Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

зволяет при достаточно низком уровне давлений прессования, по сравнению с другими схемами прессования, значительно повысить сложность и плотность прессовок, например, для композиций на основе железа достигается плотность до 100%.
...
В Донском государственном техническом университете разработана технология соединения разнородных порошковых материалов, а также деталей сложной конфигурации, локально упрочненных пропиткой или оплавлением (рис. 4.3).
...
В Научном центре порошкового материаловедения разработаны технологии изготовления широкой номенклатуры деталей сложной формы
...
держащих и карбидосталей с использованием активации спекания путем механического легирования порошков, инфильтрации (рис. 4.4).
...
В Южно-Российском государственном техническом университете разработан способ получения горячедефор-мированных биметаллических порошковых материалов на
...
за лучшие порошковые изделия. Круг призеров американской (MPIF) и японской (JPMA) ассоциаций в 1999 г. достаточно широк - от деталей автомобильного двигателя до спортивных товаров [11, 12].
...
Например, компания «Стекпоул Лтд» (Канада) получила приз за изготовление ряда ведущих и ведомых шестерен из порошковой стали для двигателя «Chrysler 2,4L» (рис. 4.5). Технология изготовления таких шестерен предусматривает избирательное уплотнение до 7,8 г/см3 боковых поверхностей зубьев, последующее науглероживание и закатку деталей. Компания произвела более двух миллионов порошковых шестерен для замены шестерен из ковкого чугуна, что обеспечило существенное снижение стоимости.
...
дерз Метл Ко» приз присужден за деталь из нержавеющей стали 7-го класса сложности по AGMA - ведомую шестерню силового привода автомобиля (рис. 4.6). Изготовленная из нержавеющей порошковой стали деталь, имеющая плотность не ниже 6,4 г/см3, предел текучести не ниже 207 МПа, твердость 61 HRB,
...
Нержавеющие порошковые стали отмечены наградами и по категории изделий, изготовленных методом инжекци-°нного формования. Две награды получила компания
...
щей стали для насоса, существенно упрощающие конструкцию и уменьшающие его общие размеры (рис. 4.7). «Гран При» получен фирмой «Карпентер-Парматех» за шпульку из нержавеющей стали 17-4РН и запорную трубку балансировочного клапана давления душевого устройства (рис. 4.8).
...
Награды по категории изделий из порошковых сталей получили компании «Бэджис-Нортен Мануфактуринг Ко» за развилочный узел для двигателей «Caterpillar», полученный спеканием с последующей закалкой (рис. 4.9), и компания «Клоус Жиа энд Продактс» за деталь двигателя «GM Mark VI V-8» (рис. 4.10).
...
Итальянской компании «МГ Минижиас С па» приз присужден за кривошипное устройство, противовес и эксцентрическую шестерню для механического лобзика (рис. 4.11).
...
По категории перспективных материалов награда присуждена компании «Крупп Технологиес» за режущий инструмент из инструментальной стали для машин, предназначенных для переработки пластмассовых и деревянных поддонов, в которых могут находиться гвозди (рис. 4.12).
...
Тенденции к усложнению деталей, изготовляемых порошковой металлургией, наглядно проиллюстрированы на выставке «РМ' ТЕС-2001» в Новом-Орлеане [12, 13].
...
Награда присуждена узлу коробки планетарной передачи (рис. 4.13), выполненному «Стекпоулс Кэриэ Системе Дивижен» (Канада). Порошковый узел используется в автомобилях серии 800-Sierra, Silverado, Suburban, Escalade и Corvette, заменяя водило из литого чугуна, и состоит из паукообразной ступицы, выполненной из низколегированной стали, и сцепной муфты, выполненной из медистой стали. Две части
...
спечены в один блок. При пропитке медью паукообразная ступица имеет предел прочности на растяжение 758 МПа с твердостью 25 HRC. Сцепная муфта имеет предел прочности на растяжение 448 МПа и твердость 85 HRB. После спекания проводится ряд дополнительных операций, включая определение размера, обточку ЧПУ, прошивание отверстий, поперечное сверление отверстий и снятие заусенцев.
...
Большой приз получила «Синтерсталь ГмбХ» из Фюссена (ФРГ) за кольцо синхронизатора для ручной передачи, полученное горячим прес-
...
сованием (рис. 4.15). Часть кольца, выполненная из закаленной стали, имеет предел прочности на растяжение 850 МПа. Износостойкое покрытие из бронзового и латунного порошков с кремнеземом и графитом, спеченное в лист толщиной 0,4 мм, приваривается конденсаторной сваркой на конус кольца. Кольцо действует как фрикционная муфта, синхронизируя скорость вращения шестеренок в ручной передаче переключения.
