рис 2г). Размер этих блоков изменяется от =¡0 до =100 мкм, а разориентация не превышает нескольких десятых долей градуса.

0.6

\ . Н-поры „ - л" "" Ч

♦ ' ; *

, 1 • I I \

1 V

I

•I ш У

т * - Ж.'

X ■

50 мкм

•S-nopa

<

Содержание тугоплавких элементов Nb+Mo+Hf+Ta+W+Re. % вес.

Рис. 3. Пористость в монокристаллах ЖНС.

а) Рентгеновская томограмма пористости в термообработанном ЖНС CMSX-4

б) Результаты количественной металлографии пористости в монокристаллах ЖНС разных поколений.

Пористость является дефектом, приводящим к преждевременному усталостному разрушению газотурбинных лопаток. В монокристаллах ЖНС' поры исследовали двумя методами: металлографически в РЭМ и методом рентгеновской томографии (рис. За) на синхротроне в Гренобле, Франция. На основании проведенных исследований предложено классифицировать поры в монокристаллах ЖНС на три типа: S-поры, образующиеся в процессе кристаллизации (Solidification), Н-поры, образующиеся в процессе гомогенизации сплавов (Homogenization) и D-поры. образующиеся в процессе

пластический Деформации (1>еГоггпа1юп). Эти типы пор могут быть опознаны по характерной форме и размеру. Найдено, что $+Н-пористость выше в высоколегированных ЖНС (рис. 36) и коррелирует с суммарной концентрацией тугоплавких элементов. Причина повышенной пористости - рост и-пор в процессе интенсивной гомогенизации, применяемой к высоколегированным ЖНС для выравнивания ликвации.

Рис, 4. Дендритная макроструктура монокристалла сплава СМЬХ-Ю (а) и гетерофазнаяу/у'-микроструктуры сплава ЙКЛ99 (б).

Монокристаллы ЖНС имеют неоднородную дендритную макроструктуру (рис. 4а) и гетерофазнуго у/у'-микроструктуру (рис. 46), дисперсность и морфология которых определяет физи ко-механические свойства. I китом у важная практическая задача заключается в выборе адекватных параметров, количественно характеризующих макро и микроструктуру, а также в развитии экспериментальных методов их измерения, В диссертации рассматриваются Методические аспекты описания дисперсности дендритной структуры и определения геометрических параметров у/у'-микроструктуры.

Важным параметром структуры жаропрочных ЖНС является относительная разность периодов кристаллических решеток у- и у'-фаз (мисфит) ¡5 = (ар-а"')/0.5(а1' -г«"1), где а'" и а>' - соответственно периоды кристаллических решеток фазы у и упрочняющих выделений у'. Мне фит играет большую роль во многих структурных и деформационных процессах, а

величина 8 определяет эффективность дисперсионного упрочнения сплава Для определения мифита был развит метод локального рентгеноструктурного анализа, позволяющий раздельно измерять значения 6 в дендритных осях и

межосных пространствах 01

. л*

МП

□ эае

• БЯРИЭ О СМЭХ4

♦ СМЭХ-Ю

-100 0 100 200 Расстояние от центра дендрита, мкм

300

Рис 5 Изменение у/у'-мисфита в дендритной ячейке в различных ЖНС

Проведенные исследования показшш, что вследствие ликвации тугоплавких элементов, которые преимущественно концентрируются в у-фазе и повышают период ее решетки, мисфит неоднороден в пределах дендритной ячейки (рис 5) Например, в сильнолегированном сплаве СМ8Х-4 стесненный мисфит изменяется от =-0 38% в дендритной оси 1-го порядка до небольшого положительного значения, =+0 04%, в межосном пространстве Выравнивание ликвации путем высокотемпературной гомогенизации понижает неоднородность мисфита Так длительная гомогенизация сплава СМ8Х-10 при температурах, близких к солидусу, приводит к тому, что степень неоднородности мисфита в этом ЖНС ниже, чем в СМЭХ-4 (рис 5), несмотря на то, что суммарная концентрация тугоплавких элементов в СМ8Х-10 выше

Следует* отметить, что в настоящей работе измеряли стесненный мисфит, т е мисфит в монолитном образце Путем анализа когерентных деформаций показано, что абсолютная величина нестесненного мисфита приблизительно в два раза меньше, чем стесненного

Монокристаллы ЖНС находятся в сложном многоуровневом напряженно-деформированном состоянии Остаточные макронапряжения анализировали по ориентации пластинчатой у/у'-микроструктуры («рафт-структура»), сформированной в процессе высокотемпературного отжига под действием остаточных напряжений Из проведенного металлографического анализа следует, что под действием остаточных напряжений образуются у'-пластины, параллельные кристаллографическим плоскостям типа {001} При этом {001} ориентированные пластины всегда перпендикулярны максимальной

« ^ г» тах

нормальной компоненте девиатора напряжении о„ , определенного в системе координат (001) Предложенный ¿С"-критерий с точностью до гидростатического давления позволяет оценить характер напряженного состояния, действующего в монокристалле ЖНС в процессе отжига или в монокристаллической лопатке в процессе эксплуатации

Дендритные мезонапряжения исследовали методом локального рентгеноструктурного анализа и металлографически по ориентации у/у'-микроструктуры после отжига Исследования показали, что дендритные оси находятся в состоянии растяжения, а межосные пространства в состоянии сжатия, как схематически показано на рис 6 В процессе отжига в дендритных осях образуется пластинчатая у/у'-микроструктура, перпендикулярная направлению осей, что согласуется с предложенным 5™ах -критерием Дилатометрический анализ образцов разного химического состава показал, что дендритные напряжения возникают в процессе охлаждения вследствие большего термического сжатия дендритных осей по сравнению с межосными пространствами

Рис. 6, Ориентация пластинчатой у/у'-микроструктуры в монокристалле сплава СМ5Х-4 после 300 часового изотермического отжига при 1100е. Стрелки показывают направление дендритных напряжений.

В исходных монокристаллах ЖНС межфазные границы у/у' являются когерентными и несоответствие периодов у- и у'-решеток компенсируется упругими деформациями. При этом у'-кубоид находиться в состоянии незначительного трехосного растяжения, а у-про слой к я в состоянии существенного двухосного сжатия в плоскости, параллельной межфазной границе. В работе предложена упрощенная модель напряженно-деформированного состояния у- и у'-фаз и выведены соответствующие формулы для оценки величины когерентных напряжений.

2. АНИЗОТРОПИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

В настоящей работе изучали анизотропию физи ко-механических свойств монокристаллов сплава ЖСбФ. На рис. 7 представлены температурные зависимости упругих податливостей ¿и и этого сплава. Видно, что с повышением температуры упругая жесткость монокристаллов понижается. Из величины фактора анизотропии Зенера А - 2 (л,, - % =2.6 следует, что упругие свойства монокристаллов ЖНС сильно анизотропны.

1,2 -j

su = 7 27 Ю^ + Ю^Г+ЗЗ 1 O^T2 = -f? 77 Ш^д-ПТ? tn-^r J. Щ-'г2'!

-0,6

11

о

200 400 600 800 1000 1200 Температура, °С

Рис 7 Температурные зависимости упругих податливостей J,,, я12 и s44 сплава ЖС6Ф Штриховые линии - зависимости, экстраполированные на высокотемпературную область 800-1100°С

На рис 8 показана ориентационная зависимость модуля нормальной упругости Ех при 20°С Ех минимален (137 ГПа) в направлениях (001) и максимален (308 ГПа) в (111) Наиболее сложную ориентационную зависимость обнаруживает коэффициент Пуассона vxy В зависимости от направлений хну он изменяется от +0 65 до « -0 07 (20°С) Минимальное отрицательное значение достигается в том случае, когда оси х а у совпадают с направлениями типа (011) Небольшое отрицательное значение vA> было экспериментально проверенно путем прецизионного голографического анализа формы изогнутой монокристаллической пластины В зависимости от знака v„ линии равных прогибов пластины, а значит, и интерференционные полосы на голограмме, должны иметь вид либо семейства гипербол (т^>0), либо семейства вложенных эллипсов (v^O) Голографический эксперимент (рис 9)

однозначно подтвердил отрицательный знак коэффициента Пуассона и дал значение %Tlot.i]= -0-07.

Рис. 8, Ориснтационная зависимость модуля нормальной упругости Е, при 20°С.

Рис. 9. Интерференционная картина монокристаллической пластины сплава ЖС6Ф при чистом изгибе моментом М„.

На рис, 10а и б соответственно представлены результаты испытаний монокристаллов различных аксиальных Ориентации на мало цикловую усталость при 950°С и термическую усталость по режиму 100«тИ050 С. Статистическая обработка результатов выявила следующие закономерности. В условиях изотермической малоцикловой усталости (рис, 10а) при высоких значениях максимального напряжения в цикле сттэх монокристаллы всех ориентации имеют близкие значения долговечностей N. но по мере понижения различие в величине N существенно увеличивается. При этом при всех уровнях сг"™1 наибольшие значения усталостных долговечностей N соответствуют монокристаллам с аксиальной ориентацией [112]. тогда как монокристаллы [001] имеют минимальную долговечность, Монокристаллы ориентации [111] и [011] имеют близкие долговечности, которые находятся между минимальными и максимальными значениями, При термоусталостном нагружен ии (рис. 106) монокристаллы обнаруживают ориентационнуго зависимость другого типа. При высоких значениях fir1"" наоборот имеется

значительная анизотропия - монокристаллы с ориентациями [111] и [112] имеют существенно более высокую термоусталостную прочность по сравнению с монокристаллами [001] и [011] Однако с понижением сгтгх термоусталостные долговечности монокристаллов различных ориентации сближаются и при сттах »350 МПа становятся практически равны

1е+2 1е+3 1е+4 1е+5 1е+3 1е+4 1е+5

Число циклов до разрушения N

Рис 10 Ориентационная зависимость долговечности монокристаллов ЖНС ЖС6Ф в условиях малоциклового усталостного нагружения при 950°С, К = <7т1П/сгтах = 0, /=0 1 Гц (а) и термоусталостных испытаний методом Коффина по режиму 100<-»1050°С (б)

Из проведенных испытаний следует, что ЖНС с монокристаллической структурой обладают более высокой термоусталостной прочностью по сравнению с направленной и равноосной структурой, и это обстоятельство делает их предпочтительными для перспективных газотурбинных двигателей с интенсивными системами охлаждения

На рис 11 представлены результаты исследования анизотропии скорости роста усталостных трещин dl/dN при 20°С Точки на рис 11а показывают значения dl/dN для монокристаллов сплава ЖС6Ф одинаковых аксиальных ориентации [001], [011] и [111], усредненные по нескольким азимутальным ориентациям Видно, что имеется существенная анизотропия скорости роста

