ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ ГЦК-МОНОКРИСТАЛЛОВ НА УРОВЕНЬ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОДНООСНОМ МОНОТОННОМ И ЦИКЛИЧЕСКОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Семенова, А.А.; Грищенко, А.И.; Семенов, А.С.

doi:10.15593/perm.mech/2023.5.08

ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ ГЦК-МОНОКРИСТАЛЛОВ НА УРОВЕНЬ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ОДНООСНОМ МОНОТОННОМ И ЦИКЛИЧЕСКОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

А.А. Семенова, А.И. Грищенко, А.С. Семенов

Сведения об авторах

А.А. Семенова
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация
А.И. Грищенко
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация; Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация
А.С. Семенов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация

https://doi.org/10.15593/perm.mech/2023.5.08

Жаропрочные монокристаллические сплавы, используемые при изготовлении рабочих и направляю- щих лопаток газотурбинных двигателей, обладают ярко выраженной анизотропией механических свойств, высокими показателями кратковременной, длительной и термоусталостной прочности. На основе микро- структурной модели упругопластического деформирования, учитывающей наличие октаэдрических и куби- ческих систем скольжения, выполненное исследование влияния кристаллографической ориентации моно- кристаллических образцов на уровень пластической деформации при одноосном растяжении и на размах пластической деформации при интенсивном термоциклическом воздействии. Анизотропия пластических свойств монокристаллов проявляется в зависимости от уровня пластических деформаций от направления нагружения. В работе произведена оценка вклада октаэдрических и кубических систем скольжения при одноосном нагружении в различных направлениях по отношению к кристаллической решетке. Исследова- на эволюция ориентационных зависимостей пластической деформации при монотонном увеличении нагрузки, проанализированы процессы возникновения и конкурирующего роста локальных максимумов. Найдены угловые координаты всех возможных в пределах стереографического треугольника 7 локальных максимумов и указаны диапазоны нагрузки их доминирования. Представлены результаты исследования влияния температуры и упрочнения на характер ориентационного распределения пластической деформа- ции. Исследовано влияние кристаллографической ориентации на уровень пластических деформаций при симметричном и несимметричном циклическом нагружении. Представлены результаты моделирования поцикловой кинетики пластических деформаций и их ориентационного распределения от цикла к циклу. Результаты вычислительных экспериментов для корсетных образцов для термоусталостных испытаний показали значительную чувствительность размаха пластической деформации к отклонению от аксиальной ориентации [001] даже на несколько градусов, что указывает на необходимость пересмотра принятого на практике допуска в 10 градусов.

Ключевые слова

пластичность монокристалловкристаллографическая ориентациямикроструктурные моделиоктаэдрические системы скольжениякубические системы скольженияциклическое нагружение.

Influence of the crystallographic orientation of FCC single crystals on plastic strain under uniaxial monotonic and cyclic thermomechanical loading

Single-crystal superalloys, used in production of gas turbine blades, have a pronounced an- sotropy of mechanical properties and high short-term, long-term and thermal fatigue strength. Based on a microstructural model of elastoplastic deformation, which takes into account the presence of octahedral and cubic slip systems, a study was carried out of the influence of the crystallographic orientation of single-crystal samples on the level of plastic strain under uniaxial tension and on the range of plastic strain under intense thermal cycling. Anisotropy of the plastic properties of single crystals manifests itself in the dependence of the level of plastic strain on the direction of loading. The contribution of octahedral and cubic slip systems under uniaxial loading in different directions with respect to the crystal lattice has been evaluated. The evolution of the spatial orientation of plastic strain with a monotonic increasing of loading has been studied; the initiation and competing growth of local maxima have been analyzed. The angular coordinates of all possible 7 local maxima within the stereographic triangle are found and the load ranges of their dominance are indicated. The results of studying the influence of temperature and harden- ing on the orientation distribution of plastic strain are presented. The influence of the sample crystallographic orientation on the plastic strain level under symmetric and nonsymmetric cyclic loading has been studied. The results of modeling the cycle-by-cycle kinetics of plastic strains and their orientation distribution are presented. The results of the computational experiments for corset samples for thermal fatigue tests showed a significant sensitivity of the plastic strain range to the deviation of the sample axis from the [001] orientation even by a few degrees, which indi- cates the need to revise the accepted tolerance of 10 degrees.

Keywords

crystal plasticitycrystallographic orientationmicromechanical modelsoctahedral slip systemscubic slip systemscyclic loading.