...
«Катерпилер, Инк'с Эдвансид Компактинг Текнолоджи Груп» (США) получила приз за втулку передачи промежуточного вала (рис. 4.16). При
...
4. ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
...
массе 3,6 кг втулка работает в узле «диапазона включения», который используется в коробке передач с переключением скоростей под нагрузкой, установленной в колесных погрузчиках Caterpillar, транспортных тягачах и трелевочных тракторах. Узел состоит из юбки и втулки, полученных при спекании.
...
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о непрерывном подъеме мировой порошковой металлургии как в количественном, так и в качественном отношении. Есть все основания надеяться, что такой подъем сохранится и в будущем, в том числе и в России, в которой для развития порошковой металлургии необходим подъем машиностроения.
...
— увеличение объема научных исследований и опытно-конструкторских разработок по сравнению с конкурирующими технологиями;
...
В настоящем разделе рассматриваются результаты приоритетных исследований по созданию новых материалов, включающих стали и сплавы различных назначений: жаропрочные, высокопрочные, интер-металлиды, нержавеющие стали, стали для магистральных трубопроводов, конструкционный металл для атомной энергетики и др. Значительное число работ посвящено сплавам с особыми физическими свойствами. Если рассматривать конструкционные материалы, то за период с 1996 по 2000 гг. в результате реализации Федеральной подпрограммы «Новые материалы» прочность материалов в сопоставимых единицах увеличилась в 1,5-2 раза, модули упругости - в 2-2,5 раза, температура эксплуатации низкотемпературных материалов — в 1,5 раза, а высокотемпературных - в 1,13 раза. (Данные Министерства промышленности, науки и технологий РФ.)
...
Оборонный и аэрокосмический комплексы являются одними из главных потребителей новых материалов и в первую очередь конструкционных. Новые материалы позволяют увеличить ресурс двигателей, повысить отношение тяги двигателей к их массе, снизить расход топлива и, главное, обеспечить безопасность полетов. По мнению акад. РАН И. Н. Фрид-ляндера, российские конструкционные материалы на основе алюминиевых сплавов являются лучшими в мире по характеристикам вязкого разрушения. Оригинальность решения заключается в том, что допускается появление трещин при одном существенном ограничении. Появившаяся трещина не должна приводить к разрушению конструкции. В соответствии с этой концепцией на крыльях Боинга-747 может появиться трещина длиной 400 мм, но при этом лайнер может выдерживать еще 1000 ч полета. Таким образом, если раньше шла борьба за прочность и пластичность, то теперь добиваются вязкого разрушения.
...
В настоящее время повышение свойств конструкционных сталей достигается главным образом не легированием (возможности которого в значительной мере исчерпаны), а новыми технологиями, в частности, повышением чистоты металла микролегированием и модифицированием. Введение сотых и тысячных долей процента В, Са, Се, La, Ti, Zr, V, Nb, связывающих примеси (С, Р, S, N) в наночастицы, обеспечивает существенное повышение свойств.
...
Комбинация методов порошковой металлургии и механического легирования позволила получить новые типы коррозионностойких сталей
...
сплавов на железной основе с повышенным уровнем термо-, жаростойких и механических свойств. Содержательны и перспективны исследования по высокоазотистым композитам и конструкционным сталям. Важны исследования сплавов с памятью и материалов социальной направленности, биосовместимых с живой тканью, для имплантантов, используемых в медицине.
...
Большие технологические исследования посвящены разработке металлических материалов с нанокристаллической структурой. Эти материалы, обладающие уникальными свойствами, используются практически во всех сферах современных технологий.
...
Интересны и оригинальны исследования по стойкости конструкционных материалов к воздействию мощных плазменных потоков, по созданию термоэлектрических материалов с высокой эффективностью, полученных методом механохимического синтеза; по взаимодействию электромагнитного излучения с системами на основе нанокристалличес-ких и аморфных материалов.
...
В изготовлении указанных сталей широко используются современные высокие нанотехнологии, сверхпластичность, механическое легирование, гранульная металлургия, синтез углеродных нанотрубок, получение ин-терметаллидов и др.
...
Следует отметить, что наибольшей ценностью и наибольшими успехами характеризуются наши работы, связанные с фундаментальным исследованием. Именно этим сильна наша Высшая школа. Ее фундаментальные исследования успешно конкурируют с исследованиями, выполненными в институтах РАН, в отраслевых институтах и за рубежом.