трещины, характер которой определяется величиной размаха коэффициента интенсивности напряжений АК При малых ДК, в пределах 25-55 МПа Vm, скорость распространения трещины в образцах [001] существенно выше, чем в [011] и [111] Такой характер анизотропии скорости роста трещины согласуется с результатами испытаний на малоцикловую усталость при низких напряжениях (рис 11а) и может быть качественно объяснен большим потоком упругой энергии в вершину трещины в упруго мягких образцах С увеличением АК выше 56 МПа Vm различие между скоростями распространения трещин в образцах [001] а и [011] сохраняется, тогда как в образцах [111] dl/dN возрастает до уровня, соответствующего образцам [001] Последний эффект, вероятно, связан с тем, что по мере увеличения АК происходит постепенное отклонение траектории трещины от плоскости поперечного сечения (111) и ее рост вдоль наименее прочных междендритных пространств (см вставку на рис 11а)

Размах коэффициента интенсивности напряжений А К, МПа*^/м

Рис 11. Влияние аксиальной (а) и азимутальной (б) ориентаций на скорость роста усталостной трещины в монокристаллических СТ-образцах ЖНС ЖС6Ф, = о-тт/<ттах = 0 1,_/=10 Гц Вставки на рис 11а показывают профили изломов образцов разных аксиальных ориентаций в сопоставлении с их дендритной структурой

Азимутальная ориентация образцов также влияет на скорость роста трещин (рис 116) При одинаковой осевой ориентации [001] изменение азимутальной с [011] на [001] приводит к почти двукратному увеличению dl/dN Для образцов с осевой ориентацией [011] это различие невелико

Разрушение лопаток газотурбинных двигателей в большинстве случаев происходит из-за термической усталости вследствие реверсивных термических напряжений Поэтому в настоящей работе теоретически оценивали влияние кристаллографической ориентации лопатки на степень опасности термических напряжений При расчете учитывали температурную зависимость упругих постоянных (рис 7) и сдвиговый характер пластической деформации монокристаллов Помимо расчетов проводили также испытания на термостойкость монокристаллических образцов-имитаторов газотурбинных лопаток Призматические пустотелые образцы сплава ЖС6Ф локально разогревали горелкой и охлаждали изнутри потоком холодного воздуха Долговечность оценивали по появлению трещины длиной «0 5 мм Расчет и эксперимент показали, что термические напряжения наименее опасны при наиболее упруго мягкой аксиальной ориентации лопатки <001) Термические напряжения в зоне локального разогрева могут быть понижены путем регламентирования азимутальной ориентации, при которой нормаль к локально разогретой поверхности лопатки совпадает с направлением (001) Из проведенных исследований следует, что различие в термостойкости лопаток с экстремальными аксиальными ориентациями (001) и (111) существенно меньше, чем это следует из простого сравнения модулей упругости в этих направлениях Поэтому, для определенных типов газовых турбин, где разрушение вследствие термических циклов не является критичным, а более важны другие характеристики, например, длительная прочность, резонансная частота и др, оптимальная аксиальная ориентация, обеспечивающая максимальную конструкционную прочность лопатки, может быть отлична от (001)

3. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ

На рис 12 показаны кривые ползучести [001] монокристаллов ЖНС СМ8Х-4 при различных температурах и напряжениях При низких температурах и высоких напряжениях (рис 12а) кривая ползучести имеет сигмодальную форму с большой пластической деформаций на первой стадии Механизмы ползучести в условиях низких температур («700-850°С) и высоких напряжений («500-850 МПа) хорошо изучены Кир, Леверант и другие авторы показали, что при таких условиях испытаний упрочняющие у'-выделения перерезаются парами а/2(011) дислокаций, образующих супердислокации с вектором Бюргерса а(011) При температурах выше «950°С диффузионные процессы

500

100 200 Время, ч

400

Рис 12 Вид кривых ползучести [001] монокристаллов сплава СМ8Х-4 при значительно ускоряются и микроразличных температурах и напряжениях

структура ЖНС становиться нестабильной, в результате чего происходит изменение вида кривой ползучести, которая сначала приобретает экспоненциальный вид (рис 126), а затем классический вид с четко выраженными неустановившейся,

стационарной и ускоренной стадиями (рис. 12в). Механизмы высокотемпературной ползучести при низких напряжениях изучены мало и поэтому их исследование являлось одной из главных целей настоящей диссертации.

В настоящей работе было испытано на ползучесть более сотни [001] монокристаллов сплавов SR.Fi.99, СМЙХ-4 и СМ5Х-10 при температурах 980-1150°С. Испьтгания останавливали на различных стадиях процесса ползучести для проведения структурных исследований. Методами РЭМ, ПЭМ, рептгенеструктурного анализа и измерения плотности исследовали эволюцию у/у7-микроструктуры и дислокационной структуры, напряжения в фазах и рост пористости.

Рис. 13. Фурье анализ регулярности у/у'-микроструктуры и анализ ее топологического состояния методом подсчета фазовых окончаний, а) Микроструктура сплава 8Ы?.99 после 45-ти часов ползучести при 9К0°С, 200 МП а; РЭМ; у'-фаза — светлая. Светлые и темные точки - у- и у'-окончания, б) Фурье спектр РЭМ изображения.

Для количественного описания м икр о структурных процессов были разработаны оригинальные методики, такие как Фурье анализ дисперсности и регулярности у/у'-микроструктуры, метод оценки топологического состояния у/у'-микроструктуры путем подсчета окончаний структурных составляющих и др. Рис. 13. демонстрирует обработку РЭМ изображения рафт-структуры,

сформировавшейся в процессе ползучести На Фурье спектре РЭМ изображения имеются рефлексы, анализ положения и формы которых позволяет получить период рафт-структуры Л = Ь^ (Ь - размер РЭМ изображения), статистический разброс периода дк - Д^/^- и Д(р -статистическое отклонение межфазной границы от (001) Топологическое состояние фаз характеризовали фактором Т = (Л^'-ЛГ)/(ЛГ'+Л'"), где N и № -число у- и у'-окончаний на изображении При исходной топологии у/у'-микроструктуры Т= +1, так как у'-фаза образует включения (Ы'>0), а у-фаза является одиосвязной (N-0) Напротив, если участки у'-фазы связаны (Ы'= 0), а участки у-фазы изолированы у'-фазой (N>0), то имеется инвертированная микроструктура с Т- -1 Когда обе фазы топологически эквивалентны, то N = ЛГ и Т= 0

Рис 14 Кинетика топологической инверсии у/у'-микроструктуры сплава 8КЕ199 в процессе ползучести при 980°С, 200 МПа, р' и р - поверхностные плотности у- и у'-окончаний

Фурье анализ микроструктуры НЖС на разных стадиях ползучести показал, что образующаяся на нестационарной стадии рафт-структура постепенно огрубляется (увеличивается А) и деградирует (увеличиваются ЗХ и

0 50 100 150 200 250 300 Время и ч

А(р) Кроме того у'-фаза образует перемычки, окружает у-фазу и становиться топологически матрицей Кинетика последнего процесса, называемого топологическая инверсия, представлена на рис 14 в величинах плотности фазовых окончаний и топологического фактора

Сравнение эволюции у/у'-микроструктуры в различных ЖНС в процессе высокотемпературной ползучести показало, что причиной огрубления и деградации рафт-структуры является дискретность образующихся у- и у'-ламелей Высокотемпературная ползучесть переходит в ускоренную стадию по достижении критической степени огрубления микроструктуры Для сплавов СМБХ-4 и СМВХ-Ю при 1100°С, 120 МПа эта степень огрубления соответствует возрастанию X до значения «О 8-0 9 мкм

Эволюцию дислокационной структуры исследовали двумя методами Первый - стандартный метод ПЭМ, второй - новый оригинальный метод РЭМ, предложенный в настоящей работе В методе РЭМ межфазные дислокации наблюдали вследствие образования бороздчатой топографии межфазной границы под действием локального дислокационного давления Совместное применение методов ПЭМ и РЭМ позволило получить детальные статистически значимые результаты и выявить основные этапы формирования и эволюции дислокационной структуры, представленные на рис 15 При низких напряжениях деформация ползучести начинается путем додекаэдрического скольжения дислокационных петель (011){011} в у-фазе вдоль ребер у'-кубоидов, где ширина петель максимальна, а следовательно сила сопротивления Орована минимальна (рис 15а) Скользящие дислокационные петли оставляют на гранях у'-кубоидов межфазные дислокации, которые рассосредотачиваются по горизонтальным межфазным границам и образуют дислокационные сетки (рис 156) В результате реакции межфазных дислокаций образуются супердислокации а(100), легко проникающие в у'-решетку

Переползание этих дислокаций через у'-фазу понижает стеснение пластичной у-фазы упрочняющей у'-фазой и, таким образом, повышает скорость ползучести,

а) На начальной стадии ползучести первичные дислокационные петли я/2{011) скользят в у-фазе вдоль ребер у'-кубоидов, где сила сопротивления Орована минимальна. Додекаэдри-чеекая система скольжения (011){01 1}. Сплав SRR99, 980°. 200 МПа, 4 ч. ес=0.]4%. Продольное сечение (100).

б) Идентифицированная межфазная дислокационная сетка в сплаве CMSX-10 после 200 ч ползучести при 1100", 120 МПа, £,=0.9%. Поперечное сечение (001). Серые линии - первичные дислокации д/2(011), белые - вторичные дислокации мисфитного ¡una «/2(110), черные - супердислокации 00).

в). Межфа.зные супердислокации о[010] проникают в у'-фазу и образуют призматические дислокационные петли, переползающие через у'-фазу, Вектор Еюр! ерса а|010] перпендикулярен плоскости петли. Сплав CMSX-4 после 150 ч ползучести при 1100°С. 120 МПа. в. =0.7 %, продольное сечение (010).

0.2 мкм

Рис. 15. Эволюция дислокационной структуры в процессе ползучести. ГГЗМ.

0\\ 100 Когерентность

Рис 16 Изменение мисфита межфазной границы у/у' в процессе ползучести ЖНС CMSX-4 при 1100°С и 120 МПа в сравнении со скоростью ползучести

На рис 16 показано изменение мисфита межфазной границы у/у' в процессе ползучести, измеренное методом рентгеноструктурного анализа

Видно, что вначале происходит потеря когерентности межфазной границы абсолютная величина мисфита, а, следовательно, и плотность межфазных дислокационных сеток, повышаются Формирование дислокационных сеток увеличивает сопротивление ползучести

*[юо] :

I 2 мкм минимальная скорость ползучести

' Г0101 ~ соответствует максимальной абсолютной

-.•г

Рис 17 Деформационная пора в величине мисфита Однако затем из-за

ЖНС CMSX-4 после 150 ч дислокационных ий наблюдается

ползучести при 1100°С, 120 МПа

Кубододекаэдр, ограненный деградация межфазных сеток и понижение

плоскостями {001} и {011}

упрочняющего эффекта

Индикатором переползания дислокаций в процессе ползучести является рост пор за счет конденсации вакансии, эмитируемых переползающими дислокациями Поэтому в настоящей работе детально изучали рост пористости в процессе ползучести по уменьшению плотности материала Выборочные результаты этих исследований представлены рис 17 и 18 Как видно на рис 17 поры, возникающие в процессе высокотемпературной ползучести, имеют кристаллографическую огранку, типичную для пор, образованных путем конденсации вакансий Вакансионный рост пор в кристаллической решетке можно рассматривать как рост «отрицательных» кристаллов

0,50 -;--

0,45

0,40....... - -

0,35

^ 0,30—...............