Литература

1.Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов, В.Н. Толораия, О.С. Гаврилин. – М: Машиностроение, 1997. – 333 с. Scholar
2.Grant N.J. Stress Rupture Test; Structural Variations in Gas Turbine Alloys // Transactions of the ASM. – 1947. – Vol. 39. – Р. 335–367. Scholar
3.Каблов Е.Н. Специальность – металл для авиации. К 100- летию со дня рождения академика С.Т. Кишкина // Вестник Рос- сийской академии наук. – 2006. – № 6 (76). – С. 553–558. Scholar
4.Герасимов В.В. От монокристаллических неохлаждае- мых лопаток к лопаткам турбин с проникающим (транспира- ционным) охлаждением, изготовленным по аддитивным тех- нологиям // Труды ВИАМ. – 2016. – № 10 (46). – С. 3–28. Scholar
5.Иноземцев А.А. Двигатель ПД-14 – будущее российско- го авиапрома // Инновации. Открытое акционерное общество «Трансфер-Инновации». – 2013. – T. 12, № 182. – C. 77–80. Scholar
6.Иноземцев А.А. О программе создания авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения для семейства самолетов МС-21 // Вестник Пермского федерального иссле- довательского центра. – 2010. – № 4. – С. 28–46. Scholar
7.Каблов Е.Н., Толорайя В.Н., Орехов Н.Г. Монокри- сталлические никелевые рений содержащие сплавы для тур- бинных лопаток ГТД // Металловедение и термическая обра- ботка металлов. – 2002. – № 7. – С. 7–11. Scholar
8.Nickel base single crystals across length scales / L. Naze, V. Maurel, G. Eggeler, J. Cormier, G. Cailletaud. – Elsevier, 2021. – 610 p. DOI: 10.1016/C2018-0-01723-5 Scholar
9.Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Елютин Е.С. Монокри- сталлические жаропрочные сплавы для газотурбинных двига- телей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2011. – № 2. – С. 38–52. Scholar
10.Семенов А.С., Беляев М.О., Грищенко А.И. Модели- рование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных ни- келевых сплавов при растяжении // Вестник Пермского наци- онального исследовательского политехнического университе- та. Механика. – 2015. – № 2.– С. 153–177. Scholar
11.Температурно-ориентационная зависимость характе- ристик кратковременной прочности, модуля Юнга и коэффи- циента линейного расширения монокристаллов сплава ЖС6Ф / И.Л. Светлов [и др.] // Проблемы прочности. – 1987. – № 1. – С. 51–56. Scholar
12.Упругие свойства монокристаллов никелевых сплавов / А.И. Кривко, А.И. Епишин, И.Л. Светлов, А.И. Самойлов // Проблемы прочности. – 1988. – № 2. – С. 68–75. Scholar
13.Светлов И.Л., Епишин А.И., Кривко А.И. Анизотропия коэффициента Пуассона монокристаллов никелевого сплава // Доклады АН СССР. – 1988. – № 2. – С. 1372–1375. Scholar
14.Abdul-Aziz A., Kalluri S., McGaw M.A. The influence of primary and secondary orientations on the elastic response of a nickel-base single-crystal superalloy // Proc. of ASME 1993 Int. Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition. Vol. 3C: General. Cincinnati, USA, – 1993. V03CT17A037. DOI: 10.1115/93-GT-376 Scholar
15.Li S., Smith D.J., Ellison, E.G. Influence of orientation on the elastic and low cycle fatigue properties of several single crystal nickel base superalloys // Journal of Strain Analysis for Engineering Design, – 1994. – Vol. 29, no. 2. – P. 147–153. Scholar
16.Shah D.M., Duhl D.N. The effect of orientation, temper- ature and gamma prime size on the yield strength of a single crys- tal nickel base superalloy // Superalloys. The Metallurgical Society of AIME, – 1984. – P. 105–114. DOI: 0.7449/1984/SUPERALLOYS_1984_105_114 Scholar
17.Голубовский Е.Р., Епишин А.И., Светлов И.Л. Ани- зотропия характеристик статической и циклической прочно- сти монокристаллов жаропрочного сплава // Вестник двигате- лестроения. – 2004. – № 2. – С. 143–146. Scholar
18.Голубовский Е.Р., Светлов И.Л., Хвацкий К.К. Зако- номерности изменения аксиальной и азимутальной анизотро- пии прочностных характеристик монокристаллов жаропроч- ных никелевых сплавов для лопаток ГТД // Авиационно- космическая техника и технология. – 2005. – № 10. – С. 50–54. Scholar
19.Голубовский Е.Н., Светлов И.Л., Хвацкий К.К. Вли- яние аксиальной и азимутальной кристаллографической ори- ентации на прочностные характеристики жаропрочных нике- левых сплавов для монокристаллических лопаток ГТД // Кон- версия в машиностроении. – 2005. – № 4–5. – С. 113–115. Scholar
20.Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. – Рыбинск: Изд. дом «Газотурбинные технологии», 2010. – 605 с. Scholar
21.Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения / Е.Н. Каблов, Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов, И.М. Демонис // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 36–52. Scholar
22.The effects of orientation and thickness on the notch- tensile creep strength of single crystals of a nickel-base superalloy / K. Sugimoto, T. Sakaki, T. Horie, K. Kuramoto, O. Miyagawa // Metallurgical Transactions. – 1985. – Vol. A16, no. 8. – P. 1457– 1466. DOI: 10.1007/BF02658678 Scholar
23.К вопросу о влиянии кристаллографической ориен- тации на длительную прочность и ползучесть никелевого сплава / Е.Р. Голубовский [и др.] // Проблемы прочности. – 1987. – № 9. – С. 11–17. Scholar
24.Голубовский Е.Р., Светлов И.Л. Температурно-вре- менная зависимость анизотропии характеристик длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных плавов // Проблемы прочности. – 2002. – № 2. – С. 5–19. Scholar
25.Особенности ползучести и длительной прочности жаропрочных монокристаллических сплавов на никелевой основе / С.Г. Семенов [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 12 (726). – С. 29–37. Scholar