...
Суперсплавы работают в газовых турбинах воздушного, морского автомобильного транспорта, танковых двигателей, газовых турбинах промышленного назначения (газоперекачивающие станции, электростанции) в ракетных двигателях, в космических аппаратах, атомных реакторах' нефтехимическом оборудовании и т. п.
...
В основном, суперсплавы применяются как жаропрочные материалы, но около 15...20 % этих сплавов применяются в качестве коррозионно-стойких материалов в химической, нефтехимической промышленности, тепловой и ядерной энергетике, при производстве стекла, бумажной пульпы и средств борьбы с загрязнением окружающей среды.
...
Жаропрочные суперсплавы в 90-е годы XX в. составляли 40...50% от массы конструкций газовых турбин: газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД). По прогнозам, к 2010 г. эта доля упадет до 30%, так как около 15% придется на новые классы материалов — интерметаллиды (алюминиды) никеля и титана. В расчете на 1 кВт мощности газовой турбины в ней имеется примерно 100 г суперсплавов. При подъеме температуры на входе турбины рост КПД составляет примерно 3,3...3,8 % (абс.) на каждые 100 градусов. В связи с этим температура рабочих газов на входе в турбину непрерывно повышается. Если на промышленных газотурбинных установках ГТУ-2,5П на основе авиадвигателя Д-30 (год сертификации двигателя — 1967 г.) эта температура была 648...753 °С, то на установках ГТУ-16П и ГТУ-25П на основе двигателя ПС-90А (год сертификации двигателя — 1992 г.) она возросла до 1167...1172 °С, а в самом двигателе ПС-90А - до 1367 °С.
...
Основными узлами газовых турбин, в которых используются суперсплавы, являются: камеры сгорания и переходные узлы, направляющие (сопловые) лопатки, рабочие лопатки, турбинные диски.
...
Камеры сгорания. В них горит топливно-воздушная смесь, достигая температур выше 1650 °С. Тонкий слой холодного воздуха, продуваемого компрессором через охлаждающие полости, защищает материал камеры сгорания и разница в температуре металла и пламени может пр£" вышать 850 °С. Стенки камеры должны выдерживать температурные перепады при пуске и остановке турбины. При этом возникают тер-
...
кие напряжения и процессы малоцикловой усталости (МЦУ) и МИЧ умести, вызванные перепадом давления внутри и вне камеры. Т. е. П°Л псплавы здесь должны обладать низким коэффициентом термичес-°ого расширения (КТР), хорошим сопротивлением МЦУ и ползучести при° температурах 800... 1000 °С, хорошей деформируемостью и свариваемостью.
...
Направляющие (сопловые) стационарные лопатки. Эти лопатки на выходе из камеры сгорания ускоряют горячий рабочий поток газов и разворачивают его под нужным углом для входа в рабочую часть турбины. Так как здесь работы газ не совершает, то его температура снижается только за счет подаваемого компрессором воздуха, а так как температура газов превышает температуру плавления металла лопаток, требуется их охлаждение. Равномерное охлаждение практически неосуществимо, и в лопатках возникают термические напряжения, вызывающие МЦУ и усталостное растрескивание. Давление потока газов вызывает высокотемпературную ползучесть металла, который должен обладать высоким сопротивлением ползучести.
...
Рабочие лопатки. Эти лопатки служат для превращения кинетической энергии газов в работу турбины — ее силовых устройств и привода компрессора. Они состоят из лопасти (пера) и замка («ласточкина хвоста»), закрепляющего лопатку в ободе турбинного диска. Часто лопатки имеют еще и промежуточный участок — «голень». Между «голенями» помещают устройства для гашения колебаний лопаток. В конструкциях лопаток предусматриваются конвекционное и пленочное охлаждение. Перепад температур между газом и лопатками здесь ниже, чем в случае сопловых лопаток.
...
Рабочие лопатки, в отличие от сопловых, испытывают сильные центробежные нагрузки. Центробежное ускорение на полувысоте лопатки в Ю... ЮО тыс. раз превышает ускорение силы тяжести. В промышленных ГТУ центробежные напряжения в лопатках составляют около 70 МПа, а 8 авиадвигателях - около 250...300 МПа. Эти напряжения вызывают высокотемпературную ползучесть материала лопаток.
...
Перемещение рабочих лопаток в пространстве с прерывистым газовым потоком в зоне сопловых лопаток может вызвать явление много-йикловой усталости, а необходимость пуска и остановки авиадвигателя приводит к малоцикловой усталости, при которой в большинстве случаев разрушение проходит по телу зерна.