л

5 0,25___..__О---— — _А

I 0,20_________________-"Т

а--—--

,2 0,15 ---■---1150°С, 90 МПа

010 После кристалли- - ЦОСС, 105 МПа

зации + т/о _-о— 1100°С, 90 МПа

0,05 После ГИПа ---□--- 1050°С, 90 МПа

0,00 О--1-,-,-1-,-г——,-,-

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Время, ч

Рис 18 Рост пористости в ЖНС СМБХ-4 в процессе ползучести при температурах 1050-1150°С Результаты измерения плотности

4. МАКРО И МИКРОМЕХАНИЗМЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ПОЛЗУЧЕСТИ

В последней главе моделировали макро и микромеханизмы, высокотемпературной ползучести используя различные теоретические методы На макроскопическом уровне моделировали влияние дендритной ликвации на

____ — -и--— — — —с

После кристаллизации + т/о

После ГИПа

-45 —

—□---

1150°С, 90 МПа 1100°С, 105 МПа 1100оС, 90 МПа 1050°С, 90 МПа

напряженное состояние дендритной ячейки («дендритные напряжения») и неоднородное развитие пластической деформации на неустановившейся стадии ползучести. При этом использовали двухуровневую структурную модель ЖНС, которая учитывает как неоднородную дендритную структуру, так и гетерофазную у/у'-микроструктуру. Напряженно-деформированное состояние дендритной структуры моделировали с помощью МКЭ, принимая геометрическую модель, представленную на рис, 19,

16' мПа

Рис. 19. Геометрическая модель дендритной структуры. Расчетный домен выделен жирными линиями.

Рис. 20. Распределение приведенного касательного напряжения в

(001) ориентированных матричных прослойках при 1100°С после нагружения растягивающим

напряжением сг=120 МПа вдоль [001].

Учитывая симметрию дендритной структуры, расчеты проводили только для призматического домена с треугольным основанием. Локальную деформацию рассчитывали с помощью микромеханической модели, которая описывает у пругопл а сти ч е с кую деформацию у-матрицы, упрочненную кубическими выделениями у'-фазы, и кристаллографию систем скольжения. Используя экспериментальные данные о ликвации рения в сплаве СМ8Х~| и

неоднородности распределения у/у'-мисфита были рассчитаны распределения дендритных напряжений при различных температурах

На рис 20 показано рассчитанное распределение приведенного касательного напряжения т^п)(ш} в (001) ориентированных матричных

прослойках при 1100°С после нагружения растягивающим напряжением <т=120 МПа вдоль [001] Видно, что в дендритной оси 1-го порядка (Д01) величина т(о1Т){ш) более чем в два раза выше, чем в межосном пространстве (МП)

Поэтому несмотря на более высокую концентрацию рения в Д01 деформация ползучести начинается именно там, где когерентные и дендритные напряжения максимальны и складываются с внешне приложенным Это неоднородное развитие пластической деформации оказывает ускоряющий эффект на скорость неустановившейся ползучести Полученные теоретические результаты были подтверждены РЭМ, ПЭМ и рентгеноструктурным анализом рафтинг, первичные дислокации и потеря когерентности наблюдаются сначала в Д01

Экспериментально обнаруженные а(100) дислокационные петли, переползающие через у'-фазу, имеют призматическую конфигурацию, которая может быть следствием образования определенного типа барьера Так как барьеры оказывают блокирующее влияние на подвижность дислокаций атомная структура ядра я<100) супердислокаций была исследована методом молекулярной динамики Моделирование показало, что при отклонении направления линии дислокации от [001] к [011] ее энергия понижается вследствие расщепления ядра дислокации На рис 21а показана конфигурация атомов в ядре для направления дислокационной линии [0ТТ] Видно, что супердислокация расщепляется на три дислокации, разделенные сверхструктурными дефектами упаковки Данный тип расщепления соответствует схеме, предложенной Хиртом для ГЦК кристаллов (рис 216) Для нерасщепленных а[100] дислокаций с направлением дислокационной

линии [011] плоскостью скольжения является горизонтальная плоскость (011). Однако если дислокация расщеплена, как показано на рис. 21а, это скольжение заблокировано. Поэтому такая дислокация может передвигаться только путем переползания.

Рис. 21. Расщепление краевой супердислокации а (100) с направлением дислокационной линии вдоль [Ol 1 ] в NhAl. Направление линии дислокации [01 I] перпендикулярно плоскости рисунка. Черным цветом окрашены атомы в частичных дислокациях,

серым цветом с верх структурных упаковки.

атомы в дефектах

£[200]

Таким образом, в условиях

высокотемп ерату рной ползучести

неупорядоченная пластичная у-фаза,

деформируется скольжением, тогда как

более прочная сзерхструктуриая у'-

фаза путем переползания. Следует

отметить, что в отличие от

низкотемпературной ползучести, где

под действием высоких напряжений

образуются высокоэнергетичные

супердислокации «(011), при высоких Рис' 22' Механизм стока вакансий от

дислокаций, переползающих по температурах под действием низких горизонтальным межфазным

напряжений образуются низкоэнергетичные супердислокации с минимальным вектором Бюргерса а{010) В первом случае упрочняющий эффект у'-фазы достигается за счет вязкого скольжения йг(011) супердислокаций по механизму Кира-Вильсдорфа, во втором за счет блокировки скольжения барьером Хирта Рассмотрение микромеханизмов высокотемпературной ползучести [001] монокристаллов ЖНС показало, что основной вклад в продольную деформацию образца вносят движение (скольжение/переползание) дислокаций по межфазным границам у/у' и скольжение дислокационных петель в у-фазе Переползание дислокаций в у'-фазе непосредственно не дает вклад в продольную деформацию, но оно ослабляет стеснение у-фазы у'-фазой и, таким образом, повышает скорость ползучести Передвигаясь по горизонтальным межфазным границам дислокации эмитируют вакансии, которые стекают либо к вертикально переползающим дислокациям либо к порам (рис 22) Проведенные оценки показали, что большая часть вакансий аннигилирует на вертикально переползающих дислокациях и меньшая диффундирует к порам Деградация рафт-структуры в процессе высокотемпературной ползучести повышает скорость деформации и обуславливает переход к ускоренной стадии

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработаны новые методы исследования структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в исходном состоянии и после испытания на ползучесть локальный рентгеноструктурный анализ дендритной структуры, высокоразрешающая рентгеновская томография микропористости, Фурье анализ регулярности у/у'-микроструктуры и оценка ее топологического состояния путем подсчета фазовых окончаний, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ и др

2 Методами дифракции ООЭ, РЭМ и рентгеноструктурного анализа изучены закономерности формирования монокристаллической структуры жаропрочных никелевых сплавов в процессе направленной кристаллизации и ростовые

дефекты монокристаллов Предложен метод экспресс-оценки вероятности выхода годных монокристаллических лопаток, для которых отклонение аксиальной ориентации от кристаллографического направления [001] находиться в пределах заданного допуска

3 С использованием развитых экспериментальных методов систематически исследована структура монокристаллов на различных масштабных уровнях пористость, дендритная макроструктура, гетерофазная у/у' -микроструктура, несоответствие периодов у- и у'-решеток, напряженно-деформированное состояние макро и микроструктуры

4 Исследована анизотропия физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов (упругих свойств, малоцикловой и термической усталости, кинетики роста усталостных трещин) и показано, что монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы являются сильно анизотропными материалами, что необходимо учитывать при проектировании монокристаллических лопаток

5 Теоретически и экспериментально исследовано влияние кристаллографической ориентации лопатки на степень опасности термических напряжений Показано, что термические напряжения наименее опасны при наиболее упруго мягкой аксиальной ориентации лопатки (001) Однако для определенных типов газовых турбин, где разрушение вследствие термических циклов не является критичным, а более важны другие факторы, оптимальная аксиальная ориентация лопатки может быть отлична от <001)

5 Систематически исследованы деформационные и структурные процессы при высокотемпературной ползучести монокристаллов с аксиальной ориентацией (001) кинетика пластической деформации, эволюция у/у'-микроструктуры, дислокационной структуры, межфазных напряжений и рост пористости

6 Методом ПЭМ обнаружено, что в результате дислокационных реакций на межфазной границе у/у' образуются полные краевые супердислокации я(100),

легко проникающие в у'-решетку. Методом молекулярной динамики показано, что в у'-фазе а(100) супердислокации расщепляются с образованием барьера Хирта, который блокирует скольжение этих дислокаций Поэтому в у'-фазе а(100) супердислокации двигаются путем переползания

7 Показано, что в отличие от низкотемпературной ползучести, где под действием высоких напряжений образуются высокоэнергетичные полные супердислокации <я(011), при высоких температурах под действием низких напряжений образуются низкоэнергетичные полные супердислокации с минимальным вектором Бюргерса а<100) В первом случае упрочняющий эффект у'-фазы достигается за счет вязкого скольжения а(011> супердислокаций по механизму Кира-Вильсдорфа, во втором за счет блокировки скольжения <я(100> супердислокаций барьером Хирта

СПИСОК РАБОТ

в которых опубликованы основные положения диссертации

1 Светлов И Л, Петрушин Н В, Сорокина Л П, Епишин А И и др Особенности коагуляции выделений у'-фазы в матрице направленной эвтектики у/у'-МеС при отжиге//ФММ 1986 Т 61 №4 С 788-797

2 Светлов И Л, Епишин А И, Кривко А И И др Анизотропия коэффициента Пуассона монокристаллов никелевого сплава // Доклады АН СССР 1988 № 2 С 1372-1375

3 Епишин А И, Светлов И Л, Брюкнер У И др Высокотемпературная ползучесть монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов с ориентацией [001]//Материаловедение 1999 №5 С 32-42

4 Брюкнер У, Епишин А, Нольце Г Определение знака мисфита кристаллических решеток у- и у'-фаз в никелевых жаропрочных сплавах с помощью смешанного рентгеновского излучения Си(Сг) // Материаловедение 2000 № 5 С 13-15

5 Линк Т, Епишин А, Брюкнер У Анализ межфазных границ у-у' в никелевых жаропрочных сплавах по картинам Муара// Материаловедение 2000 № 8 С 15-21

6, Епишин А И, Линк Т, Брюкнер У, Феделих Б Остаточные напряжения в дендритной структуре монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // ФММ 2005 Т 100, №2 С 104-112

