Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 192 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 Отчасти такая зависимость служит основанием для требования минимальной скорости охлаждения суперсплавов направленной кристаллизации от температуры обработки на твердый раствор ... Это приводит к усилению деформационного упрочнения и некоторому повышению предела прочности по сравнению с монокристаллическим материалом ориентировки ... При испытании материала со столбчатой микроструктурой в поперечном направлении следует соблюдать осторожность и убедиться, что в рабочем сечении испытуемого образца заключено достаточно большое количество зерен ... Ориентировка зерен в поперечном направлении не упорядочена, так что свойства могут оказаться типичными для монокристаллического материала с любой ориентировкой от ... Пластичность, измеренная при растяжении в поперечном направлении, не является чувствительным индикатором прочности границ зерен, которую лучше оценивать по уровню пластичности в условиях ползучести ... Разрушение под действием растягивающей нагрузки обычно возникает в плоских полосах сосредоточенного скольжения, типичных для сплавов, упрочняемых выделениями у ... При определенных сочетаниях температуры и ориентировки такие фасетки, особенно в монокристаллическом материале, лишенном зернограничного стеснения, действительно могут быть очень крупны ... При больших увеличениях на поверхности фасеток можно наблюдать множество малых ступенек мест, где сдвиговая деформация переходила на соседние параллельные плоскости скольжения ... Деформация начальной стадии ползучести на участках значительной протяженности развивается в системах единичного скольжения, эта особенность присуща даже отливкам со столбчатой микроструктурой, ибо в них границы зерен не представляют собой эффективного барьера для скольжения ... Большие дистанции скольжения, характерные для сплавов направленной кристаллизации, являются причиной высоких деформаций на первой стадии ползучести, с ростом напряжения эти деформации также увеличиваются ... В отливках направленной кристаллизации благодаря единообразной ориентировке или полному отсутствию границ зерен их ограничивающее влияние на характеристики ползучести сплавов снимается ... В сплавах со столбчатой микроструктурой местом зарождения трещин служат либо отрезки границ зерен, перпендикулярные оси нагружения, либо междендритные зоны, не достигшие достаточно полной гомогенизации и поэтому обладающие меньшей прочностью из ... При низких температурах характер излома сплавов направленной кристаллизации фасеточный, подобный излом свойственен таким сплавам при активном растяжении с повышенными скоростями деформации ... Когда в этих сплавах происходит межзеренная декогезия, связанная с порообразованием на границах зерен, потеря несущей способности более заметна у тех сплавов, где зерно грубее, ибо такое зерно составляет более заметную часть площади поперечного сечения ... В отливках со столбчатой микроструктурой разрушение зарождается на зернограничных отрезках, перпендикулярных оси нагружения, поэтому они лучше, чем сплавы в обычных отливках, но хуже, чем сплавы монокристаллические ... Значение этого явления может быть весьма велико, поскольку у многих турбинных лопаток с принудительным охлаждением лопастей имеются участки, где толщина стенки не превышает ... Эти параметры можно варьировать в очень широких пределах, однако наиболее близким к реальным условиям работы ведущей кромки газотурбинных лопаток с воздушным охлаждением считают ... Сплавы направленной кристаллизации с пониженным модулем упругости проявляют значительно большую усталостную долговечность, чем суперсплавы для обычных отливок ... Поскольку обычно изделия из сплавов направленной кристаллизации используют с нанесенными на них защитными покрытиями, такие усталостные испытания проводят на образцах с покрытием ... Скорость распространения усталостной трещины также является важной характеристикой сплава, ибо период распространения трещины занимает большую часть общей долговечности, а период ее зарождения сравнительно мало зависит от свойств сплава ... Усталость при постоянной амплитуде нагрузки Усталостные характеристики суперсплавов направленной кристаллизации в условиях постоянной амплитуды нагрузки аналогичны таковым у сплавов для обычных отливок ... В определенной мере более