...
временные двигатели характеризуются высокой интенсивностью из-я температуры газа при запусках, увеличением частоты вращения
...
Перепады температур в лопатках вызывают при этом термомеханическую усталость, определяющую характер разрушения этих лопаток. Поскольку она проявляется в виде трещин по границам зерен, ориентированных поперек от нагружения в металле с равноосной микроструктурой, основным направлением повышения долговечности лопаток является переход на лопатки с направленной и монокристаллической структурой
...
Таким образом, материал для рабочих лопаток должен хорошо сопротивляться ползучести, МЦУ, газовой коррозии и окислению, иметь высокие пределы прочности и текучести, иметь хорошую вязкость.
...
Турбинные диски. В этих дисках действуют радиальные центробежные и тангенциальные растягивающие усилия. Пуски и остановки вызывают в дисках явление МЦУ. Число циклов до разрушения определяется при этом как зарождением трещин размером 0,8 мм, так и ростом этих трещин под действием циклических нагрузок. Обозначается это число циклов как Nq
...
Таким образом, материал для дисков должен обладать высокой долговременной прочностью при температурах порядка 650...750°С, иметь высокую вязкость разрушения при этих температурах и хорошее сопротивление МЦУ.
...
Основными служебными характеристиками жаропрочных сплавов являются: длительная прочность, длительная ползучесть, длительная пластичность, надежность (вероятность неразрушения).
...
Длительная прочность. Под этим термином понимается либо долговечность (т ), т. е. время до разрушения в условиях ползучести при данной температуре (Т)
...
Длительная ползучесть. Ее характеризуют либо временем (те) накопления заданной величины деформации е (%) при данной температуре и данной нагрузке, либо пределом ползучести — напряжением, при котором при данной температуре за данное время достигается заданная деформация (ао52
...
Зависимость те от Т и а так же, как и для т , описывается выражением (5.1), имея те же значения коэффициентов b и с. Величина коэффициента а для те меньше, чем для тр. Так, при е = 0,5 % величина а идя т05 примерно на 0,3...1,0 меньше, чем для тр.
...
Длительная пластичность. Она характеризует деформацию разрушения (е , %) при заданных температуре и нагрузке. Связь этих величин описывается выражением
...
Надежность. Надежность, или вероятность неразрушения (/, %) показывает, какой процент неразрушенных образцов данного материала останется к данному моменту времени при данной температуре и данной нагрузке образцов.
...
Надежность материала наряду с так называемым «человеческим фактором» и рядом других факторов определяет надежность работы ГТУ и ГТД, которая в отечественных ГТД отстает от мирового уровня. Так, надежность вылетов самолетов ИЛ-96-300 с двигателем ПС-90А составила в 1997 и 1998 гг. соответственно 98,22 и 98,85 %, в то время как в • 997 г. надежность вылетов самолетов с двигателями CFM-56 (кооперация фирм «Snecma» - Франция и «GE» - США) составила 99,97 %.
...
Надежность материала логнормально зависит от его долговечности и при среднем значении логарифма долговечности (lg тр ) составляет всего 50%. Значения />50% обеспечиваются при lgxp< lgxp
...
и химической однородностью материала. Отсюда одной из важнейщ^ задач металлургии суперсплавов является повышение их физической и химической однородности: при A/S
...
Наряду с указанными характеристиками для суперсплавов имеют важное значение и такие свойства, как кратковременный предел прочности (временное сопротивление) — ов, физический и условный предел текучести — ат, о0 ->, предел выносливости при симметричном повторном изгибе при вращении образца — о_(. Уровень всех этих свойств за время развития металлургии суперсплавов непрерывно увеличивается.
...
История суперсплавов началась с 1929 г., когда впервые в известный нихром 80/20 были добавлены Ti и А1 (Бедфорд, Пиллинг, Мерика), но основной толчок к развитию этих сплавов был дан с появлением реактивной авиации. На первых реактивных двигателях стояли лопатки из аустенитных нержавеющих сталей с очень малым ресурсом долговечности. К 1941 г. в Англии для двигателя «Бритиш Уиттл» был разработан сплав на основе никеля Nimonic 75 (нихром 80/20 + 0,4 % Ti + 0,10 % С). Через год появился сплав Nimonic 80 с более высоким содержанием титана, а затем и Nimonic 80А с 2,4 % Ti и 1,4 % А1, впервые диспер-сноупрочненный выделениями /-фазы — Ni3(Al, Ti). Этот сплав явился прототипом первого российского жаропрочного сплава ХН77ТЮ (ЭИ437).
