Исследование закономерностей влияния вариативности химического состава, термомеханической и термической обработок на структурно-фазовое состояние и характеристики механических свойств интерметаллидного бета-затвердевающего TiAl-сплава, содержащего гадолиний (продление).

Сплавы на основе эквиатомного алюминида титана TiAl (гамма-сплавы) представляют собой перспективный класс интерметаллидных жаропрочных материалов благодаря уникальному сочетанию удельной жесткости и прочности с одной стороны и высокому сопротивлению окислению – с другой. Указанные характеристики, являющиеся следствием самой природы интерметаллидов системы Ti–Al, определяют работоспособность гамма-сплавов в процессе эксплуатации при температурах 600–850°С. Однако одним из основных недостатков, ограничивающих практическое применение гамма-сплавов, независимо от того, по какой технологии получены изделия или полуфабрикаты из них (литье, обработка давлением или аддитивное производство), является низкая пластичность в широком интервале температур. В то же время этот недостаток не является принципиально неустранимым. Однако, задача получения оптимального баланса механических характеристик, ответственных за работоспособность материала и удовлетворяющих современным требованиям техники до сих пор остается актуальной. Как было отмечено выше, лопатки ТНД наиболее часто рассматриваются в качестве основного направления применения разрабатываемых гамма-сплавов. Спустя регламентируемое время данным изделиям требуется восстановительный ремонт. Для лопаток, изготовленных из традиционных жаропрочных титановых сплавов, данная процедура осуществляется путем аргонно-дуговой наплавки. Однако, эти методы, вероятно, окажутся неподходящими для изделий из хрупких интерметаллидных TiAl-сплавов из-за опасности окисления в процессе наплавки и падения пластичности ниже приемлемого уровня. Поэтому применение инновационных аддитивных технологий для восстановительного ремонта изделий из гамма-сплавов может быть перспективным. Несмотря на большое количество успешных исследований традиционных конструкционных титановых сплавов (в первую очередь – типа ВТ6), полученных по различным аддитивным технологиям, применение этих подходов к гамма-сплавам, и в особенности, к новому поколению бета-затвердевающих TiAl сплавов, изучено в гораздо меньшей степени. При этом, анализ современной научной литературы показывает, что использование аддитивных технологий, и в первую очередь метода селективного электронно-лучевого сплавления считается для этих материалов очень перспективным. Поэтому целью данного проекта является изучение закономерностей влияния параметров селективного электронно-лучевого сплавления (СЭЛС) и последующей термической обработки (ТО) на формирование фазового состава, макро-, микро- и тонкой структуры, дефектность восстановительных слоев, синтезированных на деформированных и литых заготовках из бета-затвердевающего гамма-сплава Ti-44,3Al-2V-1Nb-2Cr-0,1Gd (at.%). Научная новизна ожидаемых результатов будет включать: - закономерности эволюции фазово-структурного состояния нового бета-затвердевающего сплава Ti-44,3Al-2V-1Nb-2Cr-0,1Gd (ат.%) в процессе селективного электронно-лучевого сплавления и последующей термической обработки; - экспериментально установленные возможности создания на поверхности бета-затвердевающего сплава Ti-44,3Al-2V-1Nb-2Cr-0,1Gd (ат.%) восстановительных синтезированных слоев с изотропной пластинчатой структурой методами селективного электронно-лучевого сплавления и последующей термической обработки с оценкой достигаемого уровня прочностных и пластических характеристик. Таким образом, результаты выполнения проекта будут соответствовать мировому уровню проводимых в настоящее время научных исследований. Получение запланированных результатов даст научное обоснование возможности применения новых перспективных бета-затвердевающих сплавов на основе TiAl для изготовления ответственных деталей техники, в частности, деталей горячего тракта газотурбинных двигателей роторного качества: при изготовлении из гамма-сплавов рабочих и сопловых лопаток последних ступеней турбины низкого давления весовая эффективность может достигать 180 кг на один моторокомплект лопаток по сравнению с традиционными никелевыми сплавами, имеющими в два раза более высокую плотность.