Главная


Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 192
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43


скачать книгу Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1




Рассмотрены такие вопросы, как использование оксидного дисперсного упрочнения в комбинации с механическим легированием, применение быстрой кристаллизации и др
...
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
...
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
...
Ресурс монокристаллических лопаток может быть повышен за счет пространственного ориентирования их кристаллической структуры по отношению к действующим термическим напряжениям, а также повышением эффективности системы охлаждения лопаток
...
Этих улучшений достигали как путем усовершенствования процессов производства, так и путем изменений в химическом составе материалов, а часто и совмещением обоих путей
...
Вслед за этим в промышленности научились регулировать размер зерна и структуру, разработчики поняли, как предотвратить нежелательную потерю пластичности, и рабочие температуры возросли до
...
Параллельно шло развитие систем на никелевой основе, очень важных, многоцелевых и в настоящее время наиболее употребительных сплавов, упрочняемых выделениями У
...
При этом пришлось разработать технологию с применением вакуумной металлургии, чтобы путем регулирования концентрации примесей можно было обеспечить достаточную прочность
...
Затем еще больших концентраций легирующих элементов как средства дальнейшего повышения запасов прочности и температуры достигли созданием особых способов переплава, из которых вакуумно
...
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
...
Прогресс в развитии суперсплавов сделал возможным создание современных реактивных двигателей со все более высоким отношением развиваемой тяги к собственной массе двигателя
...
Суперсплавы играют жизненно важную роль в промышленных газовых турбинах, углеперерабатывающих и других установках, в которых действуют высокие температуры и сильно агрессивные среды
...
К двадцати главам, представленным двадцатью восемью специалистами, была приложена подборка фазовых диаграмм и сведений о механических свойствах и химическом составе многих промышленных суперсплавов
...
редакторы решили подготовить новую книгу примерно того же объема, но с акцентом на новые разработки — увеличение роли порошковой металлургии, решительный переход на направленно закристаллизованные и монокристаллические суперсплавы и т
...
Как и в предыдущем издании, в каждой главе поставлено целью дать и научные, и технические основы, необходимые для понимания рассматриваемых в ней проблем
...
Посвящение целой главы направленной кристаллизации или только деформируемым сплавам прямо свидетельствует, насколько быстро и постоянно происходит внедрение новых методов обработки
...
Кроме того, выделяют важную подгруппу суперсплавов, содержащих в значительвых количествах и никель, и железо и обладающих металлургическими характеристиками, аналогичными таковым у сплавов ва основе ввкеля
...
Из широкого набора металлургических материалов, поставляемых на рынок, суперсплавы эксплуатируют при температурах, наиболее близких к температуре плавления
...
Однако помимо газовых турбин воздушного, морского, автомобильвого травспорта и промышленного вазначения суперсплавы находят применение в космических кораблях, ракетных двигателях, атомных реакторах, подводных лодках, паровых теплоцентралях и нефтехимическом оборудовании
...
Часть разделов посвящена полезному в техническом и научном отношении анализу излагаемых в хронологическом порядке сведенвй о поведении суперсплавов и особенностях их изготовления
...
В том числе дана оценка важным факторам, касающимся собственности и других внешних сторон проблемы, игравшим побудительную роль при создании этих необычных и действительно ключевых материалов
...
Это нововведение ускорило деятельность по непрерывному совершенствованию металлических сплавов и по существу выдвинуло разработку и создание высокотемпературных металлических материалов в США на ведущее место в мире
...
С появлением новой технологии конструкторам стало ясно, что дальнейший прогресс произойдет с переходом к еще более высоким температурам и что для выполнения необходимых работ потребуются новые материалы
...
С тех пор огромное значение от прогресса в области реактивной тяги и создания промышленных газовых турбин приобрела развивающаяся технология машиностроения
...
Получили значительный прирост сопротивления ползучести, и, таким образом, появление суперсплавов случайно совпало по времени с парадигмой реактивного двигателя
...
Вслед за этим в Англии, Соединенных Штатах и Германии эдисоновские опыты успешно завершились созданием прочных сплавов, построенных из твердого раствора хрома в никеле
...
