симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 1), страница 3

х б ю к ис- В свази с повелением технологическик процессов, включающих ыструю кристаллизацию, стали разрабатывать и исследовать сплавы еше более сложные, использ я и и этом новые возможности еше более точного контрола и регулировапользуя при этом ния сегрегации примесей, управлениа по выбору структуро т й той или иной фазы. Более того, создание сверхтонкого зерна и структур методами порошковой металлургии спечиаает обе легкость достижения и использования сверкпласгичности. Ставда о линейные сплавы тина 1Гч-100 и МАК-М 509 изготавливают очень прочными при низких и промежуточиык температурах и в то же время легко приоб ми сложные формы, включая почти окончательные формы рабочей ретаюши и детали.

Кто мог бы предвидеть в 1960-х гг., что такой литейны спл 1о-100, можно будет сделать сверхпласгичным и использовать в качестве материала для дисков, работающих при 650 — 700 оС? Можно полагать, что создание структур, еч , обсел ивающих сверхпластичность, окажет решающее влияние на технологию производства и обработки суперсплавов. Наконец мы можем наблюдать начало довольно широкого применения сплавов, п чняемых дисперсными частицами оксидов; для производства этих сплавов используют также комплекс методов легированиа и ра ки, д прошедшие годы.

Механическое легироваиие (с использованием тонкодисперсных полностью легированных порошков) и быстрая кристаллизация позволят применять сплавы на основе бб и Со, упрочнеиные дисперсными оксидиыми частицами, при температурах, не превышающих 1100 С. о Применять сплавы, плавящиеся ниже 1400 оС, при 1100 оС и выше, т.е. при температуре, превышающей 80% абсолютной температуры плавления сплава? )Та, зто время наступило. Используя композитные материалы с металлической матрицей, можно дсктичь и болыпей доли температуры плавления. Таким образом, чрезвычайно активная шаимосвязь процессов легирования, кимического состава и структуры в совокупности с превосходным научным обеспечением в виде нзучениа структуры, свойств и стабильности создали для суперсплавов такое положение в машиностроении, которое даже не снилось их первым исследователям и разработчикам! Насгояшая книга играет очень важную роль для использования и постоянного развитиа этих успехов в промышленности, особенно когда над сплавами и материалами-заменителами думают и работают, но еще не проиэнодят их для реого п именинна.

Труды, вошедшие в настоящую кингу, и должны спечить модель для ряда этих новых материалов, изучаемык для того, чтобы с и мощью заменить или превзойти суверсплавы. ВВЕДЕНИЕ За прошедшие годы было предложено много определений термина суперсплавы. По нашему мнению, это сплавы, имеющие в основе элементы ЧП1 группы, разработанные для эксплуатации при повышенных температурах и проявляющие в совокупности достаточную механическую прочность и устойчивость поверхности. Прогресс в развитии суперсплавов сделал возможнъ1м 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. Книга "Суперсплавы", опубликованная в 1972 г., была первой исчерпывающей монографией по данному предмету. К двадцати главам, представленным двадцатью восемью специалистами, была приложена подборка фазовых диаграмм и сведений о механических свойствах и химическом составе многих промышленных суперсплавов. Несколько лет назад стало ясно, что требуется переработка, настолько интенсивным оказался прогресс в области выплавки, легирования и способов обработки. В последние годы опубликованы прекраснъ~е работы, но ни одна из них не дала столь полного изложения предмета, как "Суперсплавы". По этой причине в начале 1985 г.

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.д. Хотя многие главы были полностью переписаны (а некоторые вообще написаны другими авторами), есть главы, содержание которых' просто интенсивно обновлено (например, "Природа упрочнения", "Сплавы на основе никеля") или оставлено почти неизменным (например, глава о сварке). Поскольку современные суперсплавы работают при температурах, при ближающихся к уровню 90% их абсолютной температуры плавления, возможности дальнейшего совершенствования газовых турбин ожидают от новых материалов: керамики, тугоплавких металлов (ниобия), композитов, интерметаллических соеди- 14 Честер Т.Си.ис Нор дан С.СтолоФф Уильца К.Хагель 15 Троя, Нью-Йорк Энн Арбор, Мичиган Октябрь 198б г.