26.Arakere N.K., Swanson G. Effect of crystal orientation on fatigue failure of single crystal nickel base turbine blade super- alloys // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2002; – Vol. 124(1). – P. 161–176. DOI: 10.1115/1.1413767 Scholar
27.Effects of crystallographic orientations and dwell types on low cycle fatigue and life modeling of a SC superalloy / D. Shi, J. Huang, X. Yang, H. Yu // International Journal of Fatigue. – 2013. – Vol. 49. – P. 31–39. Scholar
28.Luo C., Yuan H. Life assessment of anisotropic low cy- cle fatigue of nickel-base single crystal superalloy // International Journal of Fatigue. – 2023. – Vol. 167. – P. 107310. Scholar
29.Orientation-dependent low cycle fatigue performance of nickel-base single crystal superalloy at intermediate temperature range / Li [et al.] // Materials Today Communications. – 2021. – Vol. 26. – P. 101836. Scholar
30.Дульнев Р.А., Светлов И.Л. Ориентационная зависи- мость термической усталости монокристаллов никелевого сплава // Проблемы прочности. – 1988. – № 11. – С. 3–9. Scholar
31.Сопротивление термической усталости монокри- сталлического сплава / Л.Б. Гецов [и др.] // Проблемы прочно- сти. – 2008. – № 5. – С. 54–71. Scholar
32.Гецов Л.Б., Семенов А.С., Рыбников А.И. Сопротив- ление термической усталости жаропрочных сплавов // Тепло- энергетика. – 2009. – № 5. – С. 51–58. Scholar
33.Расчетное определение ресурса рабочих и направля- ющих лопаток ГТУ. Ч. 2. Монокристаллические материалы / Л.Б. Гецов [и др.] // Газотурбинные технологии. – 2011. – № 8. – С. 18–25. Scholar
34.Семенов А.С., Гецов Л.Б. Критерии термоусталост- ного разрушения монокристаллических жаропрочных сплавов и методы определения их параметров // Проблемы прочно- сти. –2014. – № 1. – С. 50–62. Scholar
35.Сопротивление деформированию и разрушению мо- нокристаллических жаропрочных сплавов при статическом и циклическом нагружении / А.С. Семенов [и др.] // Вестн. Са- мар. гос. аэрокос. ун-та им. С.П. Королёва. – 2014. – № 5–3 (47). – С. 66–75. Scholar
36.Thermocyclic- and static-failure criteria for single- crystal superalloys of gas-turbine blades / L.B. Getsov, A.S. Se- menov, E.A. Tikhomirova, A.I. Rybnikov // Materials and Tech- nology. – 2014. – Vol. 48. – P. 255–260. Scholar
37.Smith R., Lancaster R., Jones J., Mason-Flucke J. Lifting the effects of crystallographic orientation on the thermo- mechanical fatigue behaviour of a single-crystal superalloy // Ma- terials. – 2019; – Vol. 12(6). – P. 998. Scholar
38.Savikovskii I. A.V., Semenov A.S., Getsov L.B. Crys- tallographic orientation, delay time and mechanical constants in- fluence on thermal fatigue strength of single-crystal nickel superal- loys // Materials Physics and Mechanics. – 2020. – Vol. 44. – P. 125–136. Scholar
39.Тихомирова Е.А., Живушкин А.А., Сидохин Е.Ф. Об исследованиях влияния кристаллографической ориентировки на эксплуатационные свойства монокристальных турбинных лопаток // Вестник СГАУ. – 2011. – № 3 – С. 50–53. Scholar
40.Luo C., Yuan H. Anisotropic thermomechanical fatigue of a nickel-base single-crystal superalloy Part I: Effects of crystal orientations and damage mechanisms // International Journal of Fatigue. – 2023. – Vol. 168. – P. 107438. Scholar
41.Milligan WW, Antolovich SD. Yielding and deformation behavior of the single crystal superalloy PWA 1480 // Metallurgi- cal Transactions. – 1987. – Vol. 18(1). – P. 85–95. Scholar
42.Segersäll M., Moverare J.J. Crystallographic orientation influence on the serrated yielding behavior of a single-crystal super- alloy // Materials. – 2013. – Vol. 6, no. 2. – P. 437–444. Scholar
43.Семенов А.С. Идентификация параметров анизотро- пии феноменологического критерия пластичности монокри- сталлов на основе микромеханической модели // Научно- технические ведомости Санкт-Петербургского государствен- ного политехнического университета. Физико-математические науки. – 2014. – Т. 194, № 2. – С. 15–29. Scholar
44.Vasilyev B., Selivanov A. Numerical method of single- crystal turbine blade static strength estimation taking into account plasticity and creep effects // Materials Physics and Mechanics. – 2019. – Vol. 42. – P. 311–322. Scholar
45.Магеррамова Л.А., Васильев Б.Е. Влияние азиму- тальной ориентации в монокристаллических лопатках высо- котемпературных газовых турбин на их напряженно- деформированное состояние и прочность // Вестник УГАТУ, – 2011. –Т. 15, № 4 (44). – С. 54–58. Scholar
46.Primary creep in nickel-base superalloys / D.M. Shah, S. Vega, S. Woodard, A.D. Cetel // Superalloys. – 2004. – P. 197–206. Scholar
47.Creep and stress relaxation anisotropy of a single-crystal superalloy / M. Segersäll, J.J. Moverare, D. Leidermark, K. Si- monsson // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2014. – Vol. 45A. – P. 2532–2544. Scholar
48.Metodika opredelenia diletnelyh prochnosti okslajdaehms lopatok iz monokristallitnicheks xaproprochnys cplavov / J.B. Geuov [i dr.] // Teplozenreptika. – 2017. – №. 4. – P. 48–56. Scholar
49.Modeling of the effect of secondary orientation on the micro deformation behavior of Ni-based single crystal superalloys / W. Wie, J. Song, J. Zhang, S. Nie, L. Li, C. Xiao, F. Liu // Metals. – 2022. – Vol. 12. – P. 217. Scholar
50.Лычагин Д.В., Шаехов Р.В., Алферова Е.А. Влияние кристаллоетометрической установки на неоднородность сдви- говой деформации ГЦК-монокристаллов при сжатии // Фун- даментальные проблемы современного материаловедения. – 2008. – Т. 5, № 2. – С. 101–108. Scholar
