Исследование закономерностей и разработка научных основ управления направленной структурой, стабилизированной микро- и наноразмерными частицами, интерметаллидных сплавов на основе Ni3Al, предназначенных для работы при температурах до 1250-1300°С.

Проанализировано строение тройных диаграмм состояния систем Ni-Al-ЛЭ, где ЛЭ – основные легирующие элементы жаропрочных литейных (γ´+γ) сплавов на основе γ´Ni3Al. Показано, что имеются принципиальные различия в схемах кристаллизации в окрестностях интерметаллидов γ´Ni3Al и βNiAl, а также различия в характере влияния основных легирующих элементов при их концентрациях до 10 ат. % на фазовый состав и структуру многокомпонентных сплавов ВКНА-1В, ВКНА-25, ВКНА-4У, ИМ730 на основе γ´Ni3Al. Основу всех сплавов составляют (γ´+γ) дендриты. В бескобальтовых сплавах первого типа (ВКНА-1В, а также известные зарубежные сплавы IC221М, IC218, IC438, IC6SX), в междендритном пространстве формируются крупные однофазные γ´Ni3Al выделения, представляющие собой вырожденную эвтектику L↔(γ΄+γ)+γ΄. В сплавах второго типа с кобальтом при том же (~ 17 ат. %) содержании алюминия (ВКНА-4У, ВКНА-25) или в сплаве с хромом без кобальта, но при повышенном (~ 21 ат.%) содержании алюминия (ИМ730) в междендритном пространстве формируются двухфазные выделения: γ´Ni3Al, внутри которых образуются неравновесные выделения βNiAl, представляющие собой вырожденную эвтектику L↔(γ΄+β)+β. Установлено, что при нагреве в интервале температур 1200-1300 °С в сплавах второго типа интенсивно развивается несколько твердофазных превращений: растворение выделений β-фазы в первичных выделениях γ΄Ni3Al, растворение или уменьшение междендритных выделений γ´-фазы, изменение морфологии и ориентаций выделений γ-фазы в дендритах и междендритном пространстве.Изучена долговечность и характер изменения структуры монокристаллов с основными кристаллографическими ориентациями [001], [011] и [111] сплава второго типа ВКНА-25 в условиях малоцикловой усталости (МЦУ) на гладких образцах при осевом пульсирующем напряжении при температурах 20, 750 и 900 °С в условиях «мягкого» нагружения. Установлено наличие температурной аномалии предела выносливости при МЦУ сплава ВКНА-25: рост с повышением температуры в температурном интервале от 20 до 750-850 °С, что связано со сменой октаэдрического скольжения кубическим при переходе через температуру пика. Аналогичный аномальный температурный ход характеристик прочности, отмечается для сплавов как первого, так и второго типа, и для других интерметаллидных сплавов со сверхструктурой L12. Различия в характере разрушения при испытаниях на МЦУ при 750-900 °С и при 20 °С, связаны с увеличением способности к деформации γ΄-фазы с повышением температуры: при 20 °С материал деформируется как композит, состоящий из хрупкой γ΄- и вязкой γ-составляющей, тогда как при 750-900 °С характеристики пластичности фаз сближаются. Низкотемпературные (20-750 °С) испытания ВКНА-25 на МЦУ не влияют на фазовый состав литого сплава. Дендриты (γ´+γ) и первичные включения γ´-фазы в междендритном пространстве, внутри которых видны углубления, оставшиеся после вытравливания β-фазы в результате интенсивного травления, сохраняют структуру литого материала. После испытаний на МЦУ при 900 °С включения неравновесной β-фазы исчезают, остаются первичные включения γ´-фазы, частично отделенные четкими границами от дендритов, частично размытыми. Интенсивная деформация при МЦУ даже при 900 °С (ниже Т сольвус) активизирует процессы структурно-фазовых превращений, которые на литых образцах интенсивно развиваются только при температурах ≥ 1200 °С и заканчиваются при подсолидусных температурах.