...
няло формирование карбида Сг23С4, удерживало Сг в растворе и обеспечивало защиту сплава от высокотемпературной коррозии.
...
Наряду с совершенствованием состава сплавов шел и быстрый прогресс в технологии их получения. Очень быстро (с начала 50-х годов XX в) на смену открытой плавке для большинства сплавов пришли процессы спецэлектрометаллургии: выплавка в вакуумных индукционных печах (ВИП) или в плазменных печах с керамическим тиглем (ППКТ) с последующими рафинирующими переплавами — ВДП, ЭЛП, ЭШП, ПДП. В 1981 г. в США был разработан процесс вакуумного дугового двухэлектродного переплава (VADER-процесс), позволивший получать металлы с высокой степенью химической и физической однородности, мелким равноосным зерном и высокой степенью технологической пластичности. Ко второй половине 60-х годов XX в. технологическая пластичность стала лимитирующим звеном разработки новых сплавов. Легирование сплавов с целью повышения их эксплуатационных характеристик достигло такой степени, что из-за очень низкой пластичности и узкого диапазона температур деформации слитков, включая слитки ВДП, ЭЛП, ЭШП и ПДП, их уже практически невозможно было деформировать. Кроме того, в этих слитках новых высоколегированных сплавов с грубой столбчатой структурой наблюдалась сильная дендритная ликвация и большой разброс в механических свойствах.
...
В связи с этим за рубежом уже в конце 60-х годов («Pratt and Whitney Aircraft», Канада), а в России с начала 70-х годов (ВИЛС) начались работы по порошковой (гранульной) технологии получения заготовок и изделий из этих сплавов.
...
Из пяти основных механизмов упрочнения суперсплавов — твердорастворного, дисперсного (дисперсионного), зернограничного, деформационного и текстурного — от природы сплава зависят первые три. В двух первых случаях упрочнение объясняется действием внутренних напряжений, возникающих в результате внедрения в упругую матрицу либо растворенных атомов (твердорастворное упрочнение), либо частиц второй фазы. Если частицы второй фазы выделяются из твердого раствора при старении, то они называются «преципитатами», а упрочнение — дисперсионным. Если же дисперсные частицы искусственно вводятся в сплав, то они называются «дисперсоидами», а упрочнение — Дисперсным. В этом втором случае речь идет об искусственных компо-
...
зиционных материалах типа ТД-никеля, упрочненных частицами оксидов Th02,Y20, А1203 и т. п. В первом же случае речь идет о классических суперсплавах.
...
В настоящее время никелевые сплавы составляют основную массу суперсплавов для лопаток и дисков. Именно они должны обеспечивать работоспособность и надежность авиационных двигателей с ресурсом 20...50 тыс. ч и промышленных турбин с ресурсом 100 тыс. ч.
...
Упрочнение этих сплавов идет, главным образом, по дисперсионному механизму за счет выделения частиц /-фазы состава Ni3Al (в сплавах с А1 без Ti) и Ni3(Al, Ti) в сплавах с А1 и Ti. В сложнолегирован-ных сплавах в нее могут входить и другие элементы. С повышением концентраций А1 и Ti и при соответствующем росте объемной доли У
...
Кроме того, выделяют две подгруппы элементов: карбидообразующие (Сг, Mo, W, Nb, Та, Ti, Zr, Hf) и оксидообразующие (Сг, А1). Именно поверхностные пленки оксидов Сг и А1 защищают металл от газовой коррозии.
...
Никелевые сплавы на базе у-матрицы допускают широкие пределы легирования без нарушения фазовой стабильности, что очень важно, так как большинство легирующих относятся к а-образующим элементам. Общее содержание этих легирующих элементов должно находиться в определенных пределах порядка 24...26 %. Поэтому при упрочнении сплавов за счет дисперсионного механизма с увеличением доли у-фазы при росте содержания А1 и Ti следует уменьшать сумму Cr + Mo +W + Nb. Чтобы при этом сохранить и даже усилить механизм твердорастворного
...
чнения за счет увеличения содержания Мо и W, приходится снижать содержание хрома. В новейших сплавах хром снижен до 8... 12%, а в лопаточных сплавах типа RSR (фирма «Pratt and Whitney Aircraft*, Канада) даже до нуля при сумме Мо + А1, Мо + Та+А1, Mo+W
...