высокая пластичность и более высокий предел текучести сплавов направленной кристаллизации также ответственны за хорошие усталостные свойства ... Зарождение усталостной трещины в сплавах со столбчатой микроструктурой происходит таким же образом, как и в сплавах для обычных отливок, где местом зарождения служат карбидные выделения или небольшие поры ... В бескарбидных монокристаллических отливках основным местом зарождения усталостных трещин является микропористость, и для этих сплавов устранение пористости путем горячего изостатичес ... Разрушение обычно начинает развиваться в направлении, перпендикулярном оси нагрузки, но по мере удлинения трещины оно принимает кристаллографический характер ... Окисление и горячая коррозия Стойкость против окисления и горячей коррозии зависит главным образом от химического состава сплава, а не от способа кристаллизации ... У сплавов направленной кристаллизации межзеренное окисление сильно подавлено или устранено, однако при тех высоких температурах, которые являются рабочими для суперсплавов направленной кристаллизации, межзеренное окисление не представляет собой главной проблемы ... Направления для будущих разработок Будут разрабатывать монокристаллические суперсплавы с более высокими характеристиками прочности и жаропрочности, чем у сплавов, применяемых в настоящее время ... Возможно, что процессы направленной кристаллизации, разработанные для никелевых суперсплавов, удастся использовать при производстве изделий из жаропрочных сплавов других систем и повысить этим температурные пределы жаропрочности, достигнутые к настоящему времени ... Полагают, что влияние фаз Лавеса на химические и механические свойства сплавов аналогично влиянию вышеназванных твердых фаз, образующихся в четверной системе ... Структура элементарных ячеек фаз С, и и Лавеса складывается из плотноупакованных слоев, отделенных друг от друга относительно большими межатомными расстояниями ... но увидеть, что плотноупакованные атомные слои отодвинуты друг от друга размещенными между ними более крупными атомами, возникает некоторая характерная ... Эти расчеты можно рассматривать как средство для численного определения фазовой границы, за которой в сложнолегированной системе сплавов действительно появляется та или иная т ... Эти расчеты можно рассматривать как средство для численного определения фазовой границы, за которой в сложнолегированной системе сплавов действительно появляется та или иная т ... Следовательно, можно составить набор элементов для расчетов интересующего нас суперсплава, которые характеризуются числами электронных дыр, представленными в табл ... Но проводя эмпирические расчеты по системе ФАКОМП и при этом принимая, что все числа электронных дыр в пределах одной группы периодической таблицы действительно одинаковы, то и дело сталкиваются с трудностями, наводящими на мысль, что на самом деле величина ... При изучении температурной зависимости было показано, что выше точки Кюри число вакансий Ъй электронов не изменяется с температурой, хотя тепловые эффекты вызывают перераспределение электронных вакансий между положительными и отрицательными спинами, приводя тем самым к нулевому магнитному моменту ... Упомянутые исследования относительно простых систем сплавов позволили предположить, что величина элементов второго и третьего длинных периодов может сильно зависеть от химического состава сплава и отличаться от величины Л ... Этот вывод притормозил использование вычисленных значений концентрации электронных дырок для прогнозирования фазовых диаграмм сплавов, которые еще не изучены экспериментально ... Метод расчетов по программе ФАКОМП в его первозданном виде оказался практичным и пригодным для управления фазовым составом и свойствами промышленных суперсплавов, так что очень скоро он вошел в повседневную практику ... Между тем многие думающие металловеды, конечно же, продвинулись вперед и разработали усовершенствованные системы расчетов на основе более точной проверки химического состава суперсплавов и прогресса в основополагающих подходах ... К их обзору мы еще вернемся в этой главе, однако в деталях рассмотрена только одна уже описанная здесь система, ибо именно она нашла применение в производственной практике ... фаза выделяется непосредственно и только из аустенитной матрицы, не вступая, по крайней мере, в процессе своего образования, ни в