Одновременно на конкурентной основе разрабатывали аустенитные карбидоупрочняемые сплавы на основе Со, поскольку из них легче было получить отливки сложной формы
...
Параллельные технологические разработки, связанные с развитием реактивного двигателя, требовали все более прочных аустенитных сплавов, ибо стало ясно, что потенциальные возможности двигателя этого нового типа беспредельны
...
и второй мировой войны история суперсплавов складывалась из все более новых усовершенствований путем создания новых композиций и процессов производства
...
Но в дальнейшем энергетические и транспортные предприятия все более нуждались в газовых турбинах для электростанций, газопроводных насосов и других приводных устройств
...
По существу в пятидесятых и шестидесятых годах нашего века разработка суперсплавов приобрела характер взрыва, так же как и развитие процессов их производства в семидесятых и восьмидесятых
...
Развитие технологии Химический состав Процедура получения права собственности на суперсплавы и на использование суперсплавов заключается главным образом в приобретении патента на их химический состав
...
В наиболее тяжелом режиме эксплуатации конструкционный суперсплав превращается в нагретый до белого каления объект, в котором в условиях химической динамики, твердые фазы претерпевают непрерывное изменение при температурах
...
Это необычная упрочняющая фаза, ибо по составу она очень близка к матрице, может быть обильно легирована, ее прочность увеличивается с ростом температуры, она обладает собственной высокой противоокислительной стойкостью
...
В структуре нижней трети рисунка присутствуют некоторые фазы, которые, как оказалось, вызывают охрупчивание, снижение прочности и порождают ряд других проблем
...
Это позволило создать сложную структуру, являющуюся продуктом взаимодействия элементов и образованную вполне самостоятельными фазами, которые по сложности не имеют себе равных
...
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
...
Металлурги и разработчики искали решения этих проблем, и каждый сосредотачивался на критическом свойстве, которое лимитировало успех данного конкретного применения сплава
...
стало очевидно, что основным механизмом высокотемпературного разрушения большинства деталей турбин высокого давления являлась термомеханическая усталость
...
Ориентируясь на направленную кристаллизацию и порошковую металлургию, упорно разрабатывали новые процессы, позволяющие сохранить или улучшить прочностные характеристики, обеспечив
...
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
...
Чтобы обеспечить необходимую защиту поверхности без существенного ухудшения механических свойств основного материала лопаток турбин авиадвигателей или промышленных турбин, инженеры обратились к поверхностному покрытию суперсплавов
...
Подводя итог, можно сказать, что поверхностная защита суперсплавов от окисления и коррозии в газовом потоке оказывается не менее полезной, чем разработка сплавов повышенной прочности
...
При проектировании заводов конструкторы, стремясь снизить конечную стоимость продукции, стали осознавать, насколько выгоднее использовать сравнительно безотказные и долговечные коррозионно
...
Дальнейший активный рост потребности в металлах, продуктах химической и нефтехимической промышленности, производстве стекла, бумажной пульпы и средств для борьбы с загрязнением окружающей среды может вызвать увеличение рыночной доли этих сплавов до
...
Выбор сплавов для конкретной цели в расчете на их максимальную эксплуатационную надежность лучше всего вести, установив прямые контакты с производственниками
...
Развитие методов обработки В производстве суперсплавов развитие технологии обработки всегда занимало не менее важное место, чем разработка химического состава
...
Это знаменовало наступление второго главного этапа в развитии технологии обработки и привело к благотворным результатам в производстве и деформированных, и литых изделий
...
Она позволила полнее и более точно регулировать содержание элементов, обусловливающих упрочнение за счет фазовых реакций, а также коррозионную стойкость
...
Это технологическое нововведение послужило основой и стимулом для создания новых сплавов, предназначенных для направленной кристаллизации, в том числе в виде
...
В единстве они образуют рациональную схему промышленного производства, позволяющую создавать из суперсплавов конструкции посредством свинчивания, сварки или других способов соединения и таким образом изготавливать авиадвигатель, газовую турбину, двигатель Стерлинга, узлы реакторов и другие устройства
...
Таким образом, ясно, что спустя годы усовершенствований, в основном за счет модернизации легирования, наступило время, породившее поток новых процессов обработки, которые позволили создавать суперсплавы еще более высокого качества
...
