симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 1), страница 8

Это технологическое нововведение послужило основой и стимулом для создания новых сплавов, предназначенных для направленной кристаллизации, в том числе в виде 40 Рис.1.12. Лопатки современного аннадвигателя (слева) и современной промышленной газоной турбины (спрана), изготовленные методом литья по выплавляемым моделям монокристаллов и направленно кристаллизуюшихся эвтектик. Будущее эвтектик пока неопределенно.

Что же касается монокристаллов и направленно кристаллизующихся отливок, то сегодня они — непременная часть промышленной продукции из суперсплавов. Достоинства этих прочных, коррозионностойких сплавов, обладающих высоким сопротивлением усталости, в том числе термической, реализованы в материале турбин высокого давления. Материалы такого рода успешно используют во множестве разнообразных турбин.

В то же самое время группа сотрудников во главе с Андерсом внедрила на фирме "РпРоп1" метод дисперсного оксидного упрочнения. Реализуемое методами порошковой металлургии, оно характеризуется созданием очень мелкодисперсной структуры и возникновением сверхпластичности сплавов. В сочетании с высокой кратковременной прочностью механически легированные деформируемые сплавы, дисперсно упроч- 41 я Огас и.х э.

1а хзглшу гэ гшп ГШ !Ягэа ПП НИ Рзит НЬ и Гуур грвгг Рис.1.13. Открытиа и разработки [7[ в области суперсплавов [ХС вЂ” сплавы, деформнруемые вхолоднув ("Кгарр"); СЛ вЂ” сплавы для литья по выплавляемым моделям ("Наупез"); СВ — суперсплавы вакуумной выплавки ($МС); СИгх— сварка в инертной атмосеере (ОЕ); ЗП вЂ” эашнтные покрытиа ("Сйгопгайой"); ТЛ вЂ” дисперсное унрочненне оксндными частицами — сплавы ТД-никель ("Впропс"); ППР— порошки, получаемые распылением; НК вЂ” лопатки с лопастьв, изготовленные методом направленной кристаллизации (РФ%); СЭП вЂ” суперсплавы, изготавливаемые методом злектродуговой плавки ("Наупеэ"); ЛД вЂ” литые детали с полостямн для воздушного охлаидения ("%1йй(п"); ГИП вЂ” горячее нэосгатическое прсстование ("Вацейе"); ЛМЛ вЂ” лопатки с монокрнсгаллнческой лопастьв (РФ%); ДСП вЂ” деформирование в режиме сверхпластичности (РФ%); СМЛЛ вЂ” сплавы, получаемые методом механического легнронания, содериагпне 3' -Фазу и днсперсноупрочненные оксидными частицами (ечсО); тзп — теплоэашатные покрыпш (РЙ%); ПМ вЂ” диски турбин, иэотавлнваемые методами порошховой металлургии; ЛΠ— лазерная обработка (РФ%); ППР— покрытия, нанесенные методом плазменного напылениа; ЗΠ— защитная облицовка (ОЕ); МБК вЂ” производство сплавов методом быстрой кристаллизации (РЙ%); НКЭС вЂ” направленная кристаллизация звтектнческнх сплавов (РФ% и ОЕ); М — плавка методом Надера (ЗМС); ВΠ— водяное охлаждение (ОЕ); ТВЛ вЂ” изготовление турбин для вертолетных двигателей (диск с лопатками из единой заготовки); КМ вЂ” детали из композитных материалов[ пенные оксидами могут сохранять приемлемую длительную прочность примерно до 0,9Тп„.

К сожалению, необходимость интенсивной обработки давлением [изделия из сплавов этого типа не могут быть получены литьем) несколько ограничивает их применение. Когда возникали проблемы из-за фазового охрупчивания, горячей коррозии и просто сильно ограниченной пластичности, их удавалось преодолеть посредством новых талантливых решений в области технологии обработки.

Эти решения базировались на передовых знаниях о природе твердого тела, новых и новаторских средствах осуществления обработки и проведения исследований. Добавим, что сложные, с многочисленными внутренними связями, процессы обработки состоят не только из "ковки" и "литья", но включают и фильтрование расплавов, и управление теплоотводом при производстве монокристаллов, и распыление при производстве порошков, и сверхбыстрое охлаждение для подавления структурообразования или, напротив, создания новых структур, и изотермическую ковку, позволяющую с чрезвычайной тшательностью управлять течением металлов.

Однако качание маятника продолжается, фазы прогресса меняют одна другую, и очередная фаза "новых методов" обработки открывает возможности для новой фазы в развитии легирования. Но на этот раз подход к легированию явно более деликатен. Это, например, управление на тонком уровне элементами границ субзерен в монокристаллических сплавах. Конечно, все упомянутые процессы и методы обработки каким-либо образом взаимосвязаны. 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. Чтобы систематизировать картину в целом, на рис.1.14 дана схема процесса производства и обработки суперсплавов.