какие активные реакции с другими присутствующими фазами вроде карбидов, боридов или у ... Далее, визуальный анализ этой четверной системы показывает, что цель расчетов должна заключаться в ответе на вопрос, нарушит ли химический состав матрицы критическую границу у ... Расчетные предпосылки Исходя из соображений, обоснованных предшествующим анализом, стали применять теорию электронных дырок для расчетов фазового состава, позволяющих предвидеть образование сгили других т ... Это обстоятельство позволяет в большей мере сосредоточиться на других важных факторах — влиянии химического состава на характеристики длительной прочности, кратковременного растяжения, поведения в условиях коррозии ... При разработке системы ФАКОМП анализировали те сплавы, у которых химический состав итоговой матрицы был близок или соответствовал тройной фазовой диаграмме ... Когда речь идет об объемных системах сплавов, следует оценить расположение химического состава в тройном или четверном фазовом пространстве, а затем увязать его с оптимизированными составами сплавов ... Разработки в области расчета фазового состава В последующие годы новые разработки в столь увлекательной области знания, как расчеты фазового состава суперсплавов, значительно активизировались ... При разработке системы ФАКОМП анализировали те сплавы, у которых химический состав итоговой матрицы был близок или соответствовал тройной фазовой диаграмме ... Результаты опубликованных работ свидетельствуют о ряде существенных достижений, в частности, о повышенной точности прогнозирования фазовых границ в широком диапазоне сплавов, тогда как решение в системе ФАКОМП всегда должно быть отнесено к каждому конкретному сплаву ... Поэтому металлургам, изучающим неявное влияние легирования или ведущим разработку сплавов, стоит глубже познакомиться с новыми методами, потенциально обладающими большей разрешающей способностью в управлении фазовым составом ... И все же быстрый перевод первоначальной расчетной системы на промышленные масштабы привел к очень широкому ее применению и разработчиками сплавов, и специалистами, занятыми их выплавкой, и пользователями ... В результате система ФАКОМП утвердилась столь основательно, что для управления промышленным производством сплавов замена ее на новую, сколь угодно улучшенную, вряд ли вероятна ... Результаты опубликованных работ свидетельствуют о ряде существенных достижений, в частности, о повышенной точности прогнозирования фазовых границ в широком диапазоне сплавов, тогда как решение в системе ФАКОМП всегда должно быть отнесено к каждому конкретному сплаву ... Поэтому металлургам, изучающим неявное влияние легирования или ведущим разработку сплавов, стоит глубже познакомиться с новыми методами, потенциально обладающими большей разрешающей способностью в управлении фазовым составом ... И все же быстрый перевод первоначальной расчетной системы на промышленные масштабы привел к очень широкому ее применению и разработчиками сплавов, и специалистами, занятыми их выплавкой, и пользователями ... В результате система ФАКОМП утвердилась столь основательно, что для управления промышленным производством сплавов замена ее на новую, сколь угодно улучшенную, вряд ли вероятна ... Каждое подобное соотношение применяли лишь для одного конкретного сплава, к тому же отношения эти были слишком качественными, чтобы использовать их при разработке новых композиций ... Каждое подобное соотношение применяли лишь для одного конкретного сплава, к тому же отношения эти были слишком качественными, чтобы использовать их при разработке новых композиций ... И не смотря на то, что систему ФАКОМП не используют для регулирования химического состава при выплавке кобальтовых сплавов, она остается важным инструментом в руках разработчиков ... 