Разработка и исследование тугоплавких высокоэнтропийных суперсплавов

Благодаря высоким температурам плавления, тугоплавкие сплавы представляются “естественными” кандидатами на замену никелевых суперсплавов - основных конструкционных материалов для высоконагруженных деталей, расположенных в самых горячих частях газотурбинных двигателей. Вместе с тем, несбалансированность свойств, выражающаяся в виде низкой технологической пластичности или недостаточной высокотемпературной прочности, - один из главных недостатков большинства существующих тугоплавких сплавов, сильно затрудняющих их практическое применение. Использование новых подходов, например, многокомпонентного легирования, лежащего в основе концепции высокоэнтропийных материалов, открывает широкие возможности по управлению свойствами тугоплавких сплавов. Наиболее перспективным способом достижения сбалансированных механических свойств может быть имитация микроструктурного дизайна никелевых суперсплавов, где частицы интерметаллидной фазы когерентно связаны с пластичной матрицей. Однако, в отличие от хорошо изученных принципов легирования никелевых суперсплавов, для тугоплавких высокоэнтропийных сплавов остается слабо понятным, какие комбинации элементов могут привести к контролируемому выделению внутри неупорядоченной и при этом пластичной матрицы упрочняющих когерентных частиц, обеспечивающих работоспособность данных материалов при температурах 1200-1300°С. Это обуславливает проведение комплекса исследований, направленных на установление закономерностей между химическим составом и структурно-фазовым состоянием различных композиций тугоплавких высокоэнтропийных сплавов, а также их влияния на механические свойства, жаропрочность и жаростойкость. Разработка новых жаропрочных материалов на основе таких слабо изученных систем, как тугоплавкие высокоэнтропийные сплавы, требует решения нескольких задач. В первую очередь, предполагается сосредоточиться на поиске однофазной ОЦК композиции, обладающей высокой пластичностью на растяжение при комнатной температуре, которая бы выступила в качестве основы для создания тугоплавкого высокоэнтропийного суперсплава. Далее будут определены легирующие элементы и/или их комбинации для формирования частиц со структурой B2 и/или L21, которые должны иметь хорошее кристаллографическое сопряжение с ОЦК матрицей. Планируется проанализировать влияние химического состава В2/L21 частиц на их кристаллографическое сопряжение с матричной фазой, кинетику укрупнения, упрочняющую способность и стабильность при потенциальных рабочих температурах 1200-1300°С. Особое внимание будет уделено систематическим исследованиям механических свойств, механизмам деформации и упрочнения, а также жаростойкости и жаропрочности, включая механизмы окисления и ползучести. Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут иметь безусловную научную значимость, поскольку позволят получить новые фундаментальные знания о фазовых превращениях и равновесиях, а также о механизмах деформации и упрочнения, жаростойкости и жаропрочности тугоплавких многокомпонентных систем. Актуальность решения обозначенной проблемы заключается в том, что разработанные на основе систематических исследований тугоплавкие высокоэнтропийные суперсплавы с характеристиками, превышающими используемые сегодня жаропрочные материалы, могут найти применение в авиационно-космической промышленности для изготовления деталей, работающих при температурах 1250-1350°С, например, в качестве закрылков усилителя тяги форсажной камеры в турбореактивных двигателях или компонентов гиперзвуковых систем для отвода тепла от передних кромок и носовых обтекателей.