ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Суперсплавы. Происхождение и природа. Ч.Т.Симс из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн1 " Книга является переработанным и дополненным изданием, включившим в себя информацию о достижениях в области теории и практики жаропрочных сплавов вплоть до 1985г. [c.9] В конце книги Суперсплавы первого издания авторы останавливались на перспективах развития жаропрочных материалов, прогнозируя пути их развития. Хотелось бы с позиций сегодняшнего дня, т.е. оказавшись в будущем по отношению уже не только к первому, но и ко второму изданию книги, так как, к сожалению, выпуск русского второго издания книги задерживается на 7—8 лет по сравнению со временем выхода книги Суперсплавы в США, рассмотреть, какие из прогнозов автора реализованы, а какие не удалось реализовать, какие направления оказались перспективными, а какие не выдержали испытания временем. [c.9] Состоялся прогноз и по использованию рения в качестве наиболее эффективного легирующего элемента в жаропрочных сплавах. Разработан ряд литейных жаропрочных сплавов для монокристаллического литья ( MSX-2, ЖС-32), которые по температурному уровню работоспособности приближаются к эвтектическим жаропрочным сплавам. [c.10] Эвтектические сплавы пока не нашли практического использования главным образом из-за экономических соображений. Однако можно ожидать, что в связи в общей тенденцией повышения рабочих температур материала лопаток именно эти суперсплавы могут оказаться единственно пригодными для создания охлаждаемых лопаток ГТД. Тем более, что в настоящее время разработаны композиции эвтектических жаропрочных сплавов с высоким уровнем жаро прочности вплоть до 1200 °С. [c.10] Эффективным оказался путь использования комплексных защитных покрытий, включающих нанесение керамических теплозащитных слоев. Применение такого рода покрытий снижает рабочую температуру металла лопаток на 40-80 °С, защищая поверхность металла лопаток от воздействия коррозионной и окислительной среды. [c.10] К перспективным следует отнести и композиционные жаропрочные материалы на основе керамики, а также угле-род-углеродные композиты. Реализация этих материалов в конструкции деталей ГТД требует разработки надежных способов защиты от окисления и специального проектирования лопаток, учитывающих резко выраженную анизотропию свойств этих материалов. [c.10] Важнейшую роль в формировании высокого комплекса механических свойств жаропрочных сплавов наряду с легированием играет структурный фактор. Эго особенно важно при изготовлении крупногабаритных деталей ГТД, к которым следует в первую очередь отнести диски турбины. Применение специальных методов выплавки и изотермического прессования позволяет в значительной, степени уменьшить ликва-ционную неоднородность высоколегированных жаропрочных сплавов и обеспечить однородную мелкозернистую структуру по всему объему дисков, малочувствительную к концентраторам напряжений. [c.11] Эти технологические приемы позволяют получать большеразмерные диски из сверхпрочных сплавов диаметром более одного метра. Существенный прогресс достигнут при изготовлении дисков методом порошковой металлургии, применение которых расширяется в двигателестроении. [c.11] Перечисленные выше материаловедческие проблемы были успешно решены с использованием металлургических методов выплавки, обеспечивающих глубокую рафинировку металла по вредным примесям. К эффективным способам металлургического воздействия, успешно развиваемым в России, следует отнести термовременную обработку расплавов при определенных критических температурах, приводящих к их рафинированию и гомогенизации и, как следствие, повышению комплекса служебных характеристик и качества отливок. [c.11] Совпадение прогноза развития жаропрочных сплавов, изложенного авторами, с современным состоянием повышает ее ценность. По полноте изложения металлофизических и практических вопросов,. связанных с разработкой термически стабильных жаропрочных сплавов, технологии изготовления деталей ГТД из них, представленным фактическим свойствам различных материалов книга Ч.Симса, Н.Столоффа и У.