симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 65

Наиболее перспективным из известных в настоящее время процессов представляется рафинирование методом электронно-лучевого переплава на холодном полу (ЭЛПХП) [81.Метод ЭЛПХП с успехом применяется и для переплавки высококачественных заготовок из суперсплавов при вакуумном точном литье лопастей лопаток и деталей конструкции [9[. Этот и другие конкурирующие методы получения сплавов высокой чистоты, такие как электрошлаковый переплав (ЭШП) и плазменно-дуговая плавка (ПЛП), получают все более широкое распространение из-за обеспечиваемых ими возможностей повышения чистоты суперсплавов и точного управления их химическим составом.

Такие процессы, как ЭЛПХП, ЭШП и ПЛП,вместе с процессом вакуумной индукционной плавки (ВИП) будут применяться для осуществления первичного плавления. Хотя ВИП и является одним из наиболее старых процессов, но по своей способности плавить шихту самого разного состава, от 100% чистых элементов до 100% металлического лома, он также считается и одним из самых гибких процессов. Для повышения чистоты сплавов, получаемых методом ВИП, предложено разливку расплава в изложницу производить через керамические 333 фильтры, что способствует удалению оксидов [10).

Эта новая разновидность процесса ВИП уже применяется некоторыми фирмами-изготовителями сплавов', а на других фирмах такая возможность изучается. В настояшее время представляется, что на смену процессу ВИМ ч. ВДП (вакуумно-дуговой переплав) при производстве самых разных сплавов придет процесс ЗИМ+ ЭШП, преимущество которого заключается в лучшей технологичности слитка после ЭШП. Применение ВИМ+ЭЛПХП или ПДП процессов вследствие их высокой стоимости будет, вероятно, ограничено 'областью производства высокопрочных сплавов для турбинных дисков. Степень чистоты сплавов может определяться с помощью метода электронно-лучевой луночной плавки при выработке опирающегося на разработанные технические задания критерия приемки или отбраковки сплавов. В качестве критерия предполагается рассматривать наличие или отсутствие "плотика" из оксидов на вершине "лепешки" расплавленного металла массой -0,5 — 1 кг. 20.3.

Легирующие микроэлементы и следы примесей Появление современных методов выплавки монокристаллов стало возможным в результате разработки эффективных способов удаления бора, углерода и циркония из состава сплавов [4,5[. Производство переплавленных заготовок чистых сплавов требует более точного контроля за содержанием этих элементов, чем в исходных суперсплавах, Дальнейшие этапы разработки монокристаллических сплавов будут включать в себя создание сплавов с рением, обладающих повышенным сопротивлением ползучести [11,12), и сплавов с небольшими добавками гафния и иттрия, обеспечиваюших максимальную стойкость этих сплавов к окислению [6[.

В этом случае для предотвращения окисления химически активного иттрия (или 1.а, который, опираясь на опыт его успешного применения для увеличения стойкости к окислению деформируемых сплавов, также может рассматриваться как возможный легируюший элемент) потребуется очень строгое соблюдение как режимов выплавки лигатуры, так и параметров самого процесса точного литья [13[.

Проблема примесных элементов, присутствующих в виде следов, возникла в промышленности в семидесятые годы и 334 и тем азработки стандарта (АМ8 2280) приня о в США. Этот стандарт определяет до того в лементов способных приво- содержания р п имесей двадцати элемен " т никелевых сплавов. ег адации механических свойств н дить к дегра фи ированном виде, будет б ем он, возможно в модич,иц В удуш ля и оизводства монокристаллиприменяться и к сплавам для про отей т бин, хотя влияние следов примесеи разческих лопастей тур ин, хот " тва таких сплавов еще ных элементов нтов на механические своиства таких только определяется. 20.4. Кобальт в суперсплавах ми овых запасов кобальта в 3 ире а в 1978-1979 Истошение миров мы ХА8А по изучению роли гг. и наело к принятию программы бин гг.

при х ля производства газовых тур ин всех критически важных д [14[. Исследования, проведенные в ходе выпол- материалов ясно показали, что многие литейные пения этои программы, соде жат гораздо е о ми уемые никелевые суперсплавы содержат и деформируем б димо для их изготовления и больше кобальта, ч , чем это нео ходимо Например, нанл чших механических своиств. обеспечения пан лучши 8% Со имеет такие же ЪЧаа а(о с содержанием около е о сплав азр у й сплав с 14% кобальта.

Оптималь- свойства, как и обычный сплав с авов с пониженным содержанием кобальта еше ный состав сплавов с понижен числ самых не отработан, так как р б, как кобальт не относится к у а- ред р ких к итически важных элементов запасы которых огрх монокристаллических сплавов ничены. Изучение литейных моно ало что для предотврашення образования )э-фазы также показало, что для р ом и тем модификамонок исталлическом сплаве, полученном путем м МАИ-М 247 достаточно око- ции химическог ого состава сплава овне 5% составляет ло 5% Со [3[. Содержание кобальта на уровне количества, что обычно ис- л ишь около половины от того и и и онзв " ля лопастеи и и и онзводстве литейных сплавов д пользуется при произв б .20.1 в монокристалт бин.

