Свойства суперсплавов при высоких температурах

Свойства суперсплавов при высоких температурах [c.328]

Высокотемпературное покрытие для суперсплава можно определить как металлический, керамический или комбинированный поверхностный слой, способный предотвратить или замедлить прямое взаимодействие материала подложки с потенциально агрессивной окружающей средой. Повреждение материала при таком взаимодействии может проявляться в виде его окисления или коррозии, а также снижения механических свойств подложки за счет диффузионного насыщения сплава вредными элементами при высоких температурах. Покрытия, применяемые для защиты суперсплавов, нельзя рассматривать как инертные барьеры. Их защитные свойства обеспечиваются, скорее, за счет взаимодействия материала [c.88]

Факторы, влияющие на выбор покрытия, весьма многочисленны. Очевидно, что главной причиной применения покрытия является необходимость защиты материала подложки от вредного воздействия окружающей среды и этот выбор зависит от конструкции и области применения детали. Следует учитывать все возможные эффекты, связанные с влиянием как самого покрытия, так и процесса его нанесения, на механические или теплофизические свойства суперсплава, включая влияние взаимной диффузии элементов между покрытием и подложкой во время работы при высоких температурах. Технология нанесения покрытия может зависеть и от геометрии обрабатываемой детали, так как некоторые методы, например, позволяют обрабатывать лишь открытые участки детали. И, наконец, на выбор конкретного типа покрытия всегда влияет, а иногда является и определяющим фактором, его стоимость. [c.89]

Так как методы лабораторных испытаний покрытий для определения их стойкости к воздействию окружающей среды и влияния на механические свойства подложки похожи на такие же испытания суперсплавов без покрытий, то здесь мы не будем подробно их обсуждать. Следует, однако, подчеркнуть, что предполагаемые для данного конкретного применения покрытия и подложки всегда должны рассматриваться как единая система материалов и испытываться совместно, так как в результате взаимной диффузии элементов из подложки и покрытия при достаточно длительных выдержках при высокой температуре рабочие характеристики такой системы могут значительно изменяться. [c.101]

Развитие суперсплавов — отклик на потребность в материалах, обладающих необходимым сопротивлением ползучести и усталости при высоких температурах. В истории техники эта потребность была наиболее острой при создании реактивных авиадвигателей и прочих видов газовых турбин, хотя материалы с подобными свойствами находят применение и в теплообменниках мощных тепловых двигателей с другим термодинамическим циклом. В данной главе дано описание экономических выгод от перехода к более высоким температурам работы тепловых двигателей. Показано, что реализация этих выгод через повышение к.п.д. становится возможной, благодаря применению суперсплавов, хотя последние и отличаются более высокой стоимостью. Описание жаропрочных деталей реактивных авиадвигателей и промышленных газовых турбин дано совместно с описанием разнообразных отказов (разрушения) и необходимыми сведениями о материалах, позволяющими рассчитывать долговечность деталей. [c.49]

К 1950 г. ведущие металлурги, специализирующиеся в области суперсплавов, обладали хорошей подготовкой в отношении многих методов упрочнения. Сталкиваясь с постоянным требованием непрерывно увеличивать разрывные свойства и длительную прочность при все более высоких температурах, они отвечали добавлением возрастающих количеств тугоплавких металлов в стремлении использовать карбидные и твердорастворные эффекты. Чтобы повысить безопасно допустимое содержание зг -фазы, увеличивали концентрацию алюминия и титана. Прочность действительно повышалась, об 32 [c.32]

Рабочие температуры продолжали расти, и стало яснее, что изменения в сплавах, направленные на одновременное повышение стойкости против окисления и против горячей коррозии, нередко противодействуют упрочняющему влиянию легирования. Повысив содержание хрома и снизив содержание алюминия, понижали температуру растворения у -фазы, и, следовательно, понижали прочность. Чтобы обеспечить необходимую защиту поверхности без существенного ухудшения механических свойств основного материала лопаток турбин авиадвигателей или промышленных турбин, инженеры обратились к поверхностному покрытию суперсплавов (см. гл.13). Со своей стороны это породило современный период "улучшенного оксида алюминия" т.е. тщательно сбалансированных покрывающих сплавов (на основе Ni, Fe, Со с добавлением Сг, А1 и других активных элементов), образующих чрезвычайно стойкую против окисления и/или коррозии защитную оболочку из легированного оксида алюминия. В соответствии с сегодняшней технологией защитные покрытия наносят практически на все несущие детали, изготовленные из суперсплавов и работающие в динамическом режиме при очень высоких температурах. Стоит заметить, однако, что моно-кристаллические (тип SX) сплавы, по природе своей лишенные границ зерен, и при отсутствии покрытия нередко проявляют новый, ранее неизвестный и необычайно высокий уровень поверхностной стойкости. [c.37]

Наиболее мощное из имеющихся у металлурга средств управления свойствами суперсплавов — это управление размером зерен в процессе ковки и термической обработки. Путем рационального выбора параметров обработки можно добиться формирования мелкозернистой структуры это обеспечивает максимально высокие механические свойства (при кратковременном растяжении) и сопротивление усталости. Правда, этого выигрыша достигают ценою некоторых потерь в характеристиках длительной прочности при повышенных температурах. Напротив, процессы в результате которых создается грубозернистая структура, дают максимально высокие характеристики длительной прочности за счет потерь в сопротивлении кратковременному растяжению и усталости. На соотношение между структурой и свойствами можно успешно влиять и с помощью ковки, и с помощью термической обработки. [c.235]

