Тьомкін, ДмитроНаумик, Валерій ВладиленовичTomkin, DmytroNaumyk, Valeriy2025-12-122025-12-122025https://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25485Тьомкін Д. Аналіз ефекту модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм сплаву ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю / Д. Тьомкін, В. В. Наумик // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2025. – № 1. – C. 6-12.UK: Мета роботи. Теоретичне прогнозування утворення карбідів та можливостей компенсації відсутності карбідного зміцнення у сплаві ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю за рахунок додаткового модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм. Методи дослідження. Аналізом відповідних стехіометричних рівнянь реакцій визначено мінімальні умови отримання карбідів ітрію та гафнію. З використанням відомих розрахунково-аналітичних методик визначено прогнозовану 100- і 1000-годинну тривалу міцність сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування без модифікування та умовного комплексно модифікованого ітрієм, гафнієм та ніобієм варіанту. Наукова новизна. Попередніми дослідженнями встановлено, що у структурі зразків зі зниженим вмістом вуглецю (0,015…0,020 % С) карбіди практично відсутні, а межі зерен дуже тонкі. При введенні ніобію, ітрію та гафнію відбувається утворення карбідів у формі глобулярних частинок в основному рівномірно розподілених в об'ємі металу. Розрахунками встановлено, що для проведення реакції карбідоутворення ітрію 0,015 % і гафнію 0,25 % достатньо 0,02014 % вуглецю. Як було раніше встановлено, при введенні 0,15...0,25 % гафнію в сплав ЖС3ДК-ВІ, всі карбіди виділені у вигляді глобулярних частинок, і розташовані по межах зерен та міждендритних просторах. Таким чином, оскільки відомо, що карбіди ітрію виділяються з розплаву і є підкладкою для зростання карбідів типів МС у вигляді глобулярних частинок, можна зробити висновок, що отриманої за розрахунками кількості ітрію і гафнію, може бути достатнім для утворення округлих карбідів у металі ЖС3ДК-ВІ із вмістом вуглецю 0,06…0,11 % (відповідно ОСТ 1.90.126-85). Таким чином можна зробити висновки, що при малому вмісті вуглецю: - ітрій не бере участі в карбідних реакціях, а витрачається на локальне легування поверхні розділу фаз, що уповільнює дифузійні процеси, підвищує структурну стабільність і жароміцність сплаву, зменшує розміри зерен, і подрібнює дендритну структуру; - гафній перешкоджає руйнуванню меж зерен за рахунок пригнічення виділення вторинних карбідів, і зміцнює γ´-фазу. Для компенсації браку карбідного зміцнення сплаву із вмістом вуглецю 0,015…0,020 %, розрахунково-аналітичними методиками вивчено можливості зміцнення γ´- фази за рахунок легування сплаву гафнієм та ніобієм. Практична цінність. Встановлено розрахункове збільшення тривалої міцності умовного комплексно модифікованого гафнієм, ніобієм та ітрієм сплаву до ~12 % щодо серійного сплаву ЖС3ДК-ВІ за ОСТ 1.90.126-85. Виходячи з отриманих даних, можна зробити висновок, що присадка гафнію в кількості 0,25 % і ніобію – 0,50 % компенсує відсутність карбідного зміцнення сплаву ЖС3ДК-ВІ при знижених вмістах вуглецю. EN: Purpose. Theoretical prediction of carbide formation and possibilities of compensating for the lack of carbide strengthening in the ЖС3ДК-ВІ alloy with a reduced carbon content through additional modification with yttrium, hafnium, and niobium. Research methods. By analyzing the corresponding stoichiometric reaction equations, the minimum conditions for obtaining yttrium and hafnium carbides were determined. Using known computational and analytical techniques, the predicted 100- and 1000- hour long-term strength of the ЖС3ДК-ВІ alloy at different alloying levels without modification and a conditional complexly modified with yttrium, hafnium and niobium variant were determined. Scientific novelty. Previous studies have established that in the structure of samples with a reduced carbon content (0.015...0.020 % C) carbides are practically absent, and the grain boundaries are very thin. When niobium, yttrium and hafnium are introduced, carbides are formed in the form of globular particles, mainly evenly distributed in the volume of the metal. Calculations have established that 0.02014 % carbon is sufficient for the carbide formation reaction of 0.015% yttrium and 0.25 % hafnium. As was previously established, when 0.15...0.25 % hafnium is introduced into the ЖС3ДК-ВІ alloy, all carbides are isolated in the form of globular particles, and are located along the grain boundaries and interdendritic spaces. Thus, since it is known that yttrium carbides are released from the melt and are a substrate for the growth of carbides of the MС type in the form of globular particles, we can conclude that the amount of yttrium and hafnium obtained by calculations may be sufficient for the formation of rounded carbides in the metal ЖС3ДК-ВІ with a carbon content of 0.06…0.11% (according to OST 1.90.126-85). Thus, it can be concluded that with a low carbon content: - yttrium does not participate in carbide reactions, but is spent on local alloying of the phase interface, which slows down diffusion processes, increases the structural stability and heat resistance of the alloy, reduces grain size, and refines the dendritic structure; - hafnium prevents the destruction of grain boundaries by suppressing the release of secondary carbides, and strengthens the γ´- phase. To compensate for the lack of carbide strengthening of the alloy with a carbon content of 0.015…0.020 %, the possibilities of strengthening the γ´- phase by alloying the alloy with hafnium and niobium were studied using computational and analytical methods. Practical value. The calculated increase in the long-term strength of a conventional alloy complexly modified with hafnium, niobium and yttrium up to ~12 % relative to the serial alloy ЖС3ДК-ВІ according to OST 1.90.126-85 has been established. Based on the data obtained, it can be concluded that the addition of hafnium in an amount of 0.25% and niobium – 0.50 % compensates for the lack of carbide strengthening of the ЖС3ДК-ВІ alloy at reduced carbon contents.ukжароміцний нікелевий сплавхімічний складвмісту вуглецюмодифікуванняструктурамеханічні властивостіжароміцністьрозрахунково-аналітичні методикиheat-resistant nickel alloychemical compositioncarbon contentmodificationstructuremechanical propertiesheat resistancecalculation and analytical methodsArticle