Исследование фазовой стабильности и диффузионных параметров многокомпонентных сплавов на основе тугоплавких металлов

Для развития авиакосмической техники требуется повышение мощности двигателей летательных аппаратов, которая может быть увеличена, прежде всего, за счет увеличения температуры газа на входе в турбину. В настоящее время детали горячего тракта газотурбинных двигателей обычно изготавливают из никелевых жаропрочных сплавов (НЖС), максимальные рабочие температуры которых составляют около 0,75 температуры плавления Ni. Можно констатировать, что современные НЖС практически достигли своего предела, и, соответственно, необходим поиск новых сплавов. Для повышения рабочих температур газотурбинных двигателей до 1400 С необходимы сплавы с температурой плавления более 2000 С. Среди претендентов на эту роль сплавы на основе ниобия и молибдена (легированные кремнием и/или углеродом), керамические материалы. В настоящее время в литературе обсуждается возможность использования нового поколения многокомпонентных (высокоэнтропийных) сплавов (МС) на основе тугоплавких металлов с ОЦК решеткой и упрочнением за счет фаз Лавеса или силицидами. Для оценки перспективности этих материалов необходимо прежде оценить их фазовую стабильность при высоких температурах, а также диффузионную подвижность элементов в этих сплавах, которая определяет скорость формирования необходимой структуры и скорость ее деградации, а также сопротивление ползучести при повышенных температурах.. Наличие или отсутствие аномалий диффузионных процессов является одной из обсуждаемых тем для высокоэнтропийных сплавов. Однако, в настоящее время экспериментальных данных о диффузионной подвижности в МС очень мало, и результаты их противоречивы. Заметим, что большая часть полученных при исследовании МС результатов относится к сплавам, содержащим Co, Fe, Ni, Cr и Mn. Лишь недавно проведено исследование нового сплава FeNiCrMn, содержащего W, а также эквиатомных сплавов W-Nb-Mo-Ta, W-Nb-Mo-Ta-V и Ta-Nb-Hf-Zr-Ti.Между тем единого мнения относительно кандидатур тугоплавких металлов, составляющих МС, не существует. Мы предполагаем в качестве композиции для экспериментального исследования сплав на основе NbHfTaZr с различным содержанием Ti, поскольку Ti-содержащие тугоплавкие МС обладают рядом свойств, делающих титан привлекательным в качестве компонента нового поколения МС на основе тугоплавких металлов. В силу перспективности легирования кремнием, как элементом формирующим упрочняющие силициды, будут также рассмотрены сплавы с добавлением кремния в количестве до 15 ат%.Таким образом, целью настоящего проекта будет выбор составов многокомпонентных сплавов на основе тугоплавких металлов с ОЦК решеткой, с высокой (выше 2000 С) температурой солидуса, исследование их фазовой стабильности и диффузионной подвижности компонентов. При этом предполагается проведение исследования диффузии путем создания диффузионных пар сплав/чистый титан с большим градиентом концентрации и сплав 1/сплав 2 с небольшими градиентами. Такая методика позволяет получить информацию о диффузионных процессах в матричных растворах потенциальных жаропрочных сплавов.При этом особое внимание будет уделено:• аттестации сплавов после различных видов термообработок;• разработке методов определения параметров диффузии компонентов в этих МС, поскольку на сегодня существует только псевдобинарное приближение ;• исследованию фазовой стабильности сплавов c учетом сегрегации на ГЗ;• поиску корреляций между диффузионными параметрами и температурами солидуса, соответствующих сплавов.• Анализу сегрегации примесей на границах зерен МС и влиянию сегрегации на когезивную прочность границ зерен.