7 Епишин А И, Линк Т Пористость в монокристаллах никелевых жаропрочных сплавов // Металлы 2005 № 6 С 85-93

8 Епишин А И, Нольце Г Исследование конкурентного роста зерен при кристаллизации монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Кристаллография 2006 Т 51 №4 С 760-765

9 Епишин А И Стабильность микроструктуры жаропрочных никелевых сплавов CMSX-4 и CMSX-10 в условиях высокотемпературной ползучести // Материаловедение 2007 № 1 С 49-56

10 Епишин А И Влияние повреждения при высокотемпературной ползучести на малоцикловую усталость жаропрочного никелевого сплава

CMSX-4//Материаловедение 2007 №2 С 52-56

11 Bruckner U, Epishin А, Link Т Local X-Ray Diffraction Analysis of the Structure of Dendrites m Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Acta mater 1997 V 45 N 2 P 5223-5231

12 Link T, Epishin A, Brückner U, Portella P An Increase of the y/y'-Misfit and its Correlation with Strain during Creep Deformation of Smgle-Crystal Nickel-Base Su-peralloys//Acta mater 2000 V 48 P 1981-1994

13 Epishm A, Lmk T, Bruckner U, Portella P D, Evolution of the y/y'-Microstructure during High Temperature Creep of a Nickel-Base Superalloy // Acta mater 2000 V 48 P 4169-4177

14 Epishm A, Link T, Brückner U, Portella P D Kinetics of Topological Inversion of the y/y'-Microstructure during High Temperature Creep of a Nickel-Base Superalloy//Acta mater 2001 V 49 P 4017-4023

15 Кривко А И, Епишин А И, Светлов И Л, Самойлов А И Упругие свойства монокристаллов никелевых сплавов // Проблемы прочности 1988 № 2 С 68-75

16 Дульнев Р А, Светлов И Л, Бычкова Н Г, Рыбина Т В , Суханов Н Н, Гордеева Т А, Доброхвалова Е Н, Епишин А И, Кривко А И, Назарова М П Ориентационная зависимость термической усталости монокристаллов никелевого сплава // Проблемы прочности 1988 №11 С 3-9

17 Кривко А И, Епишин А И, Светлов И Л, Самойлов А И Расчет термических напряжений и термостойкость анизотропных материалов Сообщение 1 // Проблемы прочности 1989 № 2 С 3-9

18 Кривко А И, Епишин А. И, Светлов И Л И др Расчет термических напряжений и термостойкость анизотропных материалов Сообщение 2 // Проблемы прочности 1989 №4 С 43-48

19 Дроздовский Б А, Епишин А И, Светлов И Л И др Исследование циклической трещиностойкости монокристальных образцов никелевого сплава // В кн «Проблемы разрушения металлов и фрактография» М МДНТП 1989 С 43-50.

20 Авт свид СССР № 1504486 Устройство для измерения поперечных деформаций. Андреев А П., Епишин А И, Иванов Д Е // Бюллетень изобретений 3230 08 1989 (46)

21 Епишин А И, Светлов И Л, Брюкнер У И др Механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Труды международного семинара «Актуальные проблемы прочности» Новгород. НовГУ 1999. С 92-96

22 Голубовский Е Р , Светлов И Л, Епишин А И, Хвацкий К К. Механизмы ползучести и анизотропия длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Труды международного семинара «Актуальные проблемы прочности» Новгород НовГУ 2000 С 37-44

23 Каблов Е Н, Голубовский Е Р , Епишин А И, Светлов И Л Анизотропия характеристик МЦУ и СРТУ литых монокристаллов никелевого жаропрочного сплава ЖС6Ф // Труды V-ой международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения», С-Петербург СПбГПУ 2003 С 214-221

24 Голубовский Е Р, Епишин А И, Светлов И Л, Анизотропия характеристик статической и циклической прочности монокристаллов литого никелевого жаропрочного сплава // Журнал "Вестник двигателестроения" Украина 2004 №2 С 143-147

25 Голубовский Е Р, Светлов И Л, Епишин А И Влияние кристаллографической ориентации на прочностные характеристики монокристаллов никелевого жаропрочного сплава // Научные труды МАТИ Вып 8(80) 2005 М ИЦМАТИ С 22-27

26 Алымов М И„ Епишин А И, Нольце Г и др Электронно-микроскопическое исследование структуры компакта экструдированного из нанопорошканикеля//Российскиенанотехнологии 2007 №3 С 124-129

27 Бокштейн Б, Епишин А, Есин В и др Рост и залечивание пор в монокристаллах жаропрочных сплавов на никелевой основе // Журнал функциональных материалов. 2007 Т 1 № 5 С 162-169

28 Svetlovl L,PoloskmU N,TolorajaV N,EpishmA I Anisotropy of Physical and Mechanical Properties of Single Crystal Superalloy // Proceedings of the 4th Conference "High Temperature Materials for Power Engineering" Kluwer Academic Publ 1990 Appendix

29 Svetlov I L, Golovko В A., Epishm A I, Abalakm N P Difiusional Mechanism of y'-Phase Particles Coalescence m Single Ciystals m Nickel-Base Superalloys //Scripta met and mater 1992 V 26 P 1353-1358

30 Brückner U, Epishin A, Nolze G, Schuler W Influence of Nickel-Base Single Crystal Macrostructure on the Results of X-Ray Measurements // Proceedings of the 4th European Conference on Residual Stresses France C2S 1996 P 977-980

31 Brückner U, Epishm A, Link T, Schuler W Local X-ray Determination of the y/y'-Latoce Misfit in Single Crystal Nickel-Base Superalloys // Proc of the 5й Int Conf on Residual Sresses Sweden Linköpmg Umversitet 1997 P 823-828

32 Bruckner U, Epishm A, Nolze G Determination of the Sign of the y/y'-Misfit in Nickel-Base Superalloys by Use of Spectral Impure Cu(Cr) Radiation // Scripta mater 1997. V 36, N 11 P 1279-1282

33 Link T, Epishin A, Brückner U Moiré Fringes for Misfit Measurements at Incoherent y/y'-Interfaces of Nickel-Base Superalloys//Scripta mater 1998 V 39 N 10 P. 1463-1469

34 Bruckner U, Epishm A, Link T, Dressel К The Influence of the Dendntic Structure on the y/y'-Lattice Misfit m the Smgle-Crystal Nickel-Base Superalloy CMSX-4 // Mat Sei Eng 1998 V A247 P 23-31.

35 Brückner U, Epishm A, Link T, Portella P D. Creep Induced Evolution of Internal Stresses and Structure m a Single Crystal Nickel-Base Superalloy // Proc of the 5th Euopean Conf on Residual Stresses Netherlands Trans Tech Publications 1999 P 363-367

36 Epishm A, Kablov E, Golubovskiy E et/ al Rupture Lifetime Prediction and Deformation Mechanisms during Creep of Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Proc of the 5th IUTAM Symposium on Creep in Structures Japan Nagoya University 2000 P 231-240

37 Epishin A, Brückner U, Link T, Portella P D Investigation of Stresses in Superalloys by Analysis of y/y'-Microstructure, Proc of the 6th European Conf on Residual Stresses//Portugal Trans Tech Publications 2002 P 287-292

38 Epishin A, Link T, Brückner U, Portella P D Investigation of Porosity in Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Proc of the 7th Conf "Materials for Advanced Power Engineering" Belgium Forschungszentrum Jülich 2002 P 217-226

39 Epishin A, Bruckner U, Portella P D, Link T Influence of Small Rhenium Additions on the Lattice Spacing of Nickel Solid Solution // Scripta mater 2003 V 48 P 455-459

40 Kablov E N, Goiubovskiy E R, Epishm A I, Svetlov I L Amsotropy of thermal and low cycle fatigue of single-crystal as cast mckel-base superalloy GS6F // Proc. of the 5th Int Conf on Low Cycle Fatigue Germany DVM 2003 P 153-158

41 Epishin A, Nolze G, Saliwan Neumann R et al Gram selection technique for single crystal casting Investigation by electron back-scatter diffraction // Proc of the 37th Symposium on Metallography. Germany Werkstoff-Informationsgesellschaft 2003 P 151-155

42 Lmk T, Epishin A, Gottwald A, Wichmann T Quantitative Analysis of the Structure of Single Crystal Superalloys // Proc of the 37th Symposium on Metallography Germany Werkstoff-Informationsgesellschaft 2003 P 251-256

43 Epishin A, Link T Mechanisms of high temperature creep of nickel-base superalloys under low applied stress//Phil Mag A 2004 V 84 N 19 P 1979-2000

44 Epishm A, Link T Mechanisms of high temperature creep of mckel-base superalloys under low applied stress, International Symposium on Superalloys // Proc of the 10th Int Symposium on Superalloys USA TMS 2004 P 137-143

45. Epishin A, Lmk T, Bruckner U et al Effects of segregation m nickel-base superalloys dendritic stresses // Proc of the 10th Int Symposium on Superalloys USA TMS 2004 P 537-543

46 Bruckner U., Epishin A, Link T. et al Dendritic stresses m mckel-base superalloys // Proc of the 7th Int Conf on Residual Stresses China Trans Tech Publications 2004. P 497-502

47 Link T , Epishm A, Klaus M et al (100) dislocations in mckel-base superalloys formation and role m creep deformation//Mat Sei Eng 2005 V A 405 P 254-265

48 Link T , Zabler S , Epishm A et al Synchrotron X-ray Tomography of Porosity in Single-Crystal Nickel base Superalloys // Mat Sei Eng 2006 V A 425. P. 47-54

49 Kohler C., Link T, Epishin A. Dissociation of a<100> edge superdislocations m the y'-phase of nickel-base superalloys //Phil Mag A 2006 V 86 P 5103-5121

50 Epishin A, Link T, Bruckner U Microstructural stability of CMSX-4 and CMSX-10 under high temperature creep conditions // Proc of the 8th Conf "Materi-

als for Advanced Power Engineering" Belgium Forschungszentrum Jülich 2006 P 507-520

51 Epishm A, Link T, Bruckner U, Klingelhoffer H, Portella P D The effect of high temperature creep damage on low cycle fatigue of CMSX-4 // Proc of the 8th Conf "Materials for Advanced Power Engineering" Belgium Forschungszentrum Jülich 2006. P 317-325

52 Link T, Zabler S , Haibel A, Epishm A X-ray tomography for porosity analysis in single crystal nickel-base superalloys // Proc of the 8th Conf "Materials for Advanced Power Engineering" Belgium Forschungszentrum Jülich 2006 P 521-531

53 Nazmy M, Epishm A, Link Т., Staubli M Degradation in Single Crystal Nickel - Base Superalloys -A Review // Proc of the 8th Conf. "Materials for Advanced Power Engineering" Belgium. Forschungszentrum Jülich 2006 P 205-216