51.Неоднородность и локализация деформации в моно- кристаллах никеля с осью сжатия [001] / Д.В. Лычагин, Е.А. Алферова, Т.Н. Голосова, А.Д. Лычагин // Обработка металлов. – 2009. – № 3(44). – Изд. НГТУ. – С. 37–38. Scholar
52.Telesman J., Ghosn L.J. The unusual near-threshold FCG behavior of a single crystal superalloy and the resolved shear stress as the crack driving force // Engineering Fracture Mechan- ics. – 1989. – Vol. 34, № 5–6. – P. 1183–1196. Scholar
53.Aswath B. Effect of orientation on crystallographic cracking in notched nickel-base superalloy single crystal subjected to far-field cyclic compression // Metall Mater Trans A. – 1994. – Vol. 25. – P. 287–297. Scholar
54.Розанов М.А. Влияние кристаллографической ориен- тации и фактора Шмида на механизм роста трещины мало- цикловой усталости в образце из монокристаллического нике- левого жаропрочного сплава в процессе испытания // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2015. – Т. 14, № 3-1. – С. 106–113. Scholar
55.Effect of crystallographic orientation on the corrosion re- sistance of Ni-based single crystal superalloys / Y. Yanqiu [et al.] // Corrosion Science. - 2020. – Vol. 170. - P. 108643. Scholar
56.Zhang L.N., Ojo O.A. Crystallographic orientation de- pendence of corrosion behavior of a single crystal nickel-based alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2018. – Vol. 49. – P. 295–304 Scholar
57.Verchère L., Aubert I., Devos O. Influence of the crys- tallographic orientation on the electrochemical reactivity meas- ured by scanning electrochemical microscopy on nickel-based alloy 600 // Electrochimica Acta. – 2019. – Vol. 313. – P. 292–302. Scholar
58.Проблемы вибрационного состояния фундаментов, сейсмостойкости и прочности турбомашин. Ч. 2 / Ю.С. Воро- бьев, Л.Б. Гецов, Б.Е. Мельников, А.С. Семенов // Научно- технические ведомости СПбГПУ. – 2013. – № 4–1(183). – С. 302–319. Scholar
59.Meric L., Poubanne P., Cailletaud G. Single crystal modelling for structural calculations: Part I – Model presentation // Journal of Mechanical Design. – 1991. – Vol. 113. – P. 162–170. Scholar
60.Asaro R.J. Crystal plasticity // Journal of APlied Me- chanics. – 1983. – Vol. 50, no. 4b. – P. 921–934. Scholar
61.Cailletaud G. A micromechanical aProach to inelastic behavior of metals // International Journal of Plasticity. – 1992. – Vol. 8, no. 1. – P. 55–73. Scholar
62.Многоуровневые модели неупругого деформирова- ния материалов и их применение для описания эволюции внутренней структуры / П.В. Трусов [и др.] // Физическая ме- зомеханика. – 2012. – Vol. 15, № 1. – С. 33–56. Scholar
63.Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2019. – 605 с. Scholar
64.Грищенко А.И., Семенов А.С. Моделирование про- цессов упругопластического деформирования монокристал- лических сплавов // Вестник Пермского национального иссле- довательского политехнического университета. Механика. – 2022. – Т. 2. – P. 58–71. Scholar
65.Нелинейная механика материалов / Ж. Бессон, Ж. Каето, Ж.Л. Шабош, С. Форест; пер. с франц. А.С. Кравчу- ка. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 397 с. Scholar
66.Anand L., Kothari M. A computational procedure for rate-independent crystal plasticity // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 1996. – Vol. 44, no. 4. – P. 525–558. Scholar
67.Грищенко А.И., Семенов А.С. Моделирование про- цессов ползучести монокристаллических сплавов с учетом рафтинга // Вестник Пермского национального исследова- тельского политехнического университета. Механика. – 2022. – № 4. – С. 116–134 Scholar
68.Xiao H., Bruhns O.T., Meyers A. Hypo-elasticity model based upon the logarithmic stress rate //Journal of Elasticity. – 1997. – Vol. 47. – P. 51–68. Scholar
69.Трусов П.В., Кондратьев Н.С., Швейкин А.И. О гео- метрически нелинейных определяющих соотношениях упру- гого материала // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2015. – № 3. – С. 182–200. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.13 Scholar
70.Конечно-элементный анализ термоциклической прочности лопаток газовых турбин Ч. 1. Модели материала, критерии разрушения, идентификация параметров / А.С. Се- менов, А.И. Грищенко, М.Е. Колотников, Л.Б. Гецов // Вест- ник УГАТУ. – 2019. – Т. 23, № 1 (83). – С. 70–81. Scholar
71.Kocks U.F., Brown T.J. Latent hardening in aluminum // Acta Metallurgica. – 1966. – Vol. 14, no. 2. – P. 87–98. Scholar
72.Grishchenko A.I., Semenov A.S., Getsov L.B. Modeling inelastic deformation of single crystal superalloys with account of γ / γ′ phases evolution // Materials Physics and Mechanics. – 2015. – Vol. 24, no. 4. Scholar
73.Коффин Л.Ф. О термической усталости сталей // Жа- ропрочные сплавы при изменяющихся температурах и напря- жениях: сб. ст. / под ред. Л.Б. Гецова и М.Г. Таубиной. – М.;Л.: Госэнергоиздат, 1960. – С. 188–258. Scholar
74.Дульнев Р.А., Котов П.И. Термическая усталость ме- таллов. – М.: Машиностроение, 1980. – 200 с. Scholar
75.Гецов Л.Б., Семенов А.С. О запасах прочности деталей газотурбинных двигателей при термоциклическом нагружении // Авиационные двигатели. – 2023. – № (18). – С. 79–98. Scholar
76.Семенов А.С. PANTOCRATOR – конечно-элементный программный комплекс, ориентированный на решение нели- нейных задач механики // Труды V Межд. конф. «Научно- технические проблемы прогнозирования надежности и долго- вечности конструкций и методы их решения». – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. – С. 466–480. Scholar