Неудачные решения Прогресс в повышении механической надежности суперсплавов при высоких температурах в коррозионных атмосферах был поистине выдающимся
...
, когда содержание хрома в никелевых суперсплавах снижали, чтобы улучшить сопротивление ползучести, а вызывали снижение стойкости против окисления и горячей коррозии
...
Следствием было значительное снижение долговечности сплавов, применявшихся в различных промышленных газовых турбинах, а также авиадвигателях, предназначенных для работы в засоленной атмосфере
...
Представления о поведении нержавеющих аустенитных сталей породили концепцию суперсплавов, которая получила толчок к дальнейшему развитию со стороны одновременно возникшей парадигмы реактивного двигателя
...
, явилась металлургическим рычагом для новых разработок в области химического состава суперсплавов, поскольку открыла новые горизонты для получения чистых сплавов и реализации роли легирующих элементов
...
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
...
Линия Ъс характеризует процесс сгорания топлива, при котором в энергию цикла добавляется его тепловая компонента и который протекает при постоянном давлении
...
Главная газовая турбина не в состоянии превратить энергию этого сравнительно горячего воздуха в работу, поскольку не остается перепада давлений, необходимого для привода дополнительных ступеней турбины
...
Горячие выхлопные газы можно использовать в нагревателях отработанного пара, который, расширяясь, в свою очередь проходит через паровые турбины в соответствии с циклом Рэнкина
...
Аналогичные выгоды от применения усовершенствованного сплава могут быть получены и в случае использования энергоустановок комбинированного цикла Брайтона
...
При указанных ценах на топливо и энергоустановку рентабельность сохраняется, даже если за счет роста температуры на входе турбины стоимость установки возрастает на
...
Переход от выходного отверстия каждой из расположенных по кругу индивидуальных капсул к кольцу лопаток первой ступени турбины осуществлен промежуточными газопроводными трубками
...
Конструкторы решили избежать их, повысив жесткость и напряженность узлов Камеры сгорания и тем самым подавив возможные собственные низкочастотные вибрации, которые процесс сгорания мог бы возбудить
...
Конструкторам камеры сгорания, рассматривающим механические аспекты ее работы, приходится балансировать в своих решениях между необходимостью подавления многоцикловой усталости и свободой термического расширения
...
Направляющие лопатки Стационарные направляющие лопатки первой ступени турбины расположены у выхода камеры сгорания и предназначены для того, чтобы ускорить горячий рабочий поток и развернуть его для входа в следующую, роторную часть под соответствующим углом
...
Здесь температура газов снижается от температуры газового факела только за счет смешения с воздухом, поступающим от компрессора специально для этого смешения и охлаждения
...
Охлаждение сопловых лопаток первой ступени необходимо, поскольку температура поступающих в нее газов может постоянно превышать температуру плавления металла конструкций
...
Стремясь извлечь максимум энергии рабочего потока в промышленных газотурбинных установках, размеры кольцевой зоны последней ступени делают больше, чем в турбинах авиадвигателей
...
Сочетание повышенных температур и напряжений порождает проблему ползучести рабочих лопаток и делает ее предметом главной заботы конструкторов, которые обычно выбирают для изготовления лопаток один из сплавов, обладающих наиболее высоким сопротивлением ползучести
...
Нередко оказывается невозможным избежать вибраций во всем диапазоне рабочих скоростей вращения, и конструкторы вынуждены применять виброгасящие устройства или ограничиваться предотвращением лишь наиболее опасных резонансных ситуаций
...
Таким образом, материал рабочих лопаток турбин должен надежно сопротивляться коррозии и окислению или для его защиты должно существовать надежное покрытие
...
Возможность локальной обработки резанием к числу обязательных требований не относится, поскольку ее задачи успешно решают посредством шлифования, электрохимического или электроэрозионного воздействия
...
Температурный режим последнего определяется действием охлаждающего воздуха и воздуха, движущегося в потоке рабочих газов, а также любыми утечками рабочего потока в пространство над и под дисковым ободом
...
Если верить карте Эшби для деформационных механизмов, пригодность данных, полученных при кратковременных испытаниях, для экстраполяции на длительные сроки службы в основном не подтверждается
...
