Purpose. The purpose of this work is to obtain predictive regression models, with the help of which it is possible to adequately calculate the mechanical properties of heat-resistant nickel alloys, without conducting preliminary experiments. Methodology. Industrial alloys for equiaxed casting of domestic and foreign production were selected for research. The values were processed by the least squares method with obtaining correlation dependences with obtaining mathematical equations of regression models that optimally describe these dependences. Findings. As a result of processing experimental data, the ratio of alloying elements Kg¢ was proposed for the first time, which can be used to assess the mechanical properties, which takes into account the complex effect of the alloy main components. Since the dimensional mismatch of the lattice parameters is associated with the degree of concentration solid solution hardening of the γ- and γ′-phases, the efficiency of precipitation hardening of the alloy, the creep rate, and other properties, the Kg¢  ratio makes it possible to relate these properties to multicomponent systems. Regression models are presented, with the help of which it is possible to calculate the dimensional mismatch, strength, heat resistance, the amount of g¢ phase and the density of alloys with high accuracy. The regularities of the influence of the composition on the properties of equiaxed heat-resistant nickel alloys are established. It is shown that for multicomponent nickel systems, it is possible to predict with high reliability misfit, which has a significant effect on the strength characteristics of alloys of this class. For heat-resistant nickel alloys, a decrease in the misfit value is accompanied by a decrease in the number of elements in the g-solid solution at a value of Kg¢ = 1.5–2. However, an increase in Kg¢ greater than 2 is accompanied by an increase in misfit, since the volume fraction of g¢-forming elements significantly increases and begins prevail. A correlation has been established between the specific density and the average atomic mass of the alloys. Originality. It is shown that with an increase in the atomic mass, the specific density of alloys increases, since elements with a high atomic mass, which increase the specific density, belong to the elements that predominantly strengthen the g-solid solution and do not have a noticeable effect on the intermetallic hardening of alloys. Practical value. A promising and effective direction is shown in solving the problem of predicting the main characteristics that affect the complex of service properties of alloys both in the development of new heat-resistant nickel alloys and in the improvement of the compositions of well-known industrial brands of this class. 

    Цель. Основной целью данной работы является получение прогнозирующих регрессионных моделей, с помощью которых можно адекватно рассчитывать механические свойства жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС), без проведения предварительных экспериментов. Методика. Для проведения исследований были выбраны промышленные сплавы для равноосного литья отечественного и зарубежного производства. Значения обработаны методом наименьших квадратов с получением корреляционных зависимостей и математических уравнений регрессионных моделей, которые оптимально описывают эти зависимости. Результаты. После обработки экспериментальных данных впервые предложено соотношение легирующих элементов Кg¢ которое может быть использовано для оценки механических свойств с учетом комплексного влияния основных компонентов сплава. Поскольку размерное несоответствие параметров решетки связано со степенью концентрационного твердорастворного упрочнения γ- и γ′-фаз, эффективностью дисперсионного упрочнения сплава, скоростью ползучести и другими свойствами, то соотношение Кg¢ позволяет связать эти свойства с многокомпонентными системами. Приведены регрессионные модели, с помощью которых возможно рассчитать размерное несоответствие, прочность, жаропрочность, количество g¢-фазы и плотность сплавов с высокой точностью. Установлены закономерности влияния состава на свойства равноосных жаропрочных никелевых сплавов. Показано, что для многокомпонентных никелевых систем можно с высокой достоверностью прогнозировать мисфит, который оказывает существенное влияние на прочностные характеристики сплавов данного класса. Для ЖНС снижение значения мисфита сопровождается сокращением количества элементов, находящихся в g-твердом растворе при значении Кg¢ = 1,5–2. Однако увеличение Кg¢ больше 2  сопровождается ростом мисфита, поскольку объёмная доля g¢-образующих элементов значительно возрастает и начинает преобладать. Установлена корреляционная связь между удельной плотностью и средней атомной массой сплавов. Научная новизна. Определено, что с увеличением атомной массы удельная плотность сплавов повышается, поскольку элементы с высокой атомной массой, повышающие удельную плотность, относятся к элементам, которые преимущественно упрочняют g-твердый раствор и не оказывают заметного влияния на интерметаллидное упрочнение сплавов. Практическая значимость. Показано перспективное и эффективное направление в решении задачи прогнозирования основных характеристик, влияющих на комплекс служебных свойств сплавов как при разработке новых ЖНС, так и при совершенствовании составов известных промышленных марок данного класса.

    Мета. Основною метою цієї роботи є отримання прогнозних регресійних моделей, за допомогою яких можна адекватно розраховувати механічні властивості жароміцних нікелевих сплавів (ЖНС), без проведення попередніх експериментів. Методика. Для проведення досліджень були обрані промислові сплави для рівновісного лиття вітчизняного й зарубіжного виробництва. Значення оброблено методом найменших квадратів з отриманням кореляційних залежностей та математичних рівнянь регресійних моделей, які оптимально описують ці залежності. Результати. Після обробки експериментальних даних уперше запропоновано співвідношення легувальних елементів Кg¢ яке може бути використане для оцінки механічних властивостей х урахуванням комплексного впливу основних компонентів сплаву. Оскільки розмірна невідповідність параметрів решітки пов’язана зі ступенем концентраційного твердорозчиного зміцнення γ- і γ-фаз, ефективністю дисперсійного зміцнення сплаву, швидкістю повзучості й іншими властивостями, то співвідношення Кg¢ дозволяє пов’язати ці властивості з багатокомпонентними системами. Наведено регресійні моделі, за допомогою яких можливо розрахувати розмірну невідповідність, міцність, жароміцність, кількість g¢-фази і щільність сплавів із високою точністю. Установлено закономірності впливу складу на властивості рівновісних жароміцних нікелевих сплавів. Показано, що для багатокомпонентних нікелевих систем можна з високою вірогідністю прогнозувати місфіт, який істотно впливає на характеристики міцності сплавів цього класу. Для ЖНС зниження значення місфіту супроводжується скороченням кількості елементів, що знаходяться в g-твердому розчині зі значенням Кg¢ = 1,5–2. Однак збільшення Кg¢ понад 2 супроводжується зростанням місфіту, оскільки об’ємна частка g¢-утворювальних елементів значно зростає та починає переважати. Установлено кореляційний зв’язок між питомою щільністю та середньою атомною масою сплавів. Наукова новизна. З’ясовано, що зі збільшенням атомної маси питома щільність сплавів підвищується, оскільки елементи з високою атомною масою, що підвищують питому щільність, належать до елементів, які переважно зміцнюють g-твердий розчин і не мають помітного впливу на інтерметалідне зміцнення сплавів. Практична значимість. Показано перспективний та ефективний напрям у розв’язанні задачі прогнозування основних характеристик, що впливають на комплекс службових властивостей сплавів як під час розробки нових ЖНС, так і під час вдосконалення складів відомих промислових марок цього класу.


    Access

    Download


    Export, share and cite



    Title :

    MATHEMATICAL PREDICTION OF THE PROPERTIES OF SUPERALLOYS.
    МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ.
    МАТЕМАТИЧНЕ ПРОГНОЗУВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЖАРОМІЦНИХ НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ


    Contributors:


    Publication date :

    2020-09-09


    Remarks:

    Science and Transport Progress ; No. 4(88) (2020); 77-85



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    Russian