Хагеля Суперсплавы П является наиболее полным систематическим изданием, имеющим энциклопедический характер. [c.11] Вначале в качестве ведущих материалов для изготовления лопаток выступали сплавы на основе Со, тогда как сплавы на основе Ре использовали там, где требовались материалы, не подвергающиеся воздействию высоких температур, например для изготовления дисков. В результате постепенного улучшения обычной практики эксплуатации двигателей такие деформируемые сплавы, как S-816, уступили дорогу грубозернистому точному литью из сплавов на кобальтовой основе. Вслед за этим в промышленности научились регулировать размер зерна и структуру, разработчики поняли, как предотвратить нежелательную потерю пластичности, и рабочие температуры возросли до 815 С. С той поры и поныне точное литье при изготовлении деталей из суперсплавов непрерывно играет ведущую роль. [c.12] Параллельно шло развитие систем на никелевой основе, очень важных, многоцелевых и в настоящее время наиболее употребительных сплавов, упрочняемых выделениями у -фазы в у-матрице. При этом пришлось разработать технологию с применением вакуумной металлургии, чтобы путем регулирования концентрации примесей можно было обеспечить достаточную прочность высоколегированным композициям. Затем еще больших концентраций легирующих элементов как средства дальнейшего повышения запасов прочности и температуры достигли созданием особых способов переплава, из которых вакуумно-дуговой переплав не является самым выдающимся. [c.12] Для этих достижений потребовались независимые усилия со стороны исследовательских групп и Групп разработчиков, которые продемонстрировали и оценили роль состава и структуры сплавов, реализовали преимущества чистоты, ранее считавшейся недостижимой, создали усовершенствованные методы для новых изменений состава и структуры, обеспечивающих решение конкретных проблем. В конечном счете это привело к таким удивительным разработкам, как направленно закристаллизованные и монокристаллические лопатки, из которых последние лишь совсем недавно нашли применение в реальных двигателях. [c.12] Следует также упомянуть ранние эксперименты с керамикометаллическими материалами и серию разработок этого керамического периода, начиная с 1950 г. И те, и другие привели к созданию интересных монолитных конструкций. Однако на практике ни одна из приемлемых конструкпий этого рода не могла конкурировать с суперсплавом, аустенитные суперсплавы сохраняли свое превосходство. [c.13] В связи с появлением технологических процессов, включающих быструю кристаллизацию, стали разрабатывать и исследовать сплавы еще более сложные, используя при этом новые возможности еще более точного контроля и регулирования сегрегации примесей, управления по выбору структурой той или иной фазы. Более того, создание сверхтонкого зерна и структур методами порошковой металлургии обеспечивает легкость достижения и использования сверхпластичности. Стандартно линейные сплавы типа IN-100 и MAR-M 509 изготавливают очень прочными при низких и промежуточных температурах и в то же время легко приобретающими сложные ( рмы, включая почти окончательные формы рабочей детали. Кто мог бы предвидеть в 1960-х гг., что такой литейный сплав, как In-100, можно будет сделать сверхпластичным и использовать в качестве материала для дисков, работающих при 650—700 °с Можно полагать, что создание структур, обеспечивающих сверхпластичность, окажет решающее влияние на технологию производства и обработки суперсплавов. [c.13] Наконец мы можем наблюдать начало довольно широкого применения сплавов, упрочняемых дисперсными частицами оксидов для производства этих сплавов используют также комплекс методов легирования и обработки, созданных за прошедшие годы. Механическое легирование (с использованием тонкодисперсных полностью легированных порошков) и быстрая кристаллизация позволят применять сплавы на основе Ni и Со, упрочненные дисперсными оксидными частицами, при температурах, не превышающих 1100 °С. [c.13] Применять сплавы, плавящиеся ниже 1400 °С, при 1100 °С и выше, т.е. при температуре, превышающей 80% абсолютной температуры плавления сплава Да, это время наступило. Используя композитные материалы с металлической матрицей, можно достичь и большей доли температуры плавления. [c.13] Вернуться к основной статье