Как показано в та л , в со е жание кобальта не лических сплавах первого поколения содер превышает 4-5%. 20.5 Сплавы на основе кобальта б а исходе семидесятых годов И тошение запасов ко альта н с на аботах по созданию новых сплавов на а ота на осноза е живалась ве кобальта. Разработка этих сплавов и так задер из-за невозможности обеспечить их упрочнение за счет выделений т'-фазы. Некоторые старые кобальтовые сплавы до сих пор используются для изготовления литых направляющих турбинных лопаток, для которых свариваемость этих сплавов является весьма ценным качеством с точки зрения возможности их восстановления и ремонта, а такие сплавы, как РЗХ-414 все е , все еше остаются основным материалом для изготовления отливок сопловых диафрагм для практически всех газовых турбин, работающих в тяжелых режимах.

Однако проявившаяся десять лет назад тенденция использовать листы кобальтового сплава НА-188 для обшивки каме камер сгорания всех новых двигателей была остановлена более широким применением в камерах сгорания никелевых сплавов, свойства которых стали более подходящими для таких узлов. 20.б. Дисперсноупрочняемые оксндами сплавы Э кономическии спад никелевой промышленности ти, который стимулировал работы по созданию дисперсноупрочняемых ок сидами (Д ) сплавов, в значительной степени преодолен. Н р зработанный за это время фирмой !ХСО ДУО сплав МА-754, ли.

о упрочнение которого обеспечивается мелкодисперсными выделениями оксида иттрия, уже применяется для крупносерийного производства направляющих турбинных лопаток, конкурируя с литейными монокристаллическими сплавами. Его использование со временем, очевидно, возрастет и следует ожидать расцвета работ по разработке ДУО сплавов для рабочих лопаток и дисков для турбин, в первую очередь из-за ограниченных возможностей упрочнения суперсплавов для этих деталей за счет других механизмов.

20.7. Покрытия и разработка сплавов для покрытий Все более высокая температура рабочих и направляющих лопаток, изготовленных из сплавов с пониженным содержанием хрома, делает все более настоятельной необходимость улучшения качества покрытий для получения приемлемой долговечности лопастей турбин, работающих в окислительной среде н в условиях горячей коррозии. Относительно простые алюминидные покрытия будут все чаше заменяться на "овер- ,336 лейные" покрытия типа МеСгА!У.

Особое внимание будет у дет уде- ляться разработке оверлейных покрытий с максимальной диффузионной стабильностью структуры при контактировании со сплавом подложки и минимальными различиями в коэффициентах термического расширения сплава и покрытия. Оверлейные покрытия наносятся методами плазменного напыления металлических порошков или физического осаждения из паровой фазы при испарении электронным пучком. Типичный состав промышленного оверлейного покрытия, производимого фирмой "А11оу Ме~а1з, 1пс.", %-23%Со-20%Сг-8,5%А!-4%Та-0,04%У. 20.8. Разработка технологических процессов Повышение надежности деталей из суперсплавов может быть достигнуто с помощью технологических процессов, приводяшнх к формированию особой микроструктуры материала: либо направленной по своей природе, что желательно для материалов для рабочих или направляюших лопаток турбин, либо очень изотропной для материалов для турбинных дисков.

Все более широкое распространение будут находить порошковые сплавы для изготовления турбинных дисков и некоторых других деталей методом вакуумного плазменного осаждения порошков суперсплавов. Еше одним важным технологическим приемом изготовления сложных узлов, состоящих из двух нли более частей, изготовленных из разных материалов, будет диффузионное соединение этих частей для получения конечной монолитной детали. Представляется, что при производстве рабочих и направляющих турбинных лопаток длиной 25-50 см все шире будут применяться направленно-затвердеваюшие и монокристаллические сплавы.

Автоматизация и компьютерное управление процессом изготовления таких отливок позволит повысить качество и снизить стоимость деталей. Монокристаллические детали практически во всех случаях будут выращиваться с применением затравок, что гарантирует жесткое управление направлением роста первичных и вторичных кристаллов. Турбинные диски для авиационных двигателей будут изготавливаться с применением дополнительных операций заключительной технологической обработки, обеспечивающих максимальную изотропность материала за счет формирования однородной зернистой структуры и управления размером зер- 337 на.

Это может достигаться соответствуюшим выбором режимов горячей штамповки литых заготовок менее прочных сплавов и консолидации порошков более прочных сплавов. Максимальная изотропность свойств и однородность зернистой структуры материала являются необходимыми условиями для повышения долговечности дисков при малоцикловой усталости вследствие снижения до минимума скорости роста трещин в сильнонапряженных дисках. Мелкозернистые отливки составят сильную конкуренцию предварительно легированным порошкам в качестве заготовок для производства дисков из более прочных сплавов методом горячей штамповки.

Метод горячего изостатического прессования порошков будет находить все более широкое применение для изготовления дисков и других врашаюшихся деталей, в которых при работе возникают не слишком высокие механические напряжения вследствие того, что этот метод дешевле горячей штамповки. Размер дисков, изготавливаемых методом ГИП, ограничивается только размерами рабочей зоны прессовых камер и в настояшее время их максимальный диаметр составляет около 1,2 м. Вше один перспективный процесс, применение которого также будет расширяться, — это получение мелкозернистых отливок для производства цельнолитых роторов для небольших газовых турбин.