В связи с этим последнее время активно разрабатываются сплавы с высоким рением (до 10%), так как рений, будучи элементом с гексагональной решеткой типа A3, легко переходящей в решетку ГЦК, упрочняет твердый раствор у-матрицы без опасности появления а-фазы и замедляет диффузию легирующих в матрице.
...
В твердом растворе у-матрицы обычно присутствуют Со, Fe, Сг, Мо, W, Ti, AI, Nb. При этом наивысшую упрочняющую способность имеют Мо, W и А1, однако роль А1 невелика, так как основная его масса связана в "/-фазу.
...
Еще одной особенностью /-фазы, кроме указанных выше, является ее пластичность, что не дает ей стать источников разрушения в отличие от таких хрупких фаз, как с-фаза.
...
Форма частиц /-фазы зависит от степени несоответствия ее параметров параметру матрицы. При несоответствии порядка 0...0,2 % образуются сферические частицы, при несоответствии порядка 0,5...1,0% — кубические, при несоответствии больше 1,25 % — пластинчатые. В свою очередь, несоответствие является функцией состава матрицы и преципитата.
...
1. Для низкотемпературной прочности растворимые добавки должны обеспечивать большое размерное несоответствие, преципитаты должны быть крупными, когерентными матрице, с большим несоответствием решетке матрицы, зерно должно быть мелким.
...
2. Для высокотемпературной прочности растворимые добавки должны обеспечивать большое размерное несоответствие, преципитаты должны быть когерентны матрице, но быть мелко- и сверхмелкодисперсными (< 0,1 мкм), зерно при температурах выше 0,57^
...
3- Для сопротивления ползучести кристаллическая структура должна быть плотноупакованной и устойчивой до 7^,
...
ент диффузии в матрице; преципитаты должны быть некогерентньщи матрице, мелкими и сверхмелкими, с низким размерным несоответствием, иметь высокую объемную долю; дисперсоиды (и волокна в композитах) должны быть термодинамически устойчивы в матрице, иметь высокую объемную долю и быть (дисперсоиды) мелко- и сверхмелкодисперсными; зерно должно быть крупным, в раде случаев вплоть д0 монокристаллической структуры.
...
Кроме того, к этим сплавам предъявляются высокие требования по чистоте от вредных примесей. В США установлены следующие верхние границы, % (масс): Bi — 5 - 1(Г6; Те, Se, TI, Cd - 5 • КГ4; Ag, Pb - 1 • 1(Г3; Sb, As -
...
В последнее время ужесточаются требования к чистоте металла по сере. В раде случаев (лопаточные сплавы) ее требуется до 1 • 1(Г3 %, так как в процессе эксплуатации изделий она переходит в металл из топлива.
...
Общий недостаток никелевых сплавов — их высокая стоимость, связанная с высокими ценами на их составляющие, в том числе и на никель. В последние годы эти цены были в следующих пределах (тыс. долл./т): никель (электролит.) - 4,5...7,5; никель (карбонильн.) — 14,5...15,0; железо (губка) — 0,7...0,75; железо (карбонильн.) — 10,0...11,0; железо (электролит.) - 6,5...7,0; кобальт — 30,0; хром — 8,0; титан — 2,4...2,5; алюминий — 1,3... 1,7; цирконий — 22,0; гафний — 240; вольфрам — 10,0; молибден - 12,0; ниобий - 20,0; тантал - 400...600; рений - 1300...1450.
...
Достоинством этих сплавов является более низкая стоимость по сравнению с никелевыми из-за меньшего содержания никеля и дорогих легирующих. Никеля в них обычно 25...60 %, железа — 15...60%. Недостатком же является более низкая температура службы из-за меньшего содержания упрочняющих фаз и более низкой температуры их растворения (сольвуса) в матрице. Механизмы их упрочнения аналогичны таковым в никелевых сплавах, а по типу упрочняющей фазы их можно разделить на три группы:
...
Интересна у"-фаза, являющаяся метастабильной формой интерметал-лида Ni3Nb, имеющего стабильную форму гексагональной хрупкой 5-фазы. В свою очередь, /'-фаза имеет объемноцентрированную тетрагональную (ОЦТ) решетку, т. е. упаковку из двух кубов, близких по типу к ГЦК /-фазе.
...
Для получения в сплавах у"-фазы в них вводят 3...5 % Nb. Так как в этих сплавах содержатся также А1 и Ti, то в них выделяется также и /-фаза, и упрочнение является комплексным. Соотношение между у-- и /'-фазами зависит от конкретного состава.
...