54 Fedelich В, Kunecke G, Epishin A Modelling of rafting and its influence in Ni-base superalloys // Proc of the 8th Conf "Materials for Advanced Power Engineering" Belgium, Forschungszentrum Jülich 2006 P 475-484

55 Nazmy M, Epishm A, Link T, Staubli M A Review of degradation in single crystal nickel based superalloys//Energy Materials 2006 V 1 No 4 P 263-268

56 Светлов И JI, Епишин А И, Кривко и др Ориентационная зависимость коэффициента Пуассона никелевого сплава с монокристальной структурой // Тезисы всесоюзной конф «Получение, структура, свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов» М ИНФОРМЭЛЕКТРО 1987

57 Головко Б А, Епишин А И, Морозова С Г Применение метода микрорентгеноспектрального анализа фольг и анализа изображений в исследовании никелевых сплавов И Тезисы всесоюзной конф «Новые жаропрочные и жаростойкие материалы» Ч 1 М РТП ЦНИИИТЭИ 1989 С 37

58 Толораия В Н, Светлов И Л, Кривко А И, Епишин А И Анизотропия физических и механических свойств монокристаллов никелевых жаропрочных

сплавов // Тезисы всесоюзной конф «Новые жаропрочные и жаростойкие материалы» Ч 1 М РШЦНИИИТЭИ 1989 С 67-68

59 Светлов И Л, Епишин А И, Костина И В , Головко Б А Анизотропная коагуляция у'-фазы в никелевых монокристальных жаропрочных сплавах при 3-хосном напряженном состоянии // Тезисы всесоюзной конф «Новые жаропрочные и жаростойкие материалы». Ч 1 М РТП ЦНИИИТЭИ 1989 С 71-72

60 Епишин А, И, Абалакин Н П Применение ЭВМ для определения среднего атомного номера при использовании режима отраженных электронов // Тезисы XIV всесоюзной конф по электронной микроскопии М ИКАН 1990

Подписано в печать 05 06 2007 г Исполнено 06 06 2007 Печать трафаретная

Заказ № 558 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

Общая характеристика работы

Введение

Глава 1. Структура монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов и методы ее исследования

1.1. Исследованные материалы

1.2. Особенности применения методов электронной микроскопии 16 и рентгеноструктурного анализа к исследованию структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов.

1.3. Формирование монокристаллической структуры в процессе 25 конкурентного роста зерен при направленной кристаллизации

1.4. Ростовые дефекты монокристаллической структуры

1.5. Кристаллизационная и гомогенизационная микропористость

1.6. Дендритная макроструктура и гетерофазная микроструктура

1.7. Несоответствие периодов кристаллических решеток у- и у'-фаз (мисфит)

1.8. Остаточные напряжения различного масштабного уровня

Глава 2. Анизотропия физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов

2.1. Упругие свойства

2.2. Малоцикловая и термическая усталость

2.3. Рост усталостных трещин

2.4. Термостойкость монокристаллических лопаток различных ориентации, расчет и эксперимент

Глава 3. Деформационные и структурные процессы при высокотемпературной ползучести

3.1. Кинетика пластической деформации

3.2. Рафтинг у/у'-микроструктуры

3.3. Деградация у/у' -микроструктуры

3.4. Эволюция дислокационной структуры и межфазных напряжений

3.5. Рост пористости

Глава 4. Механизмы высокотемпературной ползучести

4.1. Макронеоднородность пластической деформации вследствие дендритной ликвации

4.2. Структура ядра краевых супер дислокаций а[001] в кристаллической решетке №зА1 230 4.3. Совокупность микромеханизмов высокотемпературной ползучести монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов

В начале 80-х годов в отечественном и зарубежном газотурбостроении стали применять монокристаллические лопатки из жаропрочных никелевых сплавов. Отсутствие болынеугловых границ позволило исключить межзеренное разрушение, улучшить коррозионную стойкость и, таким образом, существенно повысить конструкционную прочность лопаток. Использование монокристаллических лопаток в газовых турбинах явилось первым в истории машиностроения применением монокристаллов в качестве конструкционного материала. Поэтому для прогнозирования эксплуатационного ресурса таких лопаток потребовалась разработка новых методов прочностного расчета, учитывающих специфическую структуру монокристаллов, их анизотропные физико-механические свойства и физические механизмы пластического деформирования. Получение необходимых знаний о монокристаллах жаропрочных никелевых сплавов явилось мотивацией выполнения настоящей работы.

Представленная диссертация является фактически первой работой, в которой с применением широкого спектра современных экспериментальных и теоретических методов комплексно изучены структура монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов на разных масштабных уровнях, анизотропия их физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести. Диссертация подводит итог 20 летним исследованиям автора в области монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Работа была начата во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) в рамках плановых НИР, а затем продолжена в рамках грантов РФФИ в Институте металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова и Московском государственном институте стали и сплавов. Значительная часть работы была выполнена в рамках грантов Германского исследовательского общества (DFG), гранта европейского исследовательского центра ESRF (Франция) и европейской программы COST538 во время зарубежных стажировок автора. Таким образом, актуальность выполненной работы подтверждается ее интеграцией в отечественные плановые НИР по исследованию монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов, европейскую программу COST538 «Увеличение срока эксплуатации энергетических установок», а также многочисленными отечественными и зарубежными грантами, выигранными на конкурсной основе.

Цель работы

Изучить анизотропию физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Для достижения указанной цели в работе ставились следующие задачи:

1. Разработать прецизионные методы исследования структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в исходном состоянии и после испытания на ползучесть.

2. Изучить процесс формирования монокристаллов при направленной кристаллизации жаропрочных никелевых сплавов и исследовать их структуру на различных масштабных уровнях.

3. Исследовать анизотропию упругих свойств, усталостной и термоусталостной прочности монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов.

4. Исследовать влияние кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки на степень опасности термических напряжений.

5. Исследовать кинетику пластической деформации и эволюции структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в процессе высокотемпературной ползучести.

6. Обобщить результаты экспериментального исследования высокотемпературной ползучести монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов и предложить микромеханизм этого процесса.

Материалы и методы исследования

В работе исследовали монокристаллы отечественных (ЖС6Ф, ЖС40) и зарубежных (SC16, PWA-1483, SRR99, CMSX-4, CMSX-6, CMSX-10) жаропрочных никелевых сплавов, принадлежащих различным поколениям. Экспериментальные исследования проводили с использованием: растровой (РЭМ) и просвечивающей (ПЭМ) электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, высокоразрешающей рентгеновской томографии, голографической интерферометрии и др. При выполнении теоретических исследований использовали теорию упругости, метод конечных элементов (МКЭ), теорию дислокаций, теорию диффузии и молекулярную динамику.

Научная новизна

1. Методом дифракции обратноотраженных электронов (ООЭ) получены новые сведения о механизме формирования монокристаллической структуры в процессе конкурентного роста зерен при направленной кристаллизации жаропрочных никелевых сплавов.

2. Впервые для исследования микропористости в монокристаллах жаропрочных никелевых сплавов применена высокоразрешающая рентгеновская томография и на основании полученных результатов предложена классификация микропор.

3. Обнаружены новые эффекты дендритной ликвации: неоднородное распределение у/у'-мисфита в дендритной ячейке и «дендритные напряжения».

4. Исследована анизотропия физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов (упругости, усталости, термоусталости) и сформулированы рекомендации по выбору кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки, обеспечивающей минимальный риск разрушения от термических напряжений. Впервые показано, что коэффициент Пуассона в монокристаллах некоторых ориентаций может иметь отрицательный знак.

5. Для количественного исследования микроструктурных изменений в монокристаллах жаропрочных никелевых сплавов при высокотемпературной ползучести разработаны новые методы: Фурье анализ регулярности у/у'-микроструктуры и оценка ее топологического состояния путем подсчета фазовых окончаний, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ по топографии межфазной границы.

6. Предложен микромеханизм высокотемпературной ползучести, учитывающий дислокационные и диффузионные процессы в структуре жаропрочных никелевых сплавов.

Практическая ценность Разработанные методы структурного анализа используются в ВИАМ, Федеральном институте исследования и испытания материалов (Германия) и Берлинском техническом университете при исследовании монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Полученные экспериментальные данные об анизотропии физико-механических свойств монокристаллов сплава ЖС6Ф используются в Центральном авиамоторостроительном институте им. П.И. Баранова при оценке конструкционной прочности монокристаллических лопаток. Сформулированные технические рекомендации по выбору оптимальной кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки утверждены ВИАМ и разосланы на предприятия авиационной промышленности. Полученные данные об эволюции структуры монокристаллов сплава СМ8Х-4 в процессе высокотемпературной ползучести и предложенный механизм ползучести используются в европейской программе С08Т538 для разработки физически обоснованных математических моделей прогнозирования ресурса монокристаллических лопаток.

Основные положения выносимые на защиту

1. Новые методы исследования структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов: локальный рентгеноструктурный анализ дендритной структуры, высокоразрешающая рентгеновская томография микропористости, методы оценки регулярности и топологического состояния у/у'-микроструктуры, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ.

2. Новые сведения о формировании монокристаллической структуры при направленной кристаллизации жаропрочных никелевых сплавов. Представления о монокристалле жаропрочных никелевых сплавов как о многоуровневом структурном объекте, содержащем различные типы структурных дефектов.

3. Экспериментальные данные об анизотропии физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов и рекомендации по выбору кристаллографической ориентации монокристаллической лопатки, обеспечивающей минимальный риск разрушения от термических напряжений.

4. Комплекс новых результатов об эволюции структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в процессе высокотемпературной ползучести.

5. Физические механизмы высокотемпературной ползучести, учитывающие дислокационные и диффузионные процессы в структуре монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях: Всесоюзная конференция «Получение, структура, свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов» (Владимир, 1987); Всесоюзная конференция «Новые жаропрочные и жаростойкие материалы» (Звенигород, 1989); Семинар «Проблемы разрушения металлов и фрактография» (Москва, 1989); XII Всесоюзная конференция по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989); XIV Всесоюзная конференция по электронной микроскопии (Суздаль, 1990), IV, VII, VIII Международные конференции «Материалы для передового энергетического машиностроения» (Льеж, Бельгия, 1990, 2002, 2006); IV, V, VI Европейские конференции по остаточным напряжениям (Клуни, Франция, 1996, Дельфт-Нордвьекерхут, Голландия, 1999, Коимбра, Португалия, 2002); V, VII Международные конференции по остаточным напряжениям (Линкопинг, Швеция, 1997, Хиан, Китай, 2004); III и IV Международные семинары «Современные проблемы прочности» (Старая Руса, 1999, 2000); V Международный симпозиум «Ползучесть в структурах» (Нагойя, Япония, 2000); Германский семинар по высокотемпературным материалам (Мюнхен, Германия, 2001); III Международная конференция по интерметаллидным материалам (Джексон Холл, США,

2002); V Международная конференция по малоцикловой усталости (Берлин, Германия,

2003); 37 Германский симпозиум по металлографии (Берлин, Германия, 2003); V Международная конференция «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения» (С-Петербург, 2003); X Международный симпозиум по жаропрочным сплавам (Севен Спрингс, США, 2004); Всероссийская конференция «Новые материалы и технологии» (Москва, 2004); IX Международный конгресс двигателестроителей (Рыбачье, Украина, 2004); Европейский конгресс по передовым материалам и процессам EUROMAT 2005 (Прага, Чехия, 2005); Международная конференция по материаловедению и технологии MS&T05 (Питсбург, США, 2005); Германская физическая конференция (Берлин, Германия, 2005); Совещания по европейской программе COST538 «Увеличение срока эксплуатации энергетических установок» (Брюссель, Бельгия, 2004, Берлин, Германия, 2005, Баден, Швейцария, 2005, Братислава, Словакия, 2006, Льеж, Бельгия, 2006, Баден, Швейцария, 2006, Краков, Польша, 2007); Международная конференция «Диффузия и напряжения» (Лиллафюред, Венгрия, 2006), Международный симпозиум по жаропрочным сплавам памяти профессора МакЛина (Лондон, Великобритания, 2007).