нений. Поэтому в новую книгу включена глава, посвященная а смен с е сплавам. материалам, которые должны прийти на смену уп р С д ой стороны, из книги исключены главы, посвященные обработке резанием и сплавам на основе р . у луг другои сторо х ома. К с ам мате риз ловедов-разработчиков и для по р ля полноты ка тины в книгу введена также новая глава о проектировании суперсплавоа Как и в предыдушем издании, в каждой главе поставлено целью дать и нау и на чные, и технические основы, необходимые для понимания рассматриваемых в ней проблем.

Посвящение целой главы на а ы направленной кристаллизации или только де орко быст о мируемы м сплавам прямо свидетельствует, насколько ыстро то ов об аботки. и постоянно происходит внедрение новых методов о ра Следует отметить, что хотя авторы данной книги все из США, она достаточно полно отражает результаты активного исследования, разработок и применения суперсплавов в Японии, странах Западной Европы и Советском Союзе. Примером активнои ра боты в этой области, проводимой странами ы ОБТ 50 Европейского сообщества, могут служить программы С и СОБТ 501. Полагаем, что книга "Супе ролланы 1Г' может быть использована в совокупности со сборниками трудов по супер сплавам таких регулярных конференций, как "8ечел Брг(пбз Мает(пбз" в США и изданий СОБТ по материалам конференции в Бельгии.

Это позволило бы полностью характеризовать положение суперсплавов и в промышленности, и в торговом обмене. Для облегчения чтения текста его математическое обеспечение было сокрашено до минимума. Можно верить, однако, что несмотря на это, авторам удалось сохранить особую п олезность книги как учебного пособия для колледжей и ивеускоренных курсов по суперсплавам. В приложении Б привден перечень официальных торговых марок сплавов. Редакторы выражают особую признательность авторам, потратившим много времени и усилий на подготовку своих глав, а также на критические замечания по тексту, его проверке и предоставлении необходимой информации авторам книги.

Часть 1. ОБЩИЕ СВЕДЕИИЯ Глава 1. СУПЕРСПЛАВЫ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ПРИРОДА 1.1. Истоки и применение Маигины Честер Т.Симе (С]зевуег Т.Ятх, Кецяяе]аег Ро]у1ес]зп[с 1пя61ц[е, Тгоу, ]чем Уог]г) Суперсплавы представляют класс матервалов, который трудно вмесппь в какие-лабо строгие рамки. Однако определенве, прввятое в кввге "Суперсплавы' [1] около 14 лет назад, оказалось вполне приемлемым: "Суперсплав- это сплав, как правило, ва основе элементов УШ группы периодической системы, разработанный днл зксплуатацвн прн повышенной температуре под воздействием сравнительно высоких мекаввческих нагрузок в условиях, при которык от материала часто требуется высокая поверхностная стабвльность".

Различают трн основнык класса суперсплавов в соо нетствии с ик основой: никелевые, кобальтовые н суперсплавы на основе железа. Кроме того, выделяют важную подгруппу суперсплапов, содержащих в значительных колвчеспюх и никель, н железо н обладаюшнк металлургическими карактеристнкамн, аналогичныэш таковым у сплавов ва основе ввкеля. Их называют зселезоинкелевыми суперсплавамн. Из широкого набора металлургических матервалов, поставляемых на рынок, суперсплавы эксплуатируют при температурах, наиболее близких к температуре плавления. Реализовать в очень большой мере воэможности текнологии высокотемпературного машиностроения удалось благодаря суперсплавам. Овн работают "на переднем" крае газовык турбин, пршюдюпик в двизсение реактивные самолеты. В свою очередь применение реактивнык двигателей яввлось главным стимулом для создания н применения суперсплавов.

Однако помимо газовык турбин возцушного, морского, автомобвльвого транспорта н промышленного назначения суперсплавы находят применение в космических кораблях, ракетных двигателяк, атомнык реакторах, подводпык лодках, паровых теплоцептралак и нефтехимическом оборудовании.