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 ... Подобное подразделение произвольно, но полезно как способ конкретизации температурных режимов, смена которых сопряжена с наиболее важными изменениями в поведении материалов и особенностей их эксплуатации ... Результаты исследований показывают, что склонность суперсплавов к растрескиванию можно в значительной мере регулировать, варьируя их химический состав и микроструктуру ... Коррозия под напряжением в радиоактивных средах В качестве радиоактивной среды мы рассматриваем воду, работающую в реакторах на сжатой воде или с кипящей водой, при температурах около ... В растворы, которые используют для испытательных целей, иногда вводят различные примеси, чтобы имитировать условия, возникающие при загрязнении водной среды или нарушении режима работы реактора ... Исходно они разрабатывались для использования при повышенных температурах, их химический состав и режимы термической обработки оптимизировали главным образом в расчете на придание им должного сопротивления ползучести ... Имеется опыт долговременного использования этих сплавов в различных изделиях, например, болтов, упругих элементов, пальцев в конструкциях ядерных энергосистем на сжатой и на кипящей воде ... Большая часть разрушений была обнаружена при инспекционном освидетельствовании во время регламентных остановок энергосистем, так что до угрозы безопасности систем дело не дошло ... Тем не менее разрушения стали предметом тревоги, и в настоящее время предпринимают всяческие меры, чтобы уяснить причину разрушений и найти способы устранения этой проблемы ... В предположительной форме выдвинуты механизмы, подразумевающие геттерный эффект карбидных выделений по отношению к вредным примесям, введение остаточных сжимающих напряжений ... Результаты коррозионных исследований наводят на мысль, что сенсибилизация возможна как следствие упрочняющей обработки старением, обычно применяемой по отношению к большинству суперсплавов ... Чтобы оценить последствия подобных выдержек, нагруженные или ненагруженные образцы подвергали тепловому воздействию на воздухе, а затем при комнатной температуре измеряли их сопротивление растрескиванию в испытательных растворах ... Причины повреждающего действия низкотемпературных выдержек сложны и могут корениться в различных явлениях в зависимости от того, с каким из сплавов мы имеем дело ... Дело, следовательно, сводится к ответу на вопрос, позволит ли кинетика данного сегрегационного процесса достичь существенного обогащения внутренних поверхностей раздела сплава при данных температурно ... С понижением температуры объемная диффузия становится еще медленнее, однако обогащение, необходимое для неблагоприятного влияния на свойства сплава, по ... Но коль скоро цельность этих пленок нарушена химически или механически, локальной активности кислорода оказывается достаточно для окисления частиц карбидов и у ... Расширение работ, позволяющих сравнить растрескивание сплавов в водной среде при более низких температурах с растрескиванием в газовой среде при более высоких температурах могло бы значительно раздвинуть рамки этого понимания ... Новые способы обработки, например, газовое распыление и обработка высоким изостатическим давлением, позволяли разработать сплавы с более высоким содержанием у ... Дополнительным толчком к росту прочности послужило внедрение методов тепловой деформационной обработки, в результате которой металл в значительной степени сохраняет сообщенное ему деформационное упрочнение или побуждается к рекристаллизации с образованием чрезвычайно мелкозернистой структуры ... Гораздо сложнее стало давать оценку скорости порообразования, когда обнаружили, что зарождение пор часто происходит непрерывным образом по мере развития деформации ползучести ... Эти опыты проведены в основном на материалах с уже существующей умеренной и соответствующим образом распределенной пористостью, образованной в процессе какой ... В некоторых опытах требовался ряд допущений, выражающихся в произвольном выборе того механизма роста пор, который должен определять поведение материала ... Поэтому хотя в определенных деталях некоторые из этих моделей и представляются верными, еще нельзя во всех случаях использовать их в качестве общепринятого средства для прогнозирования процессов порообразования у различных сплавов ... Чтобы лучше охарактеризовать условия нагружения, ответственные за рост трещины в режиме ползучести или усталости, обратились к методам механики разрушения, адапти мдз ч ч Рис ... Исходно подходы механики разрушения были развиты для низкотемпературных режимов, позволяющих пренебречь присущим ползучести и зависящим от времени пластическим течением материала в зоне вершины трещины ... При повышении пластичности и масштабов деформации ползучести у вершины трещины коэффициентом К пользоваться нельзя, и наиболее подходящим параметром оказывается зависящий от времени ... Для очень пластичных материалов, в которых ползучесть