Исследование дефектности гранулируемых никелевых сплавов, применяемых для изготовления основных деталей ГТД

При создании материала образуются дефекты, которые оказывают влияние на прочностные и усталостные характеристики. Для гранулируемых никелевых сплавов такими дефектами, в основном, являются керамические включения и поры. В авиационную промышленность активно внедряются математические пакеты программ, которые позволяют при знании плотности дефектов в материале определить его усталостные характеристики, и, тем самым, предсказать его долговечность. Для данного вероятностного метода предсказания долговечности необходимо знать статистическое распределение дефектов по телу деталей, а также вариации размеров и форм включений. Так для гранулируемого никелевого сплава ЭП741НП, размеры керамических включений, от которых зарождаются усталостные трещины, варьируются от 30 мкм до 250 мкм, поэтому исследования необходимо проводить методом, обеспечивающим точечное разрешение не хуже 10 мкм.

Задача: анализ наличия и типов дефектов в жаропрочных гранулируемых никелевых сплавах, образующихся при создании материала.

Решение: работы по исследованию внутренней структуры материала выполняются на рентгеновском микротомографе высокого разрешения Xradia Versa XRM-500. В качестве объекта исследований выбирается стандартный образец для испытаний на усталостную прочность с диаметром рабочей части порядка 5 мм. Томография образца производится при ускоряющем напряжении источника 160 кВ и токе пучка 62,5 мкА. Точечное разрешение при исследовании такого образца достигает 3 мкм. Таким образом, в результате исследования получается объемная картина распределения плотности материала, по которой можно судить о наличии внутренних дефектов.

Рисунок 1 – изображение виртуального сечения образца никелевого сплава ЭП741НП, полученное с помощью рентгеновского микротомографа Xradia Versa XRM-500, на котором наблюдается керамическое включение.

Выводы:

• Описанная методика позволяет получить трехмерную картину распределения дефектов в образце;
• Метод рентгеновской компьютерной томографии высокого разрешения дает возможность провести статистическую оценку дефектов материала по размерам, форме, типу (поры, трещины, керамические включения) и т.п.;
• Полученная по результатам исследований информация позволяет перейти к анализу долговечности материала с использованием специализированных программных комплексов (напр. DARWIN).