1.Shalin R.E., Svetlov I.L., Kachanov E.B., Toloraiia V.N., Gavrilin O.S. Monokristally nikelevykh zharoprochnykh splavov [Single crystals of nickel-based superalloys]. Moscow, Mashinostroenie, 1997, 333 pp. Scholar
2.Grant N.J. Stress Rupture Test; Structural Variations in Gas Turbine Alloys. Transactions of the ASM. 1947, Vol. 39, pp. 335-367. Scholar
3.Kablov E.N. Spectral'nost' - metall dlia aviatcii. K 100- letiiu so dnia rozhdeniia akademika S.T. Kishkina [Specialty: metal for aviation. On the occasion of the 100th anniversary of the birth of Academician S.T. Kishkina]. Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 2006, Vol. 6, № 76, pp. 553-558. Scholar
4.Gerasimov V.V. Ot monokristallicheskikh neokhlazhdae- my'khlopatok k lopatkam turbin s pronikaiushchim (transpira- tionny'm) okhlazhdeniem, izgotovlenny'm po additivny'm tekhnologiiam (obzor po tekhnologii lit'ia monokristallicheskikh lopatok GTD) [From single-crystal uncooled blades to turbines blades with penetration (transpiration) cooling made by additive technologies (review on technology of single-crystal gte bladescasting)]. Trudy VIAM» («Proceedings of VIAM»). 2016. Vol. 10 №46 pp. 3-28. Scholar
5.Inozemtsev A.A. Dvigatel' PD-14 - budushcheye rossiy- skogo aviaproma [Engine PD-14 - the future of the Russian avia- tion industry]. Innovations. JSC "Transfer-Innovations", 2013, Vol. 12, №. 182, pp. 77-80. Scholar
6.Inozemtsev A.A. O programme sozdaniya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley pytago pokoleniya dlya semeystva samo- letov MS-21 [On the program for the creation of fifth-generation air- craft gas turbine engines for the MS-21 aircraft family]. Bulletin of the Perm Federal Research Center. 2010, № 4, pp. 28-46. Scholar
7.Kablov E.N., Toloraiya V.N., Orekhov N.G. Mono- kristallicheskie nikelevye renii' soderzhashchie splavy dlia turbin- nykh lopatok GTD [Single crystal rhenium-containing nickel al- loys for turbine engine blades]. Metallovedenie i termicheskaia obrabotka metalloVol. 2002, no. 7, pp. 7-11. Scholar
8.Naze L., Maurel V., Eggeler G., Cormier J., Cailletaud G. Nickel base single crystals across length scales. Elsevier, 2021. 610 pp. https://doi.org/10.1016/C2018-0-01723-5 Scholar
9.Kablov E.N., Petrushin N.V., Eliutin E.S. Monokris- tallicheskie zharoprochnye splavy dlia gazoturbinnykh dvigatelei [Single-crystal superalloys for gas turbine engines]. Vestnik Mos- kovskogo gosud. tekhnicheskogo universiteta im. N.E. Baumana. Seriia «Mashinostroenie», 2011, no. SP2, pp. 38-52. Scholar
10.Semenov A.S., Beliaev M.O., Grishchenko A.I. Mode- lirovanie protsessa vozniknoveniia oval'nosti poperechnogo sech- eniia obraztcov iz monokristallicheskikh zharoprochnykh nikelevykh splavov pri rastiazhenii [Modeling of cross-section ovality of single crystal nickel-based superalloy samples under tension]. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no. 2, pp. 153-177. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.2.09 Scholar
11.Svetlov I.L. et al. Temperature-orientation dependences of the characteristics of short-term strength, Young's modulus, and the coefficient of linear expansion of single crystals of ZhS6F alloy. Strength of Materials. 1987, Vol. 1, pp. 51-55. Scholar
12.Krivko A.I. et al. Elastic properties of single crystals of nickel alloys. Strength of Materials, 1988, Vol. 20, no. 2, pp. 214-223. Scholar
13.Svetlov I.L. et al. Anisotropy of Poisson's ratio of single crystals of nickel alloy. Soviet Physics Doklady, 1988, Vol. 33, pp. 771. Scholar
14.Abdul-Aziz A., Kalluri S., McGaw M.A. The influence of primary and secondary orientations on the elastic response of a nickel-base single-crystal superalloy. ProP. of ASME 1993 Int. Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition. Vol. 3C: General. Cincinnati, USA, 1993. V03CT17A037. https://doi.org/10.1115/93-GT-376 Scholar
15.Li S., Smith D.J., Ellison, E.G. Influence of orientation on the elastic and low cycle fatigue properties of several single crystal nickel base superalloys. Journal of Strain Analysis for En- gineering Design, 1994, Vol. 29, No. 2, pp.147-153. Scholar
16.Shah D.M., Duhl D.N. The effect of orientation, temper- ature and gamm prime size on the yield strength of a single crystal nickel base superalloy. Superalloys. The Metallurgical Society of AIME, 1984, pp. 105-114. Scholar
17.Golubovskii' E.R., Epishin A.I., Svetlov I.L. Anizotropi- ia harakteristik staticheskoi' i tecnicheskoi' prochnosti monokris- tallov zharoprochnogo splava [Anisotropy of the characteristics of static and cyclic strength of single crystals of a heat-resistant al- loy]. Herald of Aeroenginebuilding. 2004, no. 2, pp. 143-146. Scholar