охватывает все поперечное сечение до того, как произойдет прирост трещины, следует пользоваться такими параметрами, как номинальное или истинное напряжения ... На сегодняшний день нет общепринятого метода, позволяющего выбрать заведомо верный силовой параметр, характеризующий различные виды разрушения при повышенных температурах ... Напротив, если релаксация требует длительного времени, зона ползучести вокруг вершины трещины мала и стеснена упругим полем, так и корректным параметром становится величина К ... Заметим, что выбор параметров становится критическим, если мы пытаемся предсказать поведение материала в эксплуатации или сравнить результаты данных испытаний с данными других исследователей ... Если же испытания предназначены просто для сравнения собственных исследуемых материалов, режимов термической обработки или подобных им категорий, выбор параметров не является жизненно важным, надо лишь выдерживать идентичность испытуемых образцов ... Скорость роста трещин увеличивается с ростом температуры, и иногда из уравнения Аррениуса получают вполне определенные значения кажущейся энергии активации ... Поэтому нередко существует некоторый оптимальный размер зерна, отвечающий наиболее приемлемому компромиссу в части удовлетворения этих двух конфликтующих требований ... Исследованиями роста трещин в суперсплавах показано, что воздух, точнее, кислород может существенно ускорить рост трещин ползучести или усталости по сравнению с их ростом в вакууме или в инертных средах ... Если к сульфидосодержащим средам добавляют соль, как это имеет место в смешанных средах, вызывающих горячую коррозию, повреждающее воздействие сульфидов значительно возрастает ... Оказалось, что нередко даже после механического удаления видимых поверхностных повреждений приходилось констатировать заметное снижение свойств в результате диффузии агрессивных веществ в границы зерен в процессе первоначальной высокотемпературной выдержки ... Свойства суперсплавов при высоких температурах С ростом температуры сопротивление ползучести становится основным параметром среди тех, на которые следует ориентироваться при проектировании и эксплуатации суперсплавов ... При подходящих значениях бй кажущаяся энергия активации ползучести О примерно равна энергии активации самодиффузии никеля, а показатель степени при напряжении п ... Существенную роль в решении этой задачи смогут играть карбидные частицы, они закрепляют границы зерен, предотвращая зернограничное проскальзывание или миграцию границ ... При высоких температурах и пониженных напряжениях уменьшению межзеренного проскальзывания и, следовательно, повышению длительной прочности, способствует увеличение размера зерен ... Еще один очень важный шаг заключался в том, чтобы сократить до минимума самое слабое звено в структуре стандартных суперсплавов, а именно убрать по возможности границы зерен, расположенные перпендикулярно оси растягивающего напряжения ... Этого достигли, применив методы направленной кристаллизации или направленной термической обработки, которые позволяют получить микроструктуру с чрезвычайно сильно вытянутым зерном либо полным отсутствием поперечных границ зерен ... Отсутствие границ зерен позволяет удалять из сплава такие легирующие элементы, как С, В, Ъх и Ш, вводимые для оптимизации свойств границ зерен в поликристаллйческих материалах ... В свою очередь, это позволяет проводить термическую обработку на твердый раствор при более высоких температурах и тем самым перевести в твердый раствор большее количество у ... Переход от равноосной микроструктуры к структурам направленной кристаллизации и, в частности, к монокристаллическим приводит к значительному увеличению длительной прочности ... После направленной кристаллизации эти структуры в идеале состоят из параллельных друг другу равномерно распределенных в объеме матрицы интерметаллидных или карбидных волокон ... Это обстоятельство порождает проблемы сохранения свойств в определенных участках конструкций, например, в местах, где лопатки прикрепляются к турбинному диску ... Возможно, при пониженных температурах они пригодны в качестве деталей крепежа или трубопроводных систем, где их анизотропные характеристики могут быть использованы с выгодой ... Рассматривая усталостное поведение, необходимо учитывать его реакции на действующие механизмы ползучести и повреждающее действие