ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Иитерметаллические соединения из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн2 " Сплавы на никелевой или кобальтовой основе с твердорастворным упрочнением должны свариваться относительно легко. В них не происходят фазовые изменения или реакции старения, которые обычно порождают проблемы при сварке. Тем не менее из-за широкого интервала кристаллизации, обычного для этих сплавов, горячие треш,ины и рванина нередко делают их сварку проблематичной. [c.280] Обычно, если сплавы типа Ren6 41 термически обработаны на твердый раствор, тщательно очищены и защищены специальными мерами от загрязнения кислородом, они свариваются без растрескивания. Но если вслед за сваркой подвергнуть сварные соединения упрочнению в режиме старения, сплавы интенсивно трещат. Чтобы это явление предотвратить, перед старением со сварных соединений снимают остаточные напряжения посредством повторного нагрева до температуры гомогенизации. После такой обработки соединения можно термически упрочнять без каких-либо затруднений. Однако в некоторых случаях сплавы трещат в процессе нагрева до температуры отжига. Такой вид растрескивания характерен для крупногабаритных медленно охлаждающихся деталей. Сплавы или отдельные плавки сплавов, которые при повторном нагреве до температуры отжига более, чем другие сплавы или плавки, склонны к растрескиванию, назвали склонными к растрескиванию в условиях деформационного старения . [c.282] Другим источником деформации в процессе старения сплава Ren6 41 является объемное сжатие при старении. Количественные данные об этом сжатии очень ограничены, одПако известно [28], что старение детали диаметром 1 м сопровождалось сжатием на 1-1,2 мм. Это значит, что при старении максимальная деформация за счет объемного сжатия составит 0,125%. [c.285] Существенную роль играют и те металлургические изменения, которые происходят в зоне термического влияния. Исследование имитированной зоны термического влияния [ЗЗ] показало, что в зонах с температурой 1200 °С выделения М С переходят в раствор. При последующем старении карбиды выделялись уже в виде зернограничной фазы М зС и вызывали охрупчивание. Эти данные послужили основой для вывода, что в пределах зоны термического влияния склонность к растрескиванию в условиях деформационного старения проявляется только в участках подвергаемых термическому воздействию при температурах 1200 °С. [c.285] Представляется, что растрескивание в условиях деформационного старения вызвано снижением и потерей пластичности в процессе этого старения. В твердорастворном состоянии сплав Кепё 41 обладает примерно при 815 °С удлинением около 1-4%, после чего наступает разрушение. Следовательно, в нормальном твердорастворном состоянии этот материал не проявит растрескивания, вызываемого деформационным старением, ибо объемное сжатие в результате старения порождает деформацию около 0,125%. [c.286] Когда создан сварной шов, в игру вступает несколько дополнительных факторов. Во-первых, в зоне термического влияния возникает остаточное напряжение оно может сложиться с напряжением, порождаемым объемным сжатием, и ускорить процесс охрупчиваюшего старения. Во-вторых, усиление сварного шва может порождать явления надреза и вызывать дополнительное локальное пластическое деформирование в зоне термического влияния сварного шва. В-третьих, подвод тепла в период сварки вызывает изменение в типе и морфологии карбидных выделений в зоне термического влияния и может привести к растворению других выделений это сопровождается охрупчиванием в зоне промежуточных температур из-за повторного выделения фаз в процессе старения. [c.286] Перестаривание вызвало (и должно было вызвать) ослабление растрескивания, связанного с деформационным старением, по нескольким причинам. Во-первых, перестаривание извлекает из твердого раствора алюминий, титан и углерод, снижая масштабы образования мелкодисперсных выделений в процессе послесварочной термической обработки. Во-вторых, удастся избежать объемного сжатия, поскольку материал уже состарен. [c.286] Преимуществом сварных (и паяных) соединений являются низкая стоимость, малая масса и высокая прочность. В обозримом будущем эти достоинства вкупе с другими постоянными улучшениями в технологии сделают сварку (и пайку) главными методами, позволяющими строить из суперсплавов детали турбин путем соединения нескольких конструктивных элементов. [c.287] К материалам первого класса относятся композитные сплавы на основе никеля или кобальта и многие интерметаллические соединения, в основном алюмини-ды титана, никеля и кобальта это могут быть. также и керамики. Известно, что температура плавления интерметаллидов выше, чем алюминидов, однако данные, которые позволили бы оценить высокотемпературную работоспособность и тех, и других практически отсутствуют, а те.