18.Golubovskii' E.R., Svetlov I.L., KHvatchii' K.K. Za- konomernosti izmeneniia aksial'-noi' i azimutal' noi' anizotropii prochnostny'kh harakteristik monokristallov zharoprochny'kh nikelevy'kh splavov dlia lopatok GTD [Patterns of changes in axial and azimuthal anisotropy of the strength characteristics of single crystals of heat-resistant nickel alloys for gas turbine engine blades]. Aerospace technic and technology, 2005, no. 10, pp. 50-54. Scholar
19.Golubovskii' E.H., Cvetlov I.L., Xvatckii' K.K. Vliianie aksial'noi' i azimutal'noi' kristallograficheskoi' orientatcii na prochnostny' e harakteristiki zharoprochny'kh nikelevy'kh splavov dlia monokristallicheskikh lopatok GTD [The influence of axial and azimuthal crystallographic orientation on the strength charac- teristics of heat-resistant nickel alloys for single-crystal gas turbine engine blades]. Konversiia v mashinostroenii. 2005, № 4-5, pp. 113-115. Scholar
20.Getsov L.B. Materials and Strength of Gas Turbine Parts: Vol. 1: Materials, Properties, Damage, Deformation and Fracture Models, Springer Nature, 2021, 605 pp. Scholar
21.Kablov E.N., Petrushin N.V., Svetlov I.L., Demonis I.M. Nikelevy'e litei'ny'e zharoprochny'e splavy' novogo pokoleniia [Ni-base casting superalloy of the new generation]. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S, pp. 36-52. Scholar
22.Sugimoto K., Sakaki T., Horie T., Kuramoto K., Miya- gawa O. The Effects of Orientation and Thickness on the Notch- Tensile Creep Strength of Single Crystals of a Nickel-Base Super- alloy. Metallurgical Transactions, 1985, Vol. A16, no. 8, pp. 1457-1466. doi:10.1007/BF02658678. Scholar
23.Golubovskii E.R. et al. Question of the influence of crys- tallographic orientation on the stress-rupture strength and creep of a nickel alloy. Report 1. Strength of Materials, 1987, Vol. 19, no. 9, pp. 1189-1198. Scholar
24.Golubovskii E.R., Svetlov I.L. Time-temperature de- pendence of anisotropy of creep-rupture strength characteristics of single crystals of nickel-base superalloys. Strength of materials, 2002, Vol. 34, C. 109-119. Scholar
25.Semenov S.G. et al. Special features of creep and long- term strength of single-crystal refractory nickel-base alloys. Metal Science and Heat Treatment, 2016, Vol. 57, pp. 731-738. Scholar
26.Arakere N.K., Swanson G. Effect of crystal orientation on fatigue failure of single crystal nickel base turbine blade super- alloys. J. Eng. Gas Turbines Power, 2002, Vol. 124(1), pp. 161- 176. https://doi.org/10.1115/1.1413767 Scholar
27.Shi D., Huang J., Yang X., Yu H. Effects of crystallo- graphic orientations and dwell types on low cycle fatigue and life modeling of a SC superalloy. International Journal of Fatigue, 2013, Vol. 49, pp. 31-39. Scholar
28.Luo C., Yuan H. Life assessment of anisotropic low cycle fatigue of nickel-base single crystal superalloy // International Journal of Fatigue. - 2023. - Vol. 167. - pp. 107310 Scholar
29.Orientation-dependent low cycle fatigue performance of nickel-base single crystal superalloy at intermediate temperature range / Li, pp. [et al.] // Materials Today Communications. - 2021. - Vol. 26, pp. 101836. Scholar
30.Dul'nev R.A. et al. Orientation dependence of the thermal fatigue of nickel alloy single crystals. Strength of Materials, 1988. Scholar
31.Getsov L.B., Dobina N.I., et al. Thermal fatigue resistance of a monocrystalline alloy. Strength of materials, 2008, Vol. 40, no. 5, pp. 538-551. Scholar
32.Getsov L.B., Rybnikov A.I., Semenov A.S. Thermal fatigue strength of heat-resistant alloys. Thermal Engineering, 2009, Vol. 56, no. 5, pp. 412-420. Scholar
33.Getsov L.B., Mikhailov V.E., et al. Raschetnoe opredelenie resursa rabochikh i napravliaishchikh lopatok GTU. Ch. 2. Monokristallicheskie materialy [Computational determination of the service life of the working and guide blades of a gas turbine plant. Part 2. Monocrystalline materials]. Gas turbine technology. 2011, no. 8, pp. 18-25. Scholar
34.Semenov A.S., Getsov L.B. Thermal fatigue fracture criteria of single crystal heat-resistant alloys and methods for identification of their parameters. Strength of Materials. 2014, Vol. 46, no. 1, pp. 38-48. Scholar
35.Semenov A.S., Getsov L.B., Grishchenko A.I. Deformation and fracture strength of single-crystal superalloys under static and cyclic loading. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2014, Vol. 13, no. 5-3, pp. 66-75. Scholar
36.Thermocyclic- and static-failure criteria for single-crystal superalloys of gas-turbine blades / L.B. Getsov, A.S. Semenov, E.A. Tikhomirova, A.I. Rybnikov Vol. Materials and Technology, 2014, Vol. 48, pp. 255-260. Scholar
37.Smith R., Lancaster R., Jones J., Mason-Flucke J. Lifting the Effects of Crystallographic Orientation on the Thermomechanical Fatigue Behaviour of a Single-Crystal Superalloy. Materials, 2019, Vol. 12(6), Art. no. 998, pp. 1-12. Scholar