По теме диссертации опубликовано более 50 научных работ в отечественных и зарубежных журналах, получено авторское свидетельство об изобретении, написаны научно-технические отчеты.

Автором диссертации подготовлена большая часть проектов, в рамках которых проводились исследования. Личный вклад автора является определяющим на этапах постановки задачи, планирования исследований, выполнения экспериментов и теоретических расчетов, обобщения результатов. Опубликованные научные работы написаны автором либо полностью, либо частично.

Структура и объем работы.

Диссертация написана в монографическом стиле и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации: 265 страниц машинописного текста, 142 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 162 наименований, 2 приложения. Во введении показана актуальность рассматриваемых научно-технических проблем, сформулированы цели работы и кратко описана хронология выполнения исследований. В перовой главе описываются разработанные методы структурного анализа и приводятся результаты изучения структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов на разных масштабных уровнях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые методы исследования структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в исходном состоянии и после испытания на ползучесть: локальный рентгеноструктурный анализ дендритной структуры, высокоразрешающая рентгеновская томография микропористости, Фурье анализ регулярности у/у'-микроструктуры и оценка ее топологического состояния путем подсчета фазовых окончаний, метод исследования межфазных дислокаций в РЭМ и др.

2. Методами дифракции ООЭ, РЭМ и рентгеноструктурного анализа изучены закономерности формирования монокристаллической структуры жаропрочных никелевых сплавов в процессе направленной кристаллизации и ростовые дефекты монокристаллов. Предложен метод экспресс-оценки вероятности выхода годных монокристаллических лопаток, для которых отклонение аксиальной ориентации от кристаллографического направления [001] находиться в пределах заданного допуска.

3. С использованием развитых экспериментальных методов систематически исследована структура монокристаллов на различных масштабных уровнях: пористость, дендритная макроструктура, гетерофазная у/у'-микроструктура, несоответствие периодов у- и у'-решеток, напряженно-деформированное состояние макро и микроструктуры.

4. Исследована анизотропия физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов (упругих свойств, малоцикловой и термической усталости, кинетики роста усталостных трещин) и показано, что монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы являются сильно анизотропными материалами, что необходимо учитывать при проектировании монокристаллических лопаток.

5. Теоретически и экспериментально исследовано влияние кристаллографической ориентации лопатки на степень опасности термических напряжений. Показано, что термические напряжения наименее опасны при наиболее упруго мягкой аксиальной ориентации лопатки (001). Однако для определенных типов газовых турбин, где разрушение вследствие термических циклов не является критичным, а более важны другие факторы, оптимальная аксиальная ориентация лопатки может быть отлична от <001).

5. Систематически исследованы деформационные и структурные процессы при высокотемпературной ползучести монокристаллов с аксиальной ориентацией (001): кинетика пластической деформации, эволюция у/у'-микроструктуры, дислокационной структуры, межфазных напряжений и рост пористости.

6. Методом ПЭМ обнаружено, что в результате дислокационных реакций на межфазной границе у/у' образуются полные краевые супердислокации д(100), легко проникающие в у'решетку. Методом молекулярной динамики показано, что в у'-фазе ö(100) супердислокации расщепляются с образованием барьера Хирта, который блокирует скольжение этих дислокаций. Поэтому в у'-фазе а(100) супердислокации двигаются путем переползания. 7. Показано, что в отличие от низкотемпературной ползучести, где под действием высоких напряжений образуются высокоэнергетичные полные супердислокации «(011), при высоких температурах под действием низких напряжений образуются низкоэнергетичные полные супердислокации с минимальным вектором Бюргерса ¿/(100). В первом случае упрочняющий эффект у'-фазы достигается за счет вязкого скольжения а(011) супердислокаций по механизму Кира-Вильсдорфа, во втором за счет блокировки скольжения а(100) супердислокаций барьером Хирта.

1. Giamei А. F., Anton D. L. Rhenium Additions to a Ni-Base Superalloy: Effects on Microstructure//Met. Trans. 1985. V. 16A. P. 1997-2005.

2. Koizumi Y., Kobayashi Т., Yokokawa T. et. al. Development of next-generation Ni-base single crystal superalloys // Proceedings of the 10lh International Symposium on Superalloys. USA. TMS. 2004. P.35-43.

3. An Introduction in the Trend (Technical Training Manual). The Technical Publications Department. UK. Derby: Rolls-Royce pic. 1995.

4. Светлов И. Л., Петрушин Н. В., Сорокина Л. П., Епишин А. И., Костина И. В., Абакумова В. Д. Особенности коагуляции выделений у'-фазы в матрице направленной эвтектики у/у'-МеС при отжиге // Физика металлов и металловедение. 1986. Т. 61. № 4. С. 788-797.

5. Епишин А. И., Абалакин Н. П. Применение ЭВМ для определения среднего атомного номера при использовании режима отраженных электронов // Сб. докладов XIV всесоюзной конференции по электронной микроскопии. М.: ИКАН. 1990.

6. Brückner U., Epishin A., Nolze G., Schuler W. Influence of Nickel-Base Single Crystal Macrostructure on the Results of X-Ray Measurements // Proceedings of the 4th European Conference on Residual Stresses. France. C2S. 1996. P. 977-980.

7. Brückner U., Epishin A., Link T. Local X-Ray Diffraction Analysis of the Structure of Dendrites in Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Acta mater. 1997. V. 45. N. 2. P. 5223-5231.

8. Brückner U., Epishin A., Nolze G. Determination of the Sign of the y/y'-Misfit in Nickel-Base Superalloys by Use of Spectral Impure Cu(Cr) Radiation // Scripta mater. 1997. V. 36, N. 11. P. 1279-1282.

9. Brückner U., Epishin A., Link Т., Dressel K. The Influence of the Dendritic Structure on the y/y'-Lattice Misfit in the Single-Crystal Nickel-Base Superalloy CMSX-4 // Mat. Sei. Eng. 1998. V. A247. P. 23-31.

10. Брюкнер У., Епишин А., Нольце Г. Определение знака мисфита кристаллических решеток у- и у'-фаз в никелевых жаропрочных сплавах с помощью смешанного рентгеновского излучения Cu(Cr) // Материаловедение. 2000. № 5. С. 13-15.

11. Epishin A., Link Т., Brückner U., Portella P. D. Investigation of Porosity in Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Proceedings of the 7th Conference "Materials for Advanced Power Engineering". Belgium. Forschungszentrum Jülich. 2002. P. 217-226.

12. Epishin A., Brückner U., Portella P. D., Link T. Influence of Small Rhenium Additions on the Lattice Spacing of Nickel Solid Solution // Scripta mater. 2003. V. 48. P. 455-459.

13. Link Т., Epishin A., Gottwald A., Wichmann Т. Quantitative Analysis of the Structure of Single Crystal Superalloys // Proceedings of the 37th Symposium on Metallography. Germany. WerkstoffInformationsgesellschaft. 2003. P. 251-256.

14. Epishin A., Link Т., Brückner U. et. al. Effects of segregation in nickel-base superalloys: dendritic stresses // Proceedings of the 10th International Symposium on Superalloys. USA. TMS. 2004. P.537-543.

15. Brückner U., Epishin A., Link T. et. al. Dendritic stresses in nickel-base superalloys // Proceedings of the 7lh International Conference on Residual Stresses. China. Trans Tech Publications. 2004. P. 497-502.

16. Епишин А. И., Линк Т., Брюкнер У., Феделих Б. Остаточные напряжения в дендритной структуре монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Физика металлов и металловедение. 2005. Т. 100,№ 2. С. 104-112.

17. Епишин А. И., Линк Т. Пористость в монокристаллах никелевых жаропрочных сплавов // Металлы. 2005. № 6. С. 85-93.

18. Епишин А. П., Нольце Г. Исследование конкурентного роста зерен при кристаллизации монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Кристаллография. 2006. Т. 51. № 4. С. 760-765.

19. Link Т., Zabler S., Epishin А. et. al. Synchrotron X-ray Tomography of Porosity in Single-Crystal Nickel base Superalloys // Mat. Sei. Eng. 2006. V. A 425. P. 47-54.

20. Бокштейн Б., Епишин А., Есин В. и др. Рост и залечивание пор в монокристаллах жаропрочных сплавов на никелевой основе // Журнал функциональных материалов. 2007. Т. 1. № 5. С. 162-169.

21. Schwarz A. J., Kumar М., Adams В. L. Electron Backscatter Diffraction in Materials Science. Netherlands: Springer 2000. 350 p.

22. Randle V., Engler O. Introduction to texture analysis: macrotexture, microtexture and orientation mapping // Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers. 2000. 338 p.

23. McCall J. L. Scanning Electron Microscopy for Microstructural Analysis // in: Microstructural Analysis Tools and Techniques / ed. by J. L. McCall and W. M. Moeller. New York: Plenum Press. 1973. 343 p.

24. Newbury D. E., Yakowitz H. Contrast Mechanisms of Special Interest in Materials Science // In: Practical Scanning Electron Microscopy / ed. by J. L. Goldstein and H. Yakowitz. New York: Plenum Press. 1977. 582 p.

25. Payne S. M. Optimum Detection of backscattered electron channeling contrast // In: Electron Microscopy and Analysis. Conf. Series 61 / ed. by M. J. Goringe. Bristol: The Institute of Physics. 1981. 563 p.

26. Duhl D. N. Single Crystal Superalloys // In: Single Crystal Superalloys, in Superalloys, supercomposites and superceramics / Ed. by J. К Tien, T. Caulfield. Boston: Academic Press. 1989. 755 p.

27. Шалин P.E., Светлов И.Л., Качанов Е.Б. и др. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение. 1997. 336 с.