Выделения /'-фазы имеют форму дисков диаметром 60 нм и толщиной 5...9 нм. Для слитков рафинирующих переплавов сплавов с /'-фазой (типа IN-718) характерен дефект «пятнистой ликвации» — скоплений дисков /'-фазы и игл 8-фазы.
...
В интервале 650...700°С превращение дисков /'-»5 требует сотен и даже тысяч часов, но резко убыстряется выше 700 °С. Поэтому сплавы с /'-фазой рассчитаны для работы при температурах до 650 °С и благодаря своей относительной дешевизне остаются перспективными для работы при этих температурах, тем более что в последние годы разработан процесс передела сплавов с /- и /'-фазами, обеспечивающий уровень их прочности, сравнимый с прочностью никелевых сплавов. Это процесс «direct—age processing» («ковка—закалка—старение»), при котором горячая деформация идет при температуре сольвуса (или ниже) г|- или 5-фаз и заканчивается закалкой под ковочной нагрузкой с немедленным старением (без гомогенизирующего отжига), что сохраняет ковочную деформацию.
...
Кобальтовые сплавы используются значительно реже, чем никелевые и железоникелевые (главным образом, по причине высокой стоимости кобальта, которая в 5—6 раз выше стоимости никеля), хотя они и име-ют определенные достоинства:
...
~" пологую, без резкого падения как у никелевых сплавов, зависимость длительной прочности от температуры, что обеспечивает их лучшую работоспособность при температурах выше 800...900°С;
...
— лучшую свариваемость и сопротивление термической усталости. Используются эти сплавы как в деформированном, так и в литом
...
виде. За рубежом (США) их используют для рабочих и сопловых лопаток, работающих при 1100...1150 °С, лопаток турбокомпрессоров, изделий из листов, работающих при 700...980°С.
...
Интерметаллидное упрочнение здесь не используется, так как в системе Со—А1 отсутствуют интерметаллиды с ГЦК решеткой, а /-фаза, устойчивая до 760 °С, получается только в виде сложного интерметал-лида (Ni, Со)3А1 при введении в него не менее 28 % Ni. При нагреве выше 760 °С она превращается либо в г|-фазу, либо в фазу Лавеса типа А2В в виде пластинок, снижающих прочность сплава. Упрочнение до 900 °С возможно за счет гексагональной фазы f$-Co3Ta при введении в сплав 15%
...
Для стабилизации ГЦК структуры в сплавы вводят никель, который при 12...15% увеличивает твердость и прочность сплавов, а при 20 % -длительную прочность.
...
Твердорастворное упрочнение достигается введением вольфрама (до 15%) и молибдена (до 5...6 %). Хром (20...25 %) придает сплавам коррозионную стойкость и участвует в карбидном упрочнении. Кроме того, для карбидного упрочнения вводят Ti, Zr, Nb, Та и, естественно, углерод. Диапазон концентраций углерода очень широк: от 0,07 до 0,85 %, но для большинства сплавов лежит в пределах 0,15...0,40 %.
...
Карбиды в сплавах присутствуют в виде соединений типа М3С2, М7С3, М23СЙ, где М — в основном Сг, частично замещенный Со, W,
...
Распад карбидов М7С3 по реакции 2Сг7С3 + 9[Сг] = Сг23С6 повышает прочность сплавов, но снижает низкотемпературную пластичность. Главным фактором упрочнения является комбинация карбидов МС и М23С6.
...
Поскольку в кобальтовых сплавах отсутствуют, как правило, Ti и AJ, технология их производства не требует сложных вакуумных процессов. Их плавят либо в аргоне, либо вообще на воздухе.
...
Сплавы для лопаток ГТД должны работать при температурах до 1200 °С с деформацией ползучести не выше 0,2...0,5 % при ресурсе 8... 10 тыс. ч. В связи с этим создаются не только новые композиции сплавов, но и новые технологии получения литых сплавов — методы направленной кристаллизации.
...
Методами направленной кристаллизации получают поликристаллические лопатки со столбчатыми зернами, вытянутыми вдоль оси отливки (НК-отливки), монокристаллические (МК) лопатки, состоящие из одного большого зерна, и так называемые «направленные эвтектики» (НЭ) — естественные композиты, армированные волокнами, возникающими в процессе кристаллизации.
...
Материал таких отливок превосходит материалы отливок с равноосной кристаллизацией (РК) по целому ряду свойств: условному пределу ползучести, мало- и многоцикловой усталости и эксплуатационному ресурсу. Вместе с тем разрабатываются и новые РК-сплавы с высокими свойствами, в частности для двигателей малого ресурса, и высокой рабочей температурой (сплав ЖС16).