среды, поскольку суперсплавы работают при высоких температурах и в агрессивных средах ... Естественно, надо рассмотреть все стадии циклического деформирования, зарождения и распространения трещины, чтобы иметь данные для наиболее эффективного проектирования таких сложных механизмов, какими являются газотурбинные двигатели ... Циклическое деформирование Чтобы предвидеть, какими будут напряжения в конструкциях, подвергаемых пластической деформации в условиях циклического нагружения, в макроскопических масштабах или локально, в зонах концентрации напряжений, — необходимы сведения о характере зависимости между ... Необходимо знать, как на эти процессы влияют изменения в микроструктуре, вызванные накоплением пластической деформации, возвратом, огрублением выделений второй фазы, а также изменения в химическом составе сплава, температуре, длительности и скорости деформирования ... Фаза представляет собой упорядоченное соединение, выделения которого когерентны матрице, а поперечное скольжение дислокаций вокруг частиц фазы довольно затруднительно ... Когда частицы достигают своего максимального размера, амплитуда напряжения сначала возрастает, а затем достигает характеристического и очень устойчивого уровня ... В этом состоянии частицы второй фазы очень прочны, но как только скольжение возникло в нескольких относительно податливых плоскостях, они разупрочняются катастрофически и обеспечивают сосредоточение последующей ... В зависимости от ориентировки, у монокристаллов и у индивидуальных зерен поликристаллического материала можно наблюдать октаэдрическое или кубическое скольжение ... Эти процессы воспроизводят зависимость свойств материала от температуры, а само состояние материала отражает его собственную деформационную предысторию ... Даже в рамках наиболее совершенных моделей состояния приходится оперировать упрощенными, а иногда и эмпирическими соотношениями, так как слишком велико количество переменных, которые надо учесть ... Чтобы предсказать последствия термомеханического воздействия на материал, например, последствия деформационного старения, потребуется дополнительное усложнение моделей ... И все же основная цена успеха определяется не столько компьютерным временем, сколько возможностями экспериментального определения всех необходимых констант ... Чтобы усовершенствовать существующие полуэмпирические модели и сократить до обнадеживающих масштабов количество эмпирических констант, требуется более полное понимание механизмов прогнозируемого явления ... Возникновение трещины С точки зрения идеологии усталостную долговечность следует рассматривать как сумму двух долговечностей, одна из которых отвечает стадии возникновения, а другая — стадии распространения усталостной трещины, ибо известно, что кинетические закономерности у этих стадий не одинаковы ... Однако во многих практических случаях представляет интерес оценка усталостной долговечности для данной амплитуды полной деформации или амплитуды напряжения ... Влияние модуля упругости на усталостную долговечность очень заметно при испытаниях монокристаллов различной ориентировки, поскольку с изменением ориентировки его величина может изменяться более чем вдвое ... В режимах, при которых в амплитуде полной деформации Де, доминирует упругая компонента, долговечность сплавов, грубо говоря, возрастает с ростом предела прочности при однонаправленном растяжении ... Последнее гораздо менее чувствительно к дефектам материала и не отражает механизмов, характеризуемых временной зависимостью повреждения и присущих циклическому нагружению при высоких температурах ... В такой области применения, как сосуды высокого давления для высоких температур или камеры сгорания для газотурбинного двигателя, невозможно избежать порождаемых высокотемпературным нагревом значительных амплитуд неупругой деформации Де, ... Столь крутые наклоны, вероятно, указывают на сокращение долговечности, когда в режим низкой амплитуды деформации и, следовательно, высокой долговечности включаются механизмы, предполагающие временную зависимость повреждения ... |
Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов. Справ. изд.
Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справ, изд.
Новые процессы получения металла (металлургия железа)
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2
Сплавы с эффектом памяти формы
Справочник молодого термиста