что имеются, носят предположительный характер. [c.287] Под материалами второго класса обычно подразумеваются о.ц.к. тугоплавкие металлы, главным образом вольфрам, молибден, титан и ниобий, а также конструкционные керамики в виде композитов керамика—металлическая матрица. В эту же категорию попадают углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ). [c.287] Основные характеристики различных альтернативных материалов типа рассмотренных в этой главе приведены в табл. 19.1. В первую очередь будут рассмотрены более легкоплавкие материалы первого класса, причем основное внимание будет сфокусировано на интерметаллидах, эвтектиках, получаемых методом направленной кристаллизации, и армированных проволоками суперсплавах. Во второй половине главы будут обсуждены тугоплавкие металлы, монолитные керамики и композиты (керамика—металлическая матрица и углерод—углерод). [c.287] Упорядоченные сплавы с дальним порядком обычно имеют более высокую скорость деформационного упрочнения по сравнению с разупорядоченными или частично упорядоченными сплавами того же состава. Для сплавов со структурой сверхрешетки LI2 в результате упорядочения при температуре около 22 °С скорость деформационного упрочнения может возрасти вдвое, в то время как в сплавах с другой кристаллической структурой приращение скорости упрочнения будет меньше. Высокая скорость деформационного упрочнения, связанная с наличием дальнего порядка, позволяет путем холодной деформации или термомеханической обработки получать очень высокую прочность таких материалов, что на примере сплавов зА1 + В показано на рис. 19.2 [4]. Износостойкость сплавов в результате быстрого деформационного упрочнения также должна улучшиться, что открывает возможности для замены кобальтовых сплавов, работающих в условиях трения и износа, на упорядоченные сплавы с дальним порядком. [c.291] Поликристаллические интерметаллические соединения при испытаниях на растяжение обычно проявляют себя как хрупкие материалы, хотя монокристаллы или поликристаллы при испытаниях на сжатие и обнаруживают значительную пластичность. [c.291] Поликристаллические алюминиды никеля А1 при температуре вблизи 400 °С испытывают вязко-хрупкий переход, точная температура которого зависит от содержания алюминия и размера зерен [9]. Разрушение обычно носит межзеренный характер, хотя отмечается появление и некоторого количества внутризеренных раскалываюших трешин. В то же время монокристаллы обладают достаточно высокой пластичностью при низких температурах. Сегрегация примесей по границам зерен вряд ли может рассматриваться в качестве основной причины хрупкости алюминидов. [c.292] Возможность улучшения пластичности NijAl путем микролегирования в сочетании с добавками марганца, гафния или железа обеспечивает прорыв в области разработки новых сплавов на основе этой системы. Усовершенствованные сплавы на основе твердого раствора с добавками гафния и железа имеют очень высокую прочность по сравнению с исходными промышленными сплавами (рис. 19.2), и при этом их плотность примерно на 10 % ниже [4]. Для сплавов, предназначенных для работы при низких температурах, возможно дальнейшее повышение характеристик за счет холодной деформации. Существуют также возможности для дисперсионного упрочнения NijAl или его использования в качестве матрицы для механически скомпонованного композиционного материала. [c.293] Предварительные результаты также свидетельствуют о возможности значительного улучшения сопротивления ползучести алюминидов железа. Так, например, добавка 6 % (ат.) (Mo+Ti) в твердый раствор FejAl вызывает увеличение на шесть порядков времени до разрушения при температурах около 700 °С [18]. Это связано со значительным повышением энергии активации ползучести за счет роста на 200 °С критической температуры упорядочения типа DO3 (примерно от 550 до 750 °С). В литературе также отмечено повышение предела ползучести сплавов на основе FeAl [19]. В этой системе, однако, упрочнение связано с растворением примесей, в первую очередь Nb и Та, приводящим к образованию вторых фаз типа тройных интерметаллидов, что и обеспечивает значительную прочность сплавов при 827 °С. [c.295] Вернуться к основной статье