38.Savikovskii A.V., Semenov A.S., Getsov L.B. Crystallographic orientation, delay time and mechanical constants influence on thermal fatigue strength of single - crystal nickel superalloys. Materials Physics and Mechanics, 2020, Vol. 44, pp. 125-136. Scholar
39.Tikhomirova E.A., Zhivushkin A.A., Sidokhin E.F. About investigations the orientation dependence of single-crystal turbine blade exploitation properties. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2011, Vol. 10, No. 3-3, pp. 50-54. Scholar
40.Luo C., Yuan H. Anisotropic thermomechanical fatigue of a nickel-base single-crystal superalloy Part I: Effects of crystal orientations and damage mechanisms // International Journal of Fatigue. - 2023. - Vol. 168. - pp. 107438 Scholar
41.Milligan WW, Antolovich SD. Yielding and deformation behavior of the single crystal superalloy PWA 1480. Metallurgical Transactions, 1987, Vol. 18(1), pp. 85-95. Scholar
42.Segersall M., Moverare J.J. Crystallographic orientation influence on the serrated yielding behavior of a single-crystal superalloy. Materials, 2013, Vol. 6, no. 2, pp. 437-444. Scholar
43.Semenov A.S. Identifikatsiia parametrov anizotropii fenomenologicheskogo kriteriia plastichnosti dlia monokristallov na osnove mikromekhanicheskoi modeli [The identification of anisotropy parameters of phenomenological plasticity criterion for single crystals worked out on the micromechanical model basis]. St. Petersburg Polytechnic University Journal - Physics and Mathematics. 2014, Vol. 194, no. 2, pp. 15-29. Scholar
44.Vasilyev B., Selivanov A. Numerical method of single-crystal turbine blade static strength estimation taking into account plasticity and creep effects. Materials Physics and Mechanics, 2019, Vol. 42, pp. 311-322. Scholar
45.Magerramova L.A., Vasil'ev B.E. Vliianie azimutal'noi orientatcii v monokristallicheskikh lopatkakh vy'sokotemperaturny'kh gazovy'kh turbin na ikh napriazhenno-deformirovannoe sostoianie i prochnost [The influence of single-crystal structure material azimuthal orientation on stress strain state and strength of high-temperature gas turbine blades]. Vestnik UGATU. 2011. Vol. 15, No 4 (44), pp. 54-58. Scholar
46.Primary creep in nickel-base superalloys / D.M. Shah, S. Vega, S. Woodard, A.D. Cetel. Superalloys, 2004, pp. 197-206. Scholar
47.Segersall M., Moverare J.J., Leidermark D., Simonsson K. Creep and stress relaxation anisotropy of a single-crystal superalloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 2014, Vol. 45A, pp. 2532-2544. Scholar
48.Getsov L.B., Semenov A.S., Besschetnov V.A., Grishchenko A.I., Semenov S.G. Long-term strength determination for cooled blades made of monocrystalline superalloys. Thermal Engineering, 2017, Vol. 64, No. 4, pp. 280-287. DOI: 10.1134/S0040601517040048 Scholar
49.Wie W., Song J., Zhang J., Nie S., Li L., Xiao pp., Liu F. Modeling of the Effect of Secondary Orientation on the Micro Deformation Behavior of Ni-Based Single Crystal Superalloys. Metals, 2022, Vol. 12, pp. 217. Scholar
50.Ly'chagin D.V., Shaebov R.V., Alferova E.A. Vliianie kristallogeometricheskoi' ustanovki na neodnorodnost' sdvigovoi' deformatcii GTKC-monokristallov pri szahtii [Effect of crystallogeometric states on the development of macrobands and deformation inhomogeneity in nickel single crystals]. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniia. 2008, V.5, no.2, pp. 101-108. Scholar
51.Ly'chagin D.V., Alferova E.A., Golosova T.N., Ly'chagin A.D. Neodnorodnost' i lokalizatciia deformatcii v monokristallakh nikelia s os'iu szahtia [001] [Discontinuity and deformity localization in nickel monocrystals with contraction axis [001]] Metal Science and Heat Treatment. 2009, No. 3, pp. 37-38. Scholar
52.Telesman J., Ghosn L.J. The unusual near-threshold FCG behavior of a single crystal superalloy and the resolved shear stress as the crack driving force. Engineering Fracture Mechanics, 1989, Vol. 34, No.5-6, pp. 1183-1196. Scholar
53.Aswath pp.B. Effect of orientation on crystallographic cracking in notched nickel-base superalloy single crystal subjected to far-field cyclic compression. Metall Mater Trans A, 1994, Vol. 25, pp. 287-297. Scholar
54.Rozanov M.A. Research of the crack development process in a nickel heat-resistant alloy in the process of testing. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2015, Vol. 14, No. 3-1, pp. 106-113. Scholar
55.Effect of crystallographic orientation on the corrosion resistance of Ni-based single crystal superalloys / Yanqiu, Y.[et all] // Corrosion Science/ -2020. -V/ 170. -P. 108643. Scholar
56.Zhang L. N., Ojo O. A. Crystallographic orientation dependence of corrosion behavior of a single crystal nickel-based alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2018. - Vol. 49. - pp. 295-304 Scholar