Кратковременные испытания идут при повышенных температурах, где основной механизм ползучести отличается от механизма ползучести, действующего в процессе эксплуатации долговечной детали
...
Параметрические выражения, дававшие более достоверное описание данных и получившие большее признание применительно к тем или иным конкретным условиям, были установлены рядом исследователей
...
Следует иметь в виду, что большая часть данных, полученных путем испытания при повышенных температурах и напряжениях, соответствует условиям, выходящим за рамки рабочего диапазона, в котором по мысли инженера сконструированная им деталь должна работать в течение продолжительного времени
...
Чтобы рассчитать долговечность материала в условиях малоцикловой усталости конструктору деталей турбины нужна модель поведения материала, связывающая какие
...
Результаты расчетов по первой из таких моделей, разработанной с позиций физики твердого тела, при сопоставлении с результатами испытаний оказались чрезвычайно обнадеживающими
...
Чтобы улучшить согласие, ввели представление об изначально присутствующих микротрещинах, а свойства материала выразили через энергию единицы поверхности трещины
...
, однако вплоть до недавнего времени большинство оценок усталостной долговечности для каждого конкретного материала основывали на эмпирической зависимости между величиной циклической нагрузки и числом циклов до разрушения
...
Кривые такого рода позволяли неплохо прогнозировать число циклов до полного разрушения других образцов при равномерном распределении напряжения и температуры по их рабочему объему
...
Затем последовало усовершенствование, согласно которому в расчет принимали не фактическое напряжение, пластическую деформацию и полную деформацию как независимые переменные, а некоторое псевдонапряжение
...
Рассмотрим один участок, где образуются трещины малоцикловой усталости, — место на ведущей кромке рабочей лопатки, удаленное от вершинной и корневой частей лопасти
...
Все три последовательности очень важны, ибо для простой системы охлаждения можно показать, что деформация в направлении натяжки по поверхности лопасти есть функция разницы между температурой в рассматриваемой точке и средней температурой в поперечном сечении лопасти
...
Это условие не выполняется для тонкостенных лопастей, но сохраняет значимость в случаях, когда локальная деформация сильно зависит от некоторой пары температур, по
...
Рассмотрим один участок, где образуются трещины малоцикловой усталости, — место на ведущей кромке рабочей лопатки, удаленное от вершинной и корневой частей лопасти
...
Все три последовательности очень важны, ибо для простой системы охлаждения можно показать, что деформация в направлении натяжки по поверхности лопасти есть функция разницы между температурой в рассматриваемой точке и средней температурой в поперечном сечении лопасти
...
Это условие не выполняется для тонкостенных лопастей, но сохраняет значимость в случаях, когда локальная деформация сильно зависит от некоторой пары температур, по
...
Но удовлетворительность зависела от того, насколько верно был идентифицирован микромеханизм усталости данного сплава при данных характеристиках рабочего цикла
...
Действительно, состояние прогнозирования длительности периода до возникновения трещин малоцикловой усталости в рабочих лопатках таково, что значительное улучшение точности прогноза по
...
Сегодня масштабы прогнозирования долговечности сильно зависят и от наличия адекватных методов механики разрушения, особенно когда имеют дело с самыми высокопрочными суперсплавами, служащими материалом для рабочих лопаток
...
Результаты изотермических усталостных испытаний продолжают использовать для ранжирования кандидатных сплавов по их достоинствам применительно к той или иной роли
...
Источником колебаний в газотурбинных двигателях служат аэродинамические эффекты от предшествующих направляющих лопаток, различных опор, обратное давление от последующих сопловых лопаток и опор, от дискретных
...
Анализ характеристик многоцикловой усталости включает оценку допускаемого размера дефектов рассматриваемой детали с помощью методов механики разрушения
...
Применительно к малоцикловой усталости такие методы можно использовать для прогнозирования роста трещины и назначения сроков проверки или замены детали
...
Рабочие лопатки всегда были в большей степени подвержены высокотемпературной коррозии, чем сопловые лопатки или детали камеры сгорания, поскольку для их изготовления применяли преимущественно сплавы на никелевой основе
...
При некоторых режимах эксплуатации коррозионная долговечность исчерпывается значительно раньше, чем долговечность, обусловленная ползучестью и усталостью
...
