| 2026 №03 (06) | 2026 №03 (01) |
Сучасна електрометалургія, 2026, #3, 52-60 pages
Структура та властивості металу лопаток парових турбін в умовах ремонтного відновлення лазерним наплавленням
О.М. Берднікова
, Тяньчен Ань
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11.
E-mail: omberdnikova@gmail.com
Реферат
В роботі наведено результати експериментальних досліджень структури наплавленого металу при відновленні лопатки парової турбіни з високоміцної сталі ХМ-25 при багатошаровому лазерному наплавленні із застосуванням порошку аналогічного складу. Встановлено, що технологія лазерного наплавлення забезпечує отримання бездефектного об’ємного виробу з наплавленим шаром. В результаті наплавлення та подальшого термічного оброблення (витримка при температурі 480 °C протягом 4 годин) матеріал наплавлення має задовільні механічні характеристики (σв = 1264…1274 МП а, σ0,2 = 1185…1208 МП а, δ = 12…13,5 %, ψ = 54…61 %) та відповідає експлуатаційним вимогам. В об’ємі металу формується однорідна мартенситна структура при безградієнтному рівні мікротвердості (HV0,2 = 421…440) та наявності включень карбідних фаз розміром < 1 мкм, що рівномірно розподілені по об’єму металу. Фрактографічними дослідженнями доведено, що забезпечення характеристик міцності наплавленого металу супроводжується реалізацією в’язкого типу руйнування. Дослідженнями на дислокаційному рівні методом трансмісійної електронної мікроскопії встановлено формування дисперсних за розмірами голчастих структурних складових в мартенситній структурі наплавленого металу при рівномірному розподілі щільності дислокацій. Спостерігається наявність субструктури та частинок тонкопластинчастих фазових виділень карбідної фази нанорозмірного типу у внутрішніх об’ємах структурних складових. Така структура забезпечує найкращий комплекс механічних властивостей та тріщиностійкість наплавленого металу ХМ-25. Бібліогр. 17, табл. 3, рис. 8.
Ключові слова: лопатка парової турбіни, сталь ХМ-25, лазерне наплавлення, термообробка, мікротвердість, мікроструктура, щільність дислокацій, механічні властивості
Отримано 08.06.2026
Отримано у переглянутому вигляді 10.07.2026
Затверджено до друку 14.07.2026
Розміщено онлайн 24.07.2026
Список літератури
1. Min Shao, Jian Zhang, Song Hu et al. (2026) Low-cycle fatigue performance and notch effect of the 17-4PH steel used as steam turbine last-stage blades. J. of Materials Engineering and Performance, 1‒12. DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-026-13855-62. Nur Syahirah Zainuddin, Wan Fathul Hakim W. Zamri et al. (2025) Unveiling the crucial factors and coating mitigation of solid particle erosion in steam turbine blade failures: A review. Reviews on Advanced Materials Science, (64.1), 20250089. DOI: https://doi.org/10.1515/rams-2025-0089
3. (2023) ASTM A705/A705M-23: Standard specification for age-hardening stainless steel forgings. ASTM International. DOI: https://store.astm.org/a0705_a0705m-23.html
4. Zhenjiang Li, Chao Luo et al. (2024) Effects of aging temperature on microstructure and mechanical properties of PH 13-8Mo stainless steel. Metallurgical Research & Technology, (121.4), 405. DOI: https://doi.org/10.1051/metal/2024042
5. Sabzi Hossein Eskandari, Seoung Ho Lim et al. (2024) Genetic design of precipitation-hardening stainless steels for additive manufacturing. Acta Materialia, 274, 120018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120018
6. Evelyn Sobotka, Johannes Kreyca et al. (2023) The role of MX carbonitrides for the particle-stimulated nucleation of ferrite in microalloyed steel. Metallurgical and Materials Transactions, 54, 2903‒2923. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-023-07067-z
7. Wang Zemin, Hui Li et al. (2018) Nano-precipitates evolution and their effects on mechanical properties of 17-4 precipitation-hardening stainless steel. Acta Materialia, 156, 158‒171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.06.031
8. Schwich, H., Görzen, D. et al. (2020) Characterization of the precipitation behavior and resulting mechanical properties of copper-alloyed ferritic steel. Materials Science and Engineering, 772, 138807. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138807
9. Wu Haitao, An Tiancheng et al. (2025) Research and engineering application of DED laser cladding repair for steam turbine XM-25 alloy LP blades. J. of Adhesion Science and Technology, (39.10), 1559‒1578. DOI: https://doi.org/10.1080/01694243.2025.2453575
10. Jiao Bo, Yuhui Du et al. (2024) Improve the microstruture and properties of Al0.5CoCrFeNi compositionally complex alloy fabricated by selective laser melting with electropulsing treatment. Materials Science and Engineering, 892, 146017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.146017
11. Jian Cheng, Yunhao Xing et al. (2022) An overview of laser metal deposition for cladding: Defect formation mechanisms, defect suppression methods and performance improvements of laser-cladded layers. Materials, (15.16), 5522. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15165522
12. Kushnarova, O., Berdnikova, O., Alekseienko, T. et al. (2025) Influence of the substructure on the change of mechanical properties in the surface layers of structural steel during laser and laser-plasma alloying. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 769(2), 695‒705. DOI: https://doi.org/10.1080/15421406.2025.2495828
13. Berdnikova, O., Kushnarova, O., Bernatskyi, A. et al. (2021) Structure features of surface layers in structural steel after laser-plasma alloying with 48(WC‒W2C)+48Cr+4Al pоwder. In: Proc. of 11th Inter. Conf. on Nanomaterials: Applications and Properties, IEEE, 2021, 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/NAP51885.2021.9568516
14. Berdnikova, O.M. (2021) Structural criteria of strength and crack resistance of high-strength steels and their welded joints. Electrometallurgy Today, 2, 47‒53. DOI: https://doi.org/10.37434/sem2021.02.07
15. Berdnikova, O.M. (2021) Physico-mechanical properties of welded joints of high-strength steel with the yield strength of 690–1300 MPa. Automatic Welding, 4, 3‒9. DOI: https://doi.org/10.37434/as2021.04.01
16. Yokoyama Hiroaki, Hiroyuki Nagahama. (2025) Some interface theories and Hall–Petch relationship. Royal Society Open Science, 12(5), 241954. DOI: https://doi.org/10.1098/rsos.241954
17. Lei Jiang, Huadong Fu et al. (2022) Physical mechanism interpretation of polycrystalline metals’ yield strength via a data-driven method: A novel Hall–Petch relationship. Acta Materialia, 231, 117868. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117868
Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.