57.Verchere L., Aubert I., Devos O. Influence of the crystallographic orientation on the electrochemical reactivity measured by scanning electrochemical microscopy on nickel-based alloy 600 // Electrochimica Acta. - 2019. - Vol. 313. - pp. 292-302. Scholar
58.Vorob`ev Iu.S., Getsov L.B., Mel`nikov B.E., Se- menov A.S. Problemy` vibration-nogo sostoianiiia fundamentov, sei`smostoi`kosti i prochnosti turbomashin. Chast` 2 [Vibration problems of foundations, seismic resistance and strength of tur- bomachinery. Part 1]. St. Petersburg Polytechnical University Journal. 2013. №4-1(183). pp. 302-319. Scholar
59.Meric L., Poubanne pp., Cailletaud G. Single crystal modelling for structural calculations: Part I – Model presentation. Journal of Mechanical Design, 1991, Vol. 113, pp. 162–170. Scholar
60.Asaro R.J. Crystal plasticity. Journal of APlied Mechan- ics, 1983, Vol. 50, no. 4b, pp. 921-934. Scholar
61.Cailletaud G.A micromechanical Aproach to inelastic be- havior of metals. International Journal of Plasticity, 1992, Vol. 8, – №. 1, pp. 55–73. Scholar
62.Trusov pp.V., Shveykin A.I. Multilevel physical models of single-and polycrystals. Statistical models. Phys. Mesomech, 2013, Vol. 16, no. 1, pp. 23-33. Scholar
63.Trusov P.V., Shveykin A.I. Mnogourovnevye modeli mono- i polikristallicheskikh materialov: teoriya, algoritmy, primery primeneniya / [Multilevel models of single- and polycrystalline ma- terials: theory, algorithms, examples of aPlication]. Novosibirsk: Publishing House of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 2019. 605 pp. Scholar
64.Grishchenko A.I., Semenov A.S. Modeling of the elasto- plastic deformation process of single crystal superalloys. PNRPU Mechanics Bulletin, 2022, no. 2, pp. 58-72. DOI: 10.15593/perm.mech/2022.2.06 Scholar
65.Besson J. et al. Non-linear mechanics of materials, Springer Science & Business Media, 2009. Scholar
66.Anand L., Kothari M. A computational procedure for rate-independent crystal plasticity //Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 1996. – Vol. 44. – №. 4. – pp. 525-558. Scholar
67.Grishchenko A.I., Semenov A.S. Modeling of creep pro- cesses of single-crystal alloys with taking into account of rafting. PNRPU Mechanics Bulletin, 2022, no. 4, pp. 116-134. DOI: 10.15593/perm.mech/2022.4.11 Scholar
68.Xiao H., Bruhns O. T., Meyers A. Hypo-elasticity model based upon the logarithmic stress rate //Journal of Elasticity. – 1997. – Vol. 47. – pp. 51-68. Scholar
69.Trusov pp.V., Kondratev N.S., Shveykin A.I. About ge- ometrically nonlinear constitutive relations for elastic material. PNRPU Mechanics Bulletin. 2015 No. 3 Pp. 182-200. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.13 Scholar
70.Semenov A.S., Grishchenko A.I., Kolotnikov M. Ye., Getsov L.B. Konechno-elementnyi analiz termotciclicheskoi prochnosti lopatok gazovykh turbin chast` 1. Modeli materiala, kriterii razrusheniia, identifikactiia parametrov / [Finite-element analysis of thermal fatigue of gas turbine blades. Part 1. Material models, fracture criteria, parameter identification]. Vestnyek Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo uni- versiteta, 2019, Vol. 23, no. 1, pp. 70–81. Scholar
71.Kocks U.F., Brown T.J. Latent hardening in aluminum. Acta Metallurgica, 1966, Vol. 14, no. 2, pp. 87–98. Scholar
72.Grishchenko A.I., Semenov A.S., Getsov L.B. Modeling inelastic deformation of single crystal superalloys with account of γ / γ′ phases evolution // Materials Physics and Mechanics. – 2015. – Vol. 24, – № 4. Scholar
73.Koffin L.F. O termicheskoi` ustalosti stalei` [Thermal fa- tigue of steels]. Zharoprochny`e splavy` pri izmeniauishchikhsia temperaturakh i napriazheniiakh [High-temperature alloys at vary- ing temperatures and stresses] Moscow: Gosenergoizdat, 1960, pp. 188-258. Scholar
74.Dul`nev R.A., Kotov pp.I. Termicheskaia ustalost` metallov [Thermal fatigue of metals]. Moscow: Mechanical engineering, 1980, 200 pp. Scholar
75.Getsov L.B., Semenov A.S. O zapasakh prochnosti detalei gazoturbinnykh dvigatelei pri termotsiklicheskom nagruzhenii [On safety margins of gas turbine engine parts under thermal cycling loading]. Aviatsionnye dvigateli. 2023. no. (18). pp. 79–98. Scholar
76.Semenov A.S. PANTOCRATOR – konechno-elementnyi programmnyi` kompleks, orientirovannyi` na reshenie nelineinykh zadach mehaniki [PANTOCRATOR – the finite element program specialized on the non-linear problem solution], in Proc. of the Vth Int. Conf. on scientific and engineering problems of predicting the reliability and service life of structures. St. Petersburg. 2003, pp. 466-480. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 5, 2023)

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована: 04.12.2023
В выпуске: 04.12.2023
Выпуск: № 5 (2023)