Управление содержанием серы как метод подавления коррозии оказалость неэффективным, однако ослабить коррозию можно путем точной регулировки расхода топлива, применения входных фильтров и ингибиторов
...
Данные модели являются предметом частной собственности, поскольку их применение связано с особенностями конструкции, а расходы на получение результатов весьма велики
...
Проверенные модели имеют вид массива численных данных или наборов кривых, характеризующих коррозионные потери для конкретных сочетаний независимых переменных
...
Многоосные напряженные состояния и анизотропия В охлаждаемых сплавах и рабочих лопатках напряженное состояние в критических участках гораздо сложнее, чем в образцах, используемых для испытаний на ползучесть и усталость
...
Вообще говоря, общедоступны только данные по одноосному нагружению, так что при конструировании деталей приходится прогнозировать служебную долговечность в условиях двухили трехосного нагружения, пользуясь данными для одноосного напряженного состояния
...
Методы анализа напряжений в деталях сложной конфигурации становятся все более тривиальными, поэтому определить характер напряженного состояния и уровень напряжений проще, чем установить точную модель поведения материла
...
У большинства охлаждаемых сопловых лопаток, облицовочных плиток камеры сгорания и рабочих лопаток, снабженных пленочной, отражательной или змеевиковой системами охлаждения, напряженное состояние более сложное
...
На практике для расчета деталей, которые будут работать в сложнонапряженном состоянии, конструкторы пользуются данными испытаний на ползучесть и усталость при одноосном нагружении, однако при этом они проводят опытную проверку принятых решений
...
Таким образом, например, используют внеплоскостную компоненту напряженного поля рабочих и сопловых лопаток турбины для расчета их долговечности в условиях ползучести
...
Трещины ориентированы перпендикулярно к направлению максимального главного растягивающего напряжения, а их рост по признанию большинства специалистов связан с циклическим ростом и снижением этого напряжения
...
Для расчета частоты и напряжений в материале, модули упругости которого различны по трем ортогональным направлениям, можно постоянно использовать коды конечных элементов
...
Поведение материала в статистическом представлении Возможность достаточно точно прогнозировать долговечность деталей высокотемпературной зоны взаимовыгодна производителям и пользователям турбин
...
Заключение Производители тепловых двигателей, следуя экономическим заковам рынка, стремятся увеличить достоинства продукции по отношению к продажной цене
...
Цена разработки, паспортизации и производства суперсплавов может быть и высока, но достоинства двигателя, в котором они применены, возрастают в гораздо большей степени
...
Такие новые материалы, как монокристаллические суперсплавы, не нуждаются в элементах, упрочняющих границы зерен, поэтому бор, углерод, цирконий и гафний из этих материалов удалены
...
Большинство легирующих элементов до некоторой степени разделены между обеими фазами — матрицей и фазой старения, так что обычно обе главные фазы сильно легированы
...
Неизбежным следствием сложности состава сплавов является сложная картина упрочнения, поэтому для объяснения высокой прочности суперсплавов разработан целый ряд теорий
...
Уровень прочности промышленных суперсплавов формируется благодаря совместному действию различных механизмов упрочнения, которое обусловлено ролью элементов, присутствующих в твердом растворе, частиц и границ зерен
...
Иногда для дополнительного упрочнения пользуются термомеханической обработкой, обеспечивающей повышение плотности дислокаций и формирование дислокационной субструктуры
...
Обычно считают, что механизмы упрочнения действуют независимо друг от друга и аддитивно, хотя и сохраняется некоторая противоречивость по поводу путей их совместного использования
...
Факторы, контролирующие поведение сплавов в условиях растяжения Тверд о растворное упрочнение При анализе твердорастворного упрочнения удобно рассмотреть несколько теорий текучести в терминах влияния растворенных элементов на различные физические или кристаллографические характеристики, например на параметр кристаллической решетки и модуль упругости
...
Здесь знак минус характеризует взаимодействие краевых дислокаций с растворенными атомами в поле сжимающих искажений над плоскостью скольжения, а знак плюс — в поле растягивающих искажений под плоскостью скольжения
...




    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

    rss
    Карта