28. Fullagar К. P. L., Broomfield R. W„ Hulands М. et. al. Aero Engine Test Experience with CMSX-4® Alloy Single-Crystal Turbine Blades // Trans. ASME. 1996. V. 118. P. 380-388

29. Carter P., Cox D. C., Gandin C. A., Reed R. C. Process modelling of grain selection during the solidification of single crystal superalloy castings // Mater. Sci. Eng. 2000. V. A280. P. 233-246.

30. Price A. R., Mueller B. A. ATS Land Based Turbine Casting Initiative. http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/97/97ats/atspdf/ATS5-7.PDF

31. Лютцау В. Г., Костюкова Е. П., Толораия В. Н., Корнилова О. М. Исследование степени совершенства кристаллов никелевого жаропрочного сплава // Изв. АН СССР. Металлы. 1978. № 3. С. 166-170.

32. Lecomte-Beckers J. Study of microposity formation in nickel-base superalloys // Metall. Trans. A. 1988. V. 19A. №9. p. 2341-2348.

33. Anton D. L., Giamei A. F. Porosity distribution and growth during homogenization in Single Crystals of a Nickel-base superalloy// Mater. Sci. and Eng. 1985. V.76. P. 173-180.

34. Толораия В. H., Зуев А. Г., Светлов И. Л. Влияние режимов направленной кристаллизации и термообработки на пористость в монокристаллах никелевых жаропрочных сплавовю // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. № 5. С.70-75.

35. Флеминге M. Процессы затвердевания / Пер. с анг.; Под ред. А. А. Жукова и Б. В. Рабиновича. М.: Мир. 1977. 420 с.

36. Hemmersmeier U., Feller-Kniepmeier M. Element distribution in the macro- and microstructure of nickel base superalloy CMSX-4 // Mat. Sci. Eng. A, 1998. V. 248. P. 87-97.

37. Roebuck В., Cox D., R. Reed. The temperature dependence of y' volume fraction in a Ni-based single crystal superalloy from resistivity measurements // Scripta mater. 2000. V. 44. P. 1917-1921.

38. Glatzel U. Microstructure and Internal Strains of Undeformed and Creep Deformed Samples of a Nickel-Base Superalloy. Berlin.: Verlag Dr. Kôster, 1994. 80 p.

39. Vôlkl R., Glatzel U., Feller-Kniepmeier M. Measurement of the Lattice Misfit in the Single Crystal Nickel Based Superalloys CMSX-4, SRR99 and SCI6 by Convergent Beam Diffraction // Acta mater. 1998. V. 46. P. 4395-4404.

40. PeakFit v4.0. Jandel Scientific software. 1995.

41. Pearson W. B. A Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys. V. 1, Oxford: Pergamon Press. 1958, 1044 p.

42. Pearson W. B. A Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys. V. 2. Oxford: Pergamon Press. 1967. 1446 p.

43. Mishima Y., Ochiai S., Suzuki T. Lattice Parameters of Ni(y). №зА1(у') and Ni3Ga(y') Solid Solutions with Additions of Transition and B-Subgroup Elements // Acta metall. 1985. V. 33. N. 6. P. 1161- 1169.

44. R. Schmidt, Quantitative analytische Transmissionselektronenmikroskopie an einer einkristallinen Nickelbasislegierung mit hohem y' Volumenanteil. Düsseldorf: VDI-Verlag. 1993. 113 p.

45. Blavette D., Buchon A., Chambreland S. Influence of heat treatment on composition and fine scale features of some fine nickel base superalloys // In: Proc. of Euromat Conference Aachen. DGM Information Gesellschaft, Verlag. 1989. P. 419-424.

46. Svetlov I. L., Golovko B. A., Epishin A. I., Abalakin N. P. Diffusional Mechanism of y'-Phase Particles Coalescence in Single Crystals in Nickel-Base Superalloys // Scripta met. and mater. 1992. V. 26. P.1353-1358.

47. Wichmann T. Mikrostrukturelle Untersuchengen einkristalliner Turbinenschaufeln für stationäre Turbinen. Dipl. Thesis. Technische Universität Berlin. 1995.

48. Buffiere J. Y., Cheynet M. C., Ignat M. STEM analysis of the local chemical composition in the nickel-based superalloy CMSX-2 after creep at high temperature // Scripta mater. 1996. V. 34. N. 3. P. 349-356.

49. Duval S., Chambreland S., Caron P., Blavette D. Phase composition and chemical order in the single crystal nickel base superalloy MC2 // Acta metall. 1994. V. 42. P. 185-194.

50. Macherauch E., Müller P. Das sin2v|/-Verfahren der röntgenographischen Spannungsmessung // Z. angew. Phys. 1961. V. 13. V. 305-312.

51. Tien J. K., Copley S. M. The Effect of Uniaxial stress on the Periodic Morphology of Coherent Gamma Prime Precipitates in Nickel-Base Superalloys Crystals // Metall. Trans. 1971. V. 2. P. 215219.

52. Tien J. K., Copley S. M. The Effect of Orientation and Sense of Applied Stress on the Morphology of Coherent Gamma Prime Precipitates in Stress Annealed Nickel-Base Superalloy Crystals // Metall. Trans. 1971. V. 2. P. 543-553.

53. Pineau A. Influence of Uniaxial Stress on the Morphology of Coherent Precipitates during Coarsening Elastic Energy Considerations // Acta mater. 1976. V. 24. P. 559-564.

54. Hazotte A., Simon A. Quantitative analysis of the structural changes during aging of single crystal nickel-based superalloys//Acta Stereol. 1989 V. 8. N. 2. P. 175-180.

55. Pollock T. M., Argon A. S. Creep resistance of CMSX-3 nickel-base superalloy single crystals // Acta metal, mater. 1992. V. 40, N. 1. P. 1-30.

56. Müller L., Glatzel U., Feller-Kniepmeier M. Modelling of thermal misfit stresses in nickel-base superalloy containing high volume fraction of y'-pahse // Acta metal, mater. 1992. V. 40, N. 6, P. 1321-1327.

57. Socrate S., Parks D. M. Numerical determination of the elastic driving force for directional coarsening of Ni-superalloys //Acta metal, mater. 1993. V. 41. N. 7. P. 2185-2209.

58. Светлов И. Л., Епишин А. П., Кривко А. П., Самойлов А. П., Одинцев И. Н., Андреев А. П. Анизотропия коэффициента Пуассона монокристаллов никелевого сплава // Доклады АН СССР. 1988. №2. С. 1372-1375.

59. Кривко А. И., Епишин А. И., Светлов И. Л., Самойлов А. И. Упругие свойства монокристаллов никелевых сплавов // Проблемы прочности. 1988. № 2. С. 68-75.

60. Кривко А. П., Епишин А. И., Светлов И. Л., Самойлов А. И. Расчет термических напряжений и термостойкость анизотропных материалов. Сообщение 1 // Проблемы прочности. 1989. № 2. С, 3-9.

61. Кривко А. П., Епишин А. П., Светлов И. Л., Самойлов А. П., Суханов H. Н. Расчет термических напряжений и термостойкость анизотропных материалов. Сообщение 2 // Проблемы прочности. 1989. № 4. С. 43-48.

62. Авторское свидетельство СССР № 1504486. Устройство для измерения поперечных деформаций. Андреев А. П., Епишин А. И., Иванов Д. Е. // Бюллетень изобретений. 3230.08.1989 (46).

63. Дроздовский Б. А., Епишин А. И., Светлов И. Л., Волков В. П., Никулина И. В. Исследование циклической трещиностойкости монокристальных образцов никелевого сплава // В кн. «Проблемы разрушения металлов и фрактография» М.: МДНТП. 1989. С. 4350.

64. Голубовский Е. Р, Епишин А. И., Светлов И.Л., Анизотропия характеристик статической и циклической прочности монокристаллов литого никелевого жаропрочного сплава // Журнал "Вестник двигателестроения". Украина. 2004. № 2. С. 143-147.

65. Голубовский Е. Р., Светлов И. Л, Епишин А. И., Влияние кристаллографической ориентации на прочностные характеристики монокристаллов никелевого жаропрочного сплава // Научные труды МАТИ. Вып. 8(80), 2005, М., ИЦ МАТИ, С.22-27.

66. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970. 443 с.

67. Баррет Ч. С. Структура металлов. М.: Металлургиздат. 1948. 677 с.

68. Шульце Г. Металлофизика. М.: Мир. 1971. 503 с.

69. Светлов И. Л., Суханов Н. Н., Кривко А. И. и др. Температурно-ориентационная зависимость характеристик кратковременной прочности, модуля Юнга и коэффициента линейного расширения монокристаллов сплава ЖС6Ф // Проблемы прочности. 1987. № 1. С. 51-56.

70. Yang S. W. Elastic constants of a monocrystalline nickel-base superalloy // Met. Trans. 1985. 16A. N 4. P. 661-665.

71. Schneider W. High temperature behavior and microstructure of single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 at temperatures from 800°C up to 1I00°C. Erlangen: Universität Erlangen-Nürnberg, 1993. 193 p.

72. Дж. Хирг, И. Лоте. Теория дислокаций / Перев. с англ.; Под ред. Э. М. Надгорного, Ю. А. Осипьяна. М.: Атомиздат. 1973. 600 с.

73. Paufler P. Physikalische Kristallographie. Akademie-Verlag Berlin. 1986. p.

74. Dereli G., Cagin Т., Uludogan M., Tomak M. Thermal and mechanical properties of Pt-Rh alloys // ArXiv: cond-mat/9611241. 1996.V. 1.28 Nov.

75. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упру гости. М.: Наука. 1965. 204 с.

76. Broek D. The practical use of fracture mechanics. Dordrecht.: Kluwer Academic Publications. 1989. 522 p.

77. Ai S. H., Lupine V., Onofrio G. Influence of precipitate morphology on high temperature fatigue crack growth of a single crystal nickel base superalloy // Scripta metall. mater. 1993. V. 29. P.1385-1390.

78. Ott M., Mughrabi H. Dependence of the high-temperature low-cycle fatigue behaviour of the monocrystalline nickel-base superalloys CMSX-4 and CMSX-6 on the y/y'-morphology, Mater. Sei. Eng. 1999. V. 272A. P. 24-30.

79. Chan K. S., Hack J .E., Leverant G. R. Fatique crack growth in MAR-M200 single crystals // Met. Trans. 1987. V. 18. N. 4. P. 581-591.

80. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Демьянушко И. В. и др. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение. 1975.455 с.

81. Куриат Р. И., Третьяченко Г. Н., Кравчук Л. В. О температурных напряжениях в сопловых лопатках газовых турбин // Термопрочность материалов и конструктивных элементов. Киев: Наук, думка, 1967. С. 407-417.

82. Coffin L. F. A study of the effects of cyclic thermal stresses on a ductile metals // Trans. ASME. 1954. V. 76. N. 8. P. 931 -950.