...
Принципиально новым классом РК-материалов являются сейчас сплавы на основе интерметаллида Ni3Al(Ti): сплавы типа ВКНА-1ЛК и ВКНА-4 [2].
...
Сплав ВКНА-1ЛК, легированный небольшим количеством Сг и W, на 96% состоит из гомогенной /-матрицы, упрочненной 1,5...2,0% карбидов МС. При />
...
Большим достоинством сплавов ВКНА является их меньшая стоимость по сравнению с традиционными сплавами за счет более высокого содержания дешевого алюминия и меньшего содержания дорогих легирующих элементов и более низкая (на 8...10%) плотность, что дополнительно повышает их удельные свойства.
...
Направленная многозеренная структура (сплавы НК) впервые была получена в 1960 г. Отсутствие границ зерен, перпендикулярных оси внешней нагрузки, повысило прочность материала по сравнению с РК-сплавами. Наряду с традиционными сплавами, в которых можно создавать структуру НК, в России (ВИАМ) применительно к условиям НК разработаны специальные сплавы: ЖС26-НК, ЖС26-ВНК, ЖС32-ВНК. В сплавах ЖС26 по сравнению с традиционными сплавами снижены Сг, Zr и Hf, что сузило интервал кристаллизации и уровень дендритной ликвации, а также повысило температуру растворения у-фазы. Лопатки из сплава ЖС26-ВНК получают при более высокой скорости кристаллизации (до 20 мм/мин). При t = 900...1000 °С его свойства выше, чем у сплава ЖС26-НК, а при t=
...
Это материал для рабочих лопаток ГТД. В монокристаллических отливках границы зерен, т. е. места зарождения разрушений, вообще отсутствуют. Это позволяет за счет гомогенизирующей термообработки измельчить частицы у-фазы, улучшить их распределение и тем самым повысить прочность сплавов. Кроме того, создание низкомодульной
...
структуры <001>, параллельной направлению кристаллизации, повышает сопротивление термической усталости, и хотя по комплексу характеристик жаропрочности это направление уступает направлению <111>, оно часто является предпочтительным.
...
Поскольку при МК-структуре отливок отсутствует зернограничное упрочнение, то в сплавах, специально разработанных для таких отливок, как правило, отсутствуют карбидообразующие элементы (Hf, Zr), а углерод сведен к технологически возможному минимуму (0,002...0,004 %). Небольшие добавки Hf или Y могут вводиться для создания защитных пленок НЮ2 и Y203 для компенсации снижения жаростойкости из-за пониженного (до 4...6 %) хрома, что, в свою очередь, связано с высоким суммарным содержанием ос-образующих элементов [I (W + Мо + Та + AJ + + Ti) = 20...23 %].
...
МК-сплавы I поколения (ЖС30М, ЖС40, RENE-4, PWA-1480 и т.п.), не содержавшие рения, имели около 60 % у-фазы (об.) и более высокие по сравнению с НК-сплавами значения температур солидуса и сольвуса У-фазы. В сплавы II поколения был введен Re в количестве до 3 %, а объемная доля у-фазы повысилась до 65...74 % (ЖС36, RENE-N5, PWA-1484 и т.п.). В 90-х годах XX в. за рубежом были разработаны сплавы III поколения (RENE-6, CMSX-10) с рением до 6 %, в которых, однако, возникли проблемы в связи с образованием нежелательных ТПУ фаз, содержащих Re, W, Мо, Сг. Выпадение этих фаз обедняет твердый раствор легирующими элементами и снижает эффект твердофазного упрочнения.
...
Однако с выпадением ТПУ фаз можно успешно бороться, если создать при кристаллизации условия для подавления процессов ликвации. Созданная в России (ВИАМ) уникальная высокоградиентная технология получения МК-сплавов позволила разработать сплавы для двигателей самолетов V поколения с рением до 10 % типа ЖС50 (6 % Re) и ЖС55 (9 % Re). При соответствующем охлаждении лопатки из такого сплава способны работать при стехиометрической температуре газов до 2200 К. Существенно (в 5 раз) растет ресурс двигателя, что окупает затраты на дорогой рений в сплаве. Сплав ЖС55 имеет длительную прочность (МПа): а™
...
Естественно, что к МК-сплавам предъявляются высокие требования по чистоте от вредных примесей. Содержание кислорода и азота должно быть не выше предела их растворимости в никеле (< 0,0001 %) во избежание образования неметаллических включений, снижающих цик-
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы