Жаропрочные никелевые сплавы для аддитивных технологий: дизайн и исследование структуры и свойств

Аддитивные технологии предоставляют уникальные возможности для эффективного изготовления деталей сложной формы и находят все большее применение в различных областях промышленности. Одним из факторов, ограничивающих распространение аддитивных технологий, является относительно узкий спектр используемых сплавов. Большинство коммерчески используемых материалов для аддитивных технологий полностью повторяют составы «традиционных» сплавов, получаемых обычными металлургическими методами. Однако, из-за специфики процесса не все «традиционные» материалы могут быть использованы в аддитивных технологиях. Даже в успешных случаях повторяющиеся циклы резкого нагрева и охлаждения, которым подвергаются сплавы в ходе синтеза методами аддитивных технологий, часто оказывают отрицательное влияние на формирование структуры и свойств в конечных изделиях. Одним из возможных путей повышения свойств, включая технологические, может быть использование материалов, специально созданных, или оптимизированных для аддитивных технологий. Однако для этого необходимо, с одной стороны, глубокое понимание взаимосвязей между химическим составом сплавов, параметрами процессов аддитивных технологий, и структурой и свойствами изготавливаемых материалов, которое можно получить только в результате всесторонних экспериментальных исследований. С другой стороны, эффективный поиск новых композиций сплавов практически невозможен без использования вычислительных подходов. В данном проекте планируется совместить использование вычислительных подходов к поиску новых сплавов с их всесторонним экспериментальным исследованием. Одним из важнейших объектов для подобных исследований являются никелевые сплавы, которые обладают уникальным комплексом свойств, в частности жаропрочности и жаростойкости, и широко используются в различных областях промышленности, включая авиакосмическую, энергетическую, и нефтегазовую отрасли. При этом для обеспечения требуемых свойств сплавы подвергаются комплексному дорогостоящему легированию, а изготовление сложнопрофильных деталей из таких сплавов является крайне затратным процессом. Использование аддитивных технологий, например технологии прямого лазерного выращивания (ПЛВ), позволяет эффективно получать детали сложной геометрии, и потому широко применяется для ряда материалов. Однако, применение аддитивных технологий для никелевых сплавов ограничивается некоторыми сплавами с относительно низкими прочностными характеристиками при высоких температурах. Применение же аддитивных технологий для высокотемпературных сплавов, таких как Российские сплавы типа ЖС6, затруднено из-за склонности этих сплавов к растрескиванию. Данную проблему можно пытаться решать путем оптимизации параметров процесса ПЛВ, однако необходима также модификация состава сплавов с использованием вычислительных подходов. Также следует отметить необходимость разработки/корректировки режимов термической обработки сплавов после аддитивных технологий, связанных как со спецификой процесса, так и вариациями химического состава. Наконец, для потенциального применения модифицированных сплавов большое значение имеют не только технологические характеристики, но и другие свойства, в частности, механические. Таким образом, задачей данного проекта является проведение комплексных вычислительных и экспериментальных исследований влияния химического состава и параметров процесса ПЛВ на структуру и механические свойства никелевых сплавов на основе сплавов типа ЖС6 и научно-обоснованная композиция нового сплава для использования в процессе ПЛВ. Научная новизна проекта будет состоять в расширении пониманий о взаимосвязи параметров аддитивных технологий, составов никелевых сплавов, и получаемых структур и свойств и разработке научно-обоснованной композиции сплава для аддитивных технологий. Актуальность проекта заключается в возможном распространении области применения аддитивных технологий в аэрокосмической промышленности.