Суперсплавы по-прежнему в зоне усиленных исследований и разработок. Но есть и заметные изменения в постановке новых задач. Приобретают популярность такие темы, как рост трещины в условиях ползучести и коррозионное растрескивание под напряжением. Прежнее традиционное и сосредоточенное внимание разработчиков к поведению материалов в промежуточном диапазоне температур сегодня не столь велико. Вместо этого довольно активно занялись развитием материалов, предназначенных для использования при боЛее низких и более высоких температурах. Работа в этих разных сферах отличается некоторой фрагментарностью, поскольку ведут ее группы и организации, каждая из которых специализируется в своем собственном конкретном направлении. Главная цель настоящего обзора заключается в том, чтобы сопоставить механические свойства материалов, ставших предметом упомянутых разнонаправленных интересов и разработок. [c.308]

Стойкость no отношению к окислительным средам при высоких температурах — этому требованию суперсплавы должны удовлетворять независимо от того, имеется на них защитное покрытие или нет. Следовательно, для успешного проектирования и использования суперсплавов очень важно понять природу процессов их окисления, а также зависимость этих процессов от свойств сплавов и условий их эксплуатации. В этой главе мы дадим краткий обзор сведений об основах окислительных процессов металлов и сплавов, а затем обсудим поведение простых сплавов, образующих соединения СГ2О3 и AI2O3. Далее рассмотрим влияние обычных легирующих элементов на характер окисления этих базовых систем сплавов и заложим тем самым основу для расширенного рассмотрения и трактовки процессов окисления, которым подвергаются сложные суперсплавы. [c.8]

При высоких температурах непокрытые сапфировые волокна взаимодействуют с матрицами на никелевой основе. В результате при комнатной температуре прочность волокна составляет лишь около 1500 МН/м (153 кгс/мм ), т. е. около 700 МН/м (71 кгс/мм ) при 1000° С. Было высказано предположение, что указанный уровень прочности достаточен для армирования, усилия по сохранению первоначальной прочности волокна не оправданы. Очевидно, однако, что для достижения той же прочности композиционного материала потребовалось бы ослабленных волокон больше по объемному наполнению (почти вдвое), чем волокон с защищенной поверхностью. Подробно рассмотренное в разделе П1 максимальное, практически достижимое в процессе изготовления композиций с матрицами па никелевой основе объемное наполнение волокон составляет около 25%. Даже при этом уровне наполнения композиция может быть перегружена хрупкой фазой, что приводит к невысокому сопротивлению удару. Расчеты по правилу смеси показывают, что с 25%-ным наполнением ослабленными волокнами прочностные свойства при растяжении не позволяют этой композиции конкурировать с обычными суперсплавами. В результате продолжающихся усовершенствований в разработке суперсплавов становится очевидным, что даже при исполь-аовании высокопрочных волокон с защищенной поверхностью армированным композициям будет трудно конкурировать (по прочности или даже по удельной прочности при наполнении волокнами менее 40 об.%) с постоянно совершенствующимися сплавами для деталей газотурбинных двигателей. [c.233]

Суперсплавы на никелевой основе — наиболее сложные нх шире всего применяют для изготовления деталей, работающих при самых высоких температурах. Для многих металлургов никелевые суперсплавы — самые привлекательные. Их гомологические ра эчне температуры выше, чем у любой из распространенных систем, а в двигателях с повышенными техническими характеристиками их весовая доля превышает 50 %. Металлофизика этих сплавов сложна, неоднозначна и подчас опирается на интуитивные решения. Тем не менее, зависимость их свойств от структуры изучена лучше, чем у любых материалов, предназначенных для использования в диапазоне 650—1100 °С. [c.128]

На свойства сплава. с-фаза оказывает специфическое вредное влияние. Ее "физическая" твердость и пластинчатая форма - превосходный повод для возникновения и распространения трещины, приводящих к низкотемпературному хрупкому разрушению, как это происходит у содержащих с-фазу нержавеющих сталей. Но еще более тяжкие последствия связаны с ее влиянием на длительную прочность при повышенных температурах с-фаза отличается высокой концентрацией тугоплавких элементов, "высосанных" ею из -матрицы суперсплава, а это приводит к утрате твердорастворного упрочнения. Кроме того, высокотемпературное замедленное разрушение может охотнее возникать вдоль пластин с-фазы ("меж-сигмафазное" разрушение) и сопровождаться жестокими потерями долговечности сплава. Впервые эте было продемонстри- [c.154]

Главная причина жизнеспособности суперсплавов в том, что они сохраняют выдающуюся прочность в интервале температур, при которых работают детали турбины. Их плотноупакованная решетка г.ц.к. обеспечивает длительную сохранность относительно высокого сопротивления активному растяжению, высокой длительной прочности, стойкости против ползучести и термомеханической усталости. Эти свойства длительно сохраняются вплоть до гомогологических температур значительно более высоких, чем у эквивалентных систем с решеткой о.ц.к. Свой вклад дают и такие характеристики решетки г.ц.к., как высокий модуль упругости, обилие систем скольжения, низкий коэффициент диффузии легирующих элементов. Для прочности сплавов чрезвычайно важна высокая растворимость легирующих элементов в аустенитной матрице, их физико-химические характеристики, обеспечивающие выделение в процессе старения таких интерметаллидных фаз, как у и у . Упрочнения можно достичь также за счет легирования твердого раствора, выделения карбидных фаз в процессе старения и использования их для управления границами зерен за счет направленной кристаллизации и соз- [c.31]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...