ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Материалы, применяемые для деталей ГТУ из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Материалы, применяемые в настоящее время для деталей газовых турбин, могут быть подразделены на следующие основные классы перлитные, хромистые ферритные, ферритно-мартенсит-ные, мартенситные и аустенитно-мартенситные, аустенитные стали, титановые сплавы и, наконец, сплавы на никелевой и кобальтовой основе. Для жаропрочных сталей ферритного, фер-ритно-мартенситного и аустенитно-мартенситного классов, к которым относятся хромистые стали с 12 и 17% Сг, а также жаропрочных сталей перлитного класса часто используют общий термин ферритные стали . [c.41] Как уже отмечалось, для ГТУ закрытого цикла могут применяться тугоплавкие металлы и их сплавы. Из молибденовых и ниобиевых сплавов в ряде случаев изготовляют также лопатки ГТУ весьма кратковременного действия. [c.41] Перспективными для деталей турбин и компрессоров ГТУ, работающих при повышенных температурах, в настоящее время считаются керамические материалы (керметы), металлоокисные сплавы систем А1 - АЬОз (САП), N1 - АЬОз и др. и композитные материалы. Эти материалы состоят из сравнительно пластичной матрицы (А1 и Ni - для деталей компрессора, N1 и Со - Для деталей турбины) тугоплавких карбидов, нитридов или карбонитридов (для керметов), тугоплавких окислов (для САП) и, наконец, нитевидных волокон бора и карбидов кремния (для композитных материалов). Применение этих материалов позволяет снизить массу деталей (за счет повышения у (ельной прочности) и достичь рабочих температур 1100 - 1300 С, которые для жаропрочных материалов на железной и никелевой основе являются слишком высокими. [c.41] Химический состав широко применяемых в Россйи и за рубежом жаропрочных сплавов приведен в ГОСТ 5632 - 72, ГОСТ 18968 - 73, ГОСТ 23705 - 79, ГОСТ 20072 - 74, табл. 1.4. 1.5 и в работах [1, 2, 14 - 17], а температуры применения и физические свойства сплавов разных классов - в табл. 1.6. Отмеченное (см. табл. 1.6) различие физических свойств для материалов разных классов существенным образом сказывается на напряженном состоянии и работоспособности различных деталей газовых турбин и особенно дисков корабельного, транспортного и авиационного типов, работающих в условиях многократных теплосмен. [c.41] Примечание. Г - предельная температура применения металла, которой соответствует предел длительной прочности за 1000 ч не менее 250 МПа а - коэффициент линейного расширения (ТКЛР) А - коэффициент теплопроводности - модуль упругости р - плотность. [c.44] Описание процесса совершенствования и создания новых жаропрочных сплавов для деталей авиационных газовых турбин в б. СССР приведено в книге [1]. Аналогичная картина наблюдается и для материалов стационарных ГТУ. Повышение температуры металла рабочих лопаток за счет применения и создания новых деформированных и литых сплавов обеспечило значительное повышение выходной мощности и к.п.д. Дальнейшая эволюция лопаточных сплавов связана с отработкой сплавов направленной кристаллизации (НК), монокристаллических сплавов, а с 1985 г. - с композитными и керамическими материалами (рис. 1.23). С годами темп улучшения сплавов для лопаток уменьшается. Это обусловлено тем, что по мере повышения температуры лимитирующими ресурс факторами становятся процессы высокотемпературной коррозии. Поэтому темп разработки и внедрения новых сплавов зависит от темпа разработки защитных покрытий. [c.45] Ферритные стали. Основными преимуществами ферритных сталей по сравнению с аустенитными являются их дешевизна в связи с отсутствием в них дефицитных элементов (N1, Со) и высокая технологичность обработки как горячей, так и холодной. [c.45] Систематические исследования влияния отдельных легирующих элементов на структуру, свойства и технологичность 12%-ных хромистых сталей позволили определить оптимальные содержания С, Мо, W, V и ЫЬ, обеспечивающие высокую жаропрочность при оптимальных содержаниях свободного дельта-феррита. Было установлено, что, с одной стороны, сво дный дельта-феррит понижает технологичность сталей этого класса при горячей механической и термической обработке, приводит к резкой анизотропии свойств после горячей механической обработки, вызывает хрупкость и снижает жаропрочность. Одцако, с другой стороны, дельта-феррит препятствует образованию горячих трещин при сварке. [c.45] Лля перлитных и модифицированных 12%-ных хромистых сталей в состоянии после термической обработки (закалка или нормализация и высокий отпуск) в отличие от аустенитных характерны высокие пределы текучести и прочности при комнатной температуре, способность эффективного перераспределения напряжений, существенно меньший коэффициент линейного расширения и большая теплопроводность. Кроме того, 12- и 1 %-ные хромистые жаропрочные стали, а также жаропрочные перлитные стали, термически обработанные по специальным режимам, нечувствительны к надрезу при испытаниях на длительную прочность. [c.46] Ферритные стали обладают различным сопротивлением усталости в коррозионной среде и обладают разной чувствительностью к надрезу (табл. 1.7). [c.47] Аустенитные стали. Аустенитные стали, применяемые в качестве жаропрочных материалов, являются железохромоникелевыми или железохромоникельмарганцовыми сплавами, легированными тем или иным количеством других элементов. Существует целый ряд классификаций аустенитных сталей. Наиболее удобной применительно к материалам деталей ГТУ является разделение на четыре группы. [c.47] Явление межкристаллитной коррозии наблюдается в сталях с С 0,005% и вызвано пониженным содержанием Сг (ниже 12%) в локальных участках у карбидов, преимущественно выделяющихся при эксплуатации по границам зерен. Предупреждение МКК обеспечивается применением сенсибилизирующих добавок Т1 и ЫЬ и термической обработкой при температуре 85()-950 С (после сварки). [c.49] В наклепанном состоянии стали этой группы имеют Гв 1400 МПа, что позволяет их использовать для коррозионно-стойких пружин. [c.50] ПО сравнению с температурой отпуска температурах приводит к дополнительным выделениям у -фазы эксплуатация при температурах, превышающих температуру отпуска, вызывает растворение некоторого количества дисперсной фазы. Нестабильность сплавов системы N1 - Сг - Т1 - А1 при повышенных температурах вызвана также дендритной ликвацией Т1 и А1. Например, для кованого сплава ЭИ437А содержание титана в междуосных участках в 2,5 раза больше содержания в осях дендритов [16]. Дисперсность и количество у -фазы после технологической термической обработки определяют стабильность сплавов и характер временной зависимости пластичности поэтому для обеспечения высокой работоспособности материалов для дисков и лопаток, работающих в разных условиях, выбор марки сплава и режима термической о аботки следует производить с учетом закономерностей нестабильности сплава в условиях эксплуатации. [c.53] Вернуться к основной статье