ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свойства суперсплавов при высоких температурах из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн1 " Характеристики ползучести находятся в сильной зависимости от множества микроструктурных параметров. Главными из них являются объемная доля выделений 2г -фазы, размерное несоответствие решеток этих выделений и матрицы, морфология выделений. Зависимость долговечности в условиях ползучести от объемной доли у -фазы (рис. 9.8) обычно имеет приблизительно линейный характер [25]. Более старые суперсплавы на основе никеля и на основе железа содержат 20-30% (ат.) г -фазы и, как правило, сопротивление ползучести у них хуже, чем у литейных сплавов и более новых сплавов на никелевой основе с приблизительно удвоенной объемной долей г -фазы. [c.328] Чтобы сопротивление ползучести было наилучшим, надо добиваться образования очень мелкодисперсных выделений зг -фазы. Однако это часто вызывает нежелательные потери пластичности и длительной прочности образцов с надрезом. Обычно у большинства сплавов оптимальный размер выделений у -фазы— около 0,1—0,5 мкм, что обеспечивает хорошее сочетание прочности и пластичности. Для некоторых сплавов, где содержатся крупные выделения зг -фазы, характерно бимодальное и даже тримодальное распределение выделений зг -фазы по размерам. Крупные выделения зг -фазы часто присутствуют в литейных сплавах они образуются там из-за микросегрегации легирующих элементов в процессе затвердевания, и растворить их с помощью последующей термической обработки достаточно трудно. Укрупненные выделения зг -фазы образуются и в процессе многоступенчатой термической обработки-старения, которую используют и для литейных, и для деформируемых сплавов. Вклад крупных частиц зг -фазы в сопротивление ползучести невелик, но они рассредоточивают скольжение и снижают чувствительность к надрезу. [c.330] Чтобы улучшить сопротивление ползучести, полезно повысить прочность границ до уровня, превышающего прочность тела зерен. Существенную роль в решении этой задачи смогут играть карбидные частицы, они закрепляют границы зерен, предотвращая зернограничное проскальзывание или миграцию границ. Однако те же частицы обычно являются местом образования пор в процессе ползучести. Поэтому существует оптимальный уровень содержания углерода в деформируемых сплавах на никелевой основе, 0,5—0,5 % (по массе) или несколько более высокий в литейных. сплавах в этом случае достигают компромисса между упрочнением границ зерен и созданием мест, где зарождается разрушение. [c.330] Важными переменными являются также размер и форма зерен. Меньшему размеру зерен соответствует более высокая прочность при пониженных температурах и повышенных напряжениях. При высоких температурах и пониженных напряжениях уменьшению межзеренного проскальзывания и, следовательно, повышению длительной прочности, способствует увеличение размера зерен. Однако последний не должен превышать некоторого предела, а именно, число зерен в поперечном сечении детали не должно быть меньше 10. Условие это относится к материалу с равноосными зернами. Как будет показано ниже, при специальной форме зерен число границ зерен в поперечном сечении изделия не ограничивается. [c.332] Для улучшения характеристик ползучести суперсплавов предпринято множество шагов. Усовершенствование способов производства помогло свести к минимуму сегрегацию легирующих и примесных элементов в процессе кристаллизации. Применение таких руководств по легированию, каким является программа ФАКОМП, предоставило новые возможности подавлять формирование в современных сплавах таких вредных фаз, как фаза o. [c.332] Дальнейшего улучшения свойств можно достичь путем управления кристаллографической текстурой направленно закристаллизованных материалов. Данные рис. 9.12 свидетельствуют, что длительная прочность очень чувствительна к кристаллографической ориентировке [29]. Однако оптимальная ориентировка не всегда продиктована прежде всего соображениями длительной прочности. У некоторых материалов направленной кристаллизации плоскости кристаллической решетки 100 ориентировали параллельно оси нагружения, чтобы свести к минимуму напряжения, возникающие из-за термоциклирования (вызывающего термическую усталость) в условиях эксплуатации. [c.333] Еще большего упрочнения монокристаллов достигли путем создания плотоподобной микроструктуры выделений зг -фазы. Путем соответствующего управления размерным несоответствием кристаллических решеток г -фазы и матрицы добиваются того, что в процессе старения под напряжением образуются пластинчатые выделения г -фазы, ориентированные перпендикулярно оси растягивающего напряжения. Размер этих пластинок или плотов может достигать размеров самого кристалла. Степень упрочнения зависит от протяженности поверхности раздела между -фазой и матрицей, и более высокой длительной прочности достигают при более дисперсной структуре плотов . При тщательном регулировании размерного несоответствия решеток можно достичь очень сильного упрочнения монокристаллов за счет выделений f -фазы. [c.334] Хорошего уровня длительной прочности при высоких температурах достигли и с помощью дисперсного оксидного упрочнения. Материалы такого рода получают методами порошковой металлургии обычно они содержат частицы YjOj, предназначенные и для упрочнения, и для управления размером и формой зерен. При более низких температурах эти сплавы, как правщо, уступают в прочности сплавам, упрочняемым выделениями у -фазы по реакции старения причина в том, что для достижения очень высокой прочности необходимо обеспечить одновременно высокую объемную долю и равномерное распределение оксидных частиц, а сделать это достаточно трудно. [c.335] Эти новые материалы в своей значительной части анизотропны, так что их свойства могут заметно ухудшаться в случаях внеосевого нагружения. Это обстоятельство порождает проблемы сохранения свойств в определенных участках конструкций, например, в местах, где лопатки прикрепляются к турбинному диску. В остальном применение новых материалов для изготовления лопаток не исключается. В плане использования этих интересных материалов вне конструкций реактивного двигателя сделано очень немного. Возможно, при пониженных температурах они пригодны в качестве деталей крепежа или трубопроводных систем, где их анизотропные характеристики могут быть использованы с выгодой. Словом, поиск сфер для более широкого применения этих необычных материалов может оказаться плодотворным. [c.336] Вернуться к основной статье