83. Хонинкомб P. Пластическая деформация металлов. M.: Мир. 1972. 408 с.

84. Епишин А. И., Светлов И. Л., Брюкнер У. И др. Высокотемпературная ползучесть монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов с ориентацией 001. // Материаловедение. 1999. №5. С. 32-42.

85. Link Т., Epishin A., Brückner U., Portella P. An Increase of the y/y'-Misfit and its Con-elation with Strain during Creep Deformation of Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Acta mater. 2000. V. 48. P. 1981-1994.

86. Epishin A., Link Т., Brückner U., Portella P. D., Evolution of the y/y'-Microstructure during High Temperature Creep of a Nickel-Base Superalloy// Acta mater. 2000. V. 48. P. 4169-4177.

87. Epishin A., Link Т., Brückner U., Portella P. D. Kinetics of Topological Inversion of the y/y'-Microstructure during High Temperature Creep of a Nickel-Base Superalloy // Acta mater. 2001. V. 49. P. 4017-4023.

88. Epishin A., Brückner U., Link Т., Portella P. D. Investigation of Stresses in Superalloys by Analysis of y/y'-Microstructure, Proc. of the 6th European Conf. on Residual Stresses // Portugal. Trans Tech Publications. 2002. P. 287-292.

89. Link Т., Epishin A., Klaus M. et. al. <100> dislocations in nickel-base superalloys: formation and role in creep deformation // Mat. Sei. Eng. 2005. V. A 405. P. 254-265.

90. Epishin A., Link Т., Brückner U. Microstructural stability of CMSX-4 and CMSX-10 under high temperature creep conditions // Proc. of the 8th Conf. "Materials for Advanced Power Engineering". Belgium. Forschungszentrum Jülich. 2006. P. 507-520.

91. Nazmy M., Epishin A., Link Т., Staubli M. Degradation in Single Crystal Nickel Base Superalloys -A Review // Proc. of the 8th Conf. "Materials for Advanced Power Engineering". Belgium. Forschungszentrum Jülich. 2006. P. 205-216.

92. Епишин А. И. Стабильность микроструктуры жаропрочных никелевых сплавов CMSX-4 и CMSX-10 в условиях высокотемпературной ползучести // Материаловедение. 2007. № 1. С. 49-56.

93. Кеаг В. Н., Giamei А. F., Leverant G. R., Oblak J. M. On intrinsic/extrinsic stacking fault pairs in the LI2 lattice// ScriptaMaterialia. V. 3. 1969. P. 123-129.

94. Кеаг В. Н., Leverant G. R, Oblak J. M. An analysis of creep-induced intrinsic/extrinsic fault rairs in a precipitation hardened nickel-alloy// Trans. ASM. 1969. V. 62. P. 639.

95. Leverant G. R., Кеаг В. H., Oblak J. M. Creep of Precipitation-Hardened Nickel-Base Alloy Single Crystals at High Temperatures // Metal. Trans. 1973. V. 4. P. 355-362.

96. Каблов E. H., Голубовский E. P. Жаропрочность никелевых сплавов. M.: Машиностроение. 1998.464 с.

97. Maldini, М., Lupine, V. A costitutive equation for creep strain analysis and prediction of a single crystal superalloy // Mater. High Temp. 1997. V. 14. P 47-52.

98. ReppichB. Negatives Kriechen//Z. Metallkde. 1984. V. 75. P. 193-202.

99. Reppieh B. Negatives Kriechen und Mikrogefiige Iangzeitexponierter Gasturbinenwerkstoffe // Z. Metallkde. 1994. V. 85. P. 28-38.

100. Timins R., Greenwood G. W., Dyson B. F. Negative creep in a nickel-base superalloy // Scripta metal. 1986. V. 20. P. 67-70.

101. Matan N., Cox D. C„ Rae C. M., Reed R. C. On the kinetics of rafting in CMSX-4 superalloy single crystals// Acta mater. 1999. V. 47. P. 2031-2045.

102. Nathal M. V., Ebert L. J. Elevated temperature creep-rupture behavior of the single crystal nickel-base superalloy NASAIR 100 // Metall. Trans. 1985. V. 16A. P. 427-439.

103. MacKay R. A., Ebert L. J. The Development of y-y' Lamellar Structures in a Nickel-Base Superalloy during Elevated Temperature Mechanical Testing // Metall. Trans. 1985. V. 16A. P. 1969-1982.

104. Veron M., Bastie P. Strain induced directional coarsening in nickel-based superalloys: investigation on kinetics using the small angle neutron scattering (SANS) technique // Acta mater. 1997. V. 45. P. 3277-3282.

105. Svoboda J., Lukas P. Modelling of kinetics of directional coarsening in Ni-superalloys // Acta mater. 1996. V. 44. P. 2557-2565.

106. Louchet F., Hazotte A. A Model for Low Stess Cross-Directional Creep and Directional Coarsening of Superalloys. 1997. V. 37. P. 589-597.

107. Nabarro F. Rafting in superalloys // Metall. Trans. 1996. V. 27A. P. 513-529.

108. Numakura H., Ikeda T., Nakajima H., Koiwa M. Diffusion in Ni3Al, Ni3Ga and Ni3Ge // J. Mat. Sci. Eng. 2001. V. A312. P. 109-117.

109. Saito M., Aoyama T., Hidaka K. et. al. Concentration gradients and the rafting mechanism in Ni base superalloys in the initial stage of high temperature creep tests // Scripta mater. 1996. V. 34. P. 1189-1994.

110. Wanderka N., Schumacher G., Czubayko U. et. al. Local chemical and structural gradients in the creep deformed superalloy SCI 6 //J. Mat. Sci. Eng. 2003. V. A353. P. 146-151.

111. Karnthaler H. P., Muhlbacher E. T., Rentenberger C. The influence of the fault energies on the anomalous mechanical behaviour of NiiAl alloys // Acta Mater. 1996. V 44. P. 547-560.

112. Kruml T., Conforto E., Piccolo B. L. et. al. From dislocation cores to strength and work-hardening: a study of binary Ni3Al //Acta Mater. 2002. V. 50. P. 5091-5101.

113. Ardell A. J. Interfacial free energies and solute diffusivities from data on Oswald ripening // Interface Science. 1995. V. 3. P. 119-125.

114. Chen C. Y., Stobbs W. M. Interfacial segregation and influence of antiphase boundaries on rafting in y/y' alloy // Met. Trans. 2004. V. 35A. P. 733-740.

115. Graham L. D., Kraft R. W. Coarsening of Eutectic Microstructures at Elevated Temperatures // Trans. Metall. Soc. A.l.M.E. 1966. V. 236. P. 94-101.

116. Nakagawa Y. G., Weatherly G. C. The Stability of Lamellar Structures // Metall. Trans. 1972. V. 3. P. 3223-3229.

117. Ho E., Weatherly G. C. Interface diffusion in the Al-CuAb eutectic//Acta, metall. 1975. V. 23. P. 1451-1460.

118. Ho E., Weatherly G. C. The thermal stability of deformed A1-CuA12 eutectic // Metal Science. 1977. N. 4. P. 109-116.

119. Carry C., Strudel J. L. Apparent and effective creep parameters in single crystals of a nickel base superalloy -1. Incubation period // Acta metal., 1977, V. 25. N. 7. P. 767-777.

120. Feller-Kniepmeier M., Link T. Dislocation Structures in y-y' Interfaces of the Single-Crystal Superalloy SRR 99 After Annealing and High Temperature Creep // Mater. Sci. Eng. 1989. V. A113.P. 191-195.

121. Nelson R. S., Mazey D. J., Barnes R. S. The thermal equilibrium shape and size of holes in solids//Philosophical Magazine. 1965. V.l 1. P.91-1 11.

122. Darolia R, Lahrman D.F., Field R.F. Formaation of topologically closed packed phases in nickel base single crystal superalloys // Proceedings of the 6th International Symposium on Superalloys. USA. TMS. 1988. P.255-264.

123. Kohler C., Link Т., Epishin A. Dissociation of a(100) edge superdislocations in the y'-phase of nickel-base superalloys // Philosophical Magazine A. 2006. V. 86. P. 5103-5121.

124. Епишин А. П., Светлов И. Д., Брюкнер У. и др. Механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Труды международного семинара «Актуальные проблемы прочности». Новгород.: НовГУ. 1999. С. 92-96.

125. Epishin A., Kablov Е., Golubovskiy Е. et. al. Rupture Lifetime Prediction and Deformation

126. Mechanisms during Creep of Single-Crystal Nickel-Base Superalloys // Proc. of the 5|W IUTAM Symposium on Creep in Structures. Japan. Nagoya University. 2000. P. 231-240.

127. Epishin A., Link T. Mechanisms of high temperature creep of nickel-base superalloys under low applied stress // Philosophical Magazine A. 2004. V. 84. N. 19. P. 1979-2000.

128. Epishin A., Link T. Mechanisms of high temperature creep of nickel-base superalloys under low applied stress. International Symposium on Superalloys // Proc. of the 10th Int. Symposium on Superalloys. USA. TMS. 2004. P. 137-143.

129. Fedelich B. Modelling at the dislocation level the reinforcement of alloys by hard precipitates: The example ofNi-base superalloys // J. Phys. IV France. 2003. V. 105. P. 131-138.

130. Abaqus, Version 6.3, (2002). Hibitt, Karlsson & Sorensen, Inc. 1080 Main Street, Pawtucket, RI 02860-4847, http://www.abagus.com

131. Voter A. F., Chen S. P. Accurate Interatomic Potentials for Ni, Al, and Ni3Al // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. V. 82. 1987. P. 175.

132. Hirth J. P. On Dislocation Interactions in the fee Lattice // J. Appl. Phys. 1961. V. 32. P. 700706.

133. Jossang T., Hirth J. P., Hartley C. S. Anisotropic Elasticity Solutions for Dislocation Barriers in Face-Centered Cubic Crystals // J. of Appl. Physics. 1965. V. 36, N. 8. P. 2400- 2406.

134. Spence G. B. Theory of extended dislocations in symmetry directions in anisotropic infinite crystals and thin plates // Journal of Applied Physics. 1962. V. 33. P. 729-733.

135. Nabarro F. R. N. Theory of Crystal Dislocations. New York: Dover Publications. 1987. 821 p.

136. Baskes M. I., Hoagland R. G., T. Tsuji. An atomistic study of the strength of an extended-dislocation barrier // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 1998. V. 6. P. 9-18.

137. Spingarn J. R., Barnett D. M., Nix, W". D. Theoretical descriptions of climb controlled steady state creep at high and intermediate temperatures // Acta metal. 1978. V. 27. P. 1549-1561.

138. Huang J., Meyer M., Pontikis V. Core structure of a dissociated edge dislocation and pipe diffusion in copper investigated by molecular dynamics // J. Phys. III. 1991. V. LP. 867-883.