Таким образом, ясно, что спустя годы усовершенствований, в основном за счет модернизации легирования, наступило время, породившее поток новых процессов обработки, которые позволили создавать суперсплавы еше более высокого качества. Во взаимодействии друг с другом выигрывают и обработка, и легирование, однако середина 80-х гг. несомненно принадлежит веку обработки.

43 хре ! лен- - * х х Ряс.1.14. Схееха яронзводства и применении суперсплааов 45 1.5. Неудачные решения Прогресс в повышении механической надежности суперсплавов при высоких температурах в коррозионных атмосферах был поистине выдающимся. К сожалению, как это случается и с другими технологиями, этот прогресс не идет без отступлений и поражений. Выход из таких поражений- фундамент для нового прогресса. Несколько слов о "неудачных решениях", частично упомянутых выше, дадут представление о дальнейших перспективах. В 40-х гг. обна ружили, что сплавы на кобальтовой основе (например, %1аПшш) склонны к перенасыщению углеродом и, как следствие, к неуправляемому упрочнению (твердению) старением, сильно снижающему рабо ботоспосо точ~ой ь [ ).

оследствия такого рода предотвращали б олее дозировкои при легировании углеродом и ка би базю ими э р у щ и элементами, совершенствованием термической обработки. В результате впервые был создан удачный сила план лопатк ) д литья лопаток по выплавляемым моделя . Т м. акие тки использованы в первом разработанном в США турбореактивном авиадвигателе. Аналогичные затруднения возникли в 60- -х гг., когда содержание хрома в никелевых суперсплавах снижали, чтобы улучшить сопротивление ползучести, а вызывали снижение было стойкости против окисления и горячей к С ыло значительное снижение долговечности сплавов п именя вшихся в в различных промышленных газовых турбинах, а также авиадвигателях, предназначенных для работы в засоленной атмосфере.

Проблему решили, улучшив соотношение хрома, алюминия и титана в совокупност и с применением защитных покрытий. В 50-е гг. аз або и по р р тка сплавов шла настолько интенси д таким давлением, что привела к перенасыщению никесивно левых сплавов упрочняюшими легирующими элементами. Пох" в виде пласследствия выразились во "внезапных неудачах" в тинчатых выделений вредных фаз.

Эти твердые пластинки пи р-фаз вызывали преждевременное растрескивание сплава и снижали его надежно д ость в условиях ползучести (длительную ление прочность). Проблему решили, применив на это а этот раз управфазовым составом с использованием м компьютерной р раммы КОМП (РНАСОМР). Можно полагать, что ФАКОМП- ; первое непосредственное применение электронной теории 'твердого тела в науке о сплавах с привлечением компьютерных методов анализа фазового состава.

Описание природы 'этих фаз, обладающих повышенной твердостью, и способов управления ими дано в гл.8. Неудачи с кобальтовыми сплавами, возникшие в 50-х гг., заставили обратиться к сплавам на основе никеля. Мир немедленно забыл пройденнъэй урок, и то же самое случилось в конце 70-х гг.„когда коммунистическое вторжение в Конго стало началом серии событий, порожденных скорее низкой культурой производства, плохого обслуживания и коррупции, нежели пилотажем, — выполнением мертвых петель. Расходы потребовались невероятные.

Автор этой главы подсчитал, что в 1979-1980 гг. только в США промышленники платили еознагралсдения в полмиллиарда долларов в год за кобальт. Одновременно возник дефицит других элементов, в частности, Та и Мо, цена которых соответственно возросла. По-видимому сегодня уделяют должное внимание снижению потребности в "стратегически важных" элементах, использованию лома и созданию необходимых правительственных запасов. Суперсплавы дважды были призваны обществом занять "позицию" главного жаропрочного конструкционного материала, "дышащего воздухом". Впервые это произошло в 50-хгг.

при неудачных попытках использовать тугоплавкие металлы. К сожалению, оказалось невозможным защитить сплавы на основе тугоплавких металлов от поверхностного воздействия среды, и надежда на их использование умерла. Во второй раз это происходит уже в наше время — за 25 лет успели многому научиться, затратив много сил на разработку керамических материалов для турбин и других устройств, нуждающихся в деталях повышенной жаронрочности. На этом направлении действовали с невиданной активностью, но почти за 10 лет усилий так и не получили керамических материалов, пригодных для изготовления требуемых деталей. Недавние широкомасштабные испытания керамических материалов оказались неудачными, и предметом внимания стали "керамические композиты".