Prediction carbides composition in nickel-based superalloys directional crystallization

Abstract

EN: Objective. To study the specifics of the distribution of alloying elements in the carbides of the multicomponent system Ni-5Cr-9Co-6Al-1Ti-11.7W-1.1Mo-1.6Nb-0.15C by directional crystallization, using the calculated method of CALPHAD prediction. Research methods. To find regularities and calculate the distribution of alloying elements in the alloy, the latest CALPHAD method was chosen, and modeling of thermodynamic processes of phase crystallization was performed. The obtained results. The results of thermodynamic calculations of the chemical composition of carbides are given in the form of mathematical dependences. The equation of the influence of alloying elements on the dissolution (release) temperature of carbides is obtained. It is shown that the obtained dependences are closely correlated with the thermodynamic processes occurring in the system. Scientific novelty. It is shown that with increasing total concentration of carbide-forming elements, the chemical composition of carbides becomes more complicated. The titanium content of more than 2% leads to an increase in the temperature of the carbide liquidus, and at 4.5 % topologically densely packed phases is formed. When the concentration of molybdenum in the alloy is more than 4%, the probability of precipitating topologically close-packed phases in the structure increases markedly, which negatively affects the mechanical properties and heat resistance. Practical value. Based on an integrated approach for multicomponent heat-resistant nickel-based alloys, new regression models were obtained that allow adequately predict the chemical composition of carbides by the chemical composition of the alloy, which allowed to solve the problem of calculated prediction of carbide composition by chemical composition of the alloy. UK: Методи досліджень. Для пошуку закономірностей та розрахунку розподілу легувальних елементів в сплаві, було обрано новітній метод CALPHAD, та проведено моделювання термодинамічних процесів кристалізації фаз. Отримані результати. Результати термодинамічних розрахунків хімічного складу карбідів наведені в вигляді математичних залежностей. Отримано рівняння впливу легувальних елементів на температури розчинення (виділення) карбідів. Показано, що отримані залежності тісно корелюють з термодинамічними процесами, що відбуваються в системі. Наукова новизна. Показано, що при підвищенні сумарної концентрації карбідоутворюючих елементів, ускладняється і хімічний склад карбідів. Вміст титану більше 2 призводить до підвищення температури карбідного ліквідусу, а при 4,5 утворюються топологічнощільнопаковані фази. При концентрації молібдену в складі сплаву більше 4 помітно підвищується ймовірність виділення в структурі топологічнощільнопакованих фаз типу m, що чинить негативний вплив на механічні властивості і жароміцність. Практична цінність. На основі комплексного підходу для багатокомпонентних жароміцних сплавів на основі нікелю отримані нові регресійні моделі, що дозволяють адекватно прогнозувати хімічний склад карбідів за хімічним складом сплаву, це дозволило реалізувати рішення задачі розрахункового прогнозування складу карбідів за хімічним складом сплаву.