строение (557054), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Сплав характеризуется высокой термической стабильностью и жаропрочностью. Отливки из сплава ВТЗ-1Л могут длительно работать при температуре 450 'С. В отличие от деформированных сплавов литейные сплавы, хотя н более дешевы, но имеют меньшую прочность и пластичность и, что особенно важно, относительно низкий предел выносливости. Применение новой прогрессивной технологии ГИП отливок открывает пути получения высококачественного металла со 100 %-ной плотностью и со свойствами, равными деформируемым полуфабрикатам. Т в 5 л и н а 19. Механические свойства сплава ВТ6 прн рнстнженян Порошковвп металлургии титана Применение деталей из титановых порошковых сплавов значительно сокращает стоимость авиационно-космических конструкций„ сохраняя при этом, а иногда и превышая, свойства традиционных деформируемых сплавов. Правильный выбор способа производства порошка и параметров уплотнения позволяет получать микроструктуру сплава, обеспечивающую высокое сопротивление усталости, ударную вязкость и прочность при растяжении, по крайней мере, эквивалентные тем же характеристикам литого и деформированного материала.
Использование порошкового способа вместо штампованных деталей снижаег затраты на 20... 50 % в зависимости от размеров, сложности и количества деталей. Дополнительным преимуществом порошковой технологии является сокращение > 50 % времени получения детали по сравнению с деформированной из слитка. Применение порошков, свободных ог включений, является основным фактором, обеспечивающим высокое сопротивление усталости, которое является определяющим для многих авиационных деталей. В порошковой металлургии титановых сплавов получили развитие три способа: способ элементарных порошков (ЭП), способ порошков, предварительно легированных (ПЛ) и способ быстрой кристаллизации (БК).
Из элементарных порошков можно получить дешевые сложные детали, большинство механических свойств которых соответствует свойствам литых и деформированных сплавов. Исключением являются усталостные характеристики, снижающиеся из-за остаточной пористости или присутствия включений. Способ легированных порошков наиболее рентабелен в производстве деталей авиационно-космической техники. Можно обеспечить производство деталей крупных и сложных конфигураций с размерами, близкими к чистовым и со свойствами эквивалентными традиционным сплавам. Сравнительные свойства сплава ВТ6, полученного способом порошковой металлургии (метод вращающегося электрода) с деформированным сплавом ВТ6 приведены в табл.
19. П р н м е ч а н не. В чнслнтеле прнведенм вначекнв механнческпх саонств сплава прк комнатноп температуре !ЗО 'С). в знаменателе — прн температуре жидкого енота ,— !ЗЕ С1 Рис. !ЗЗ. Уствлостнме характервстнкн сплава вте: ! — отливка; 3 — штамповка: 3 — по- рожковмн сйлае Прочность на растяжение и пластичность порошкового сплава ВТ6 при комнатных температурах и при — 196 'С такие же, как у деформированного материала.
Наилучшее сочетание прочности и пластичности у деформированного сплава ВТ6 после отжига и у порошкового сплава после горячего прессования (ГИП). Способ быстрой кристаллизации позволяет увеличить растворимость элементов в титане в твердом состоянии, способствует образованию метастабильных фаз, измельчает структуру, препятствует ликвации и улучшает обрабатываемосгь детали, Сравнение усталостных характеристик сплава ВТ6, испытанного в симметричном цикле нагружения (о ,) и полученного по разным технологиям приведено на рис. 133.
Сопротивление усталости порошкового сплава ВТ6 (область 3) одинаково с сопротивлением усталости штамповок (об- ЛаСГЬ 2) И ГОраадО ВЫШЕ ЧЕМ у От- О-вбб»б бббй лизок (область 1). Порошковая металлургия тре- г бует меньше сырья и позволяет получать почти ютовые детали (с минимальной затратой на механичес- !'! '!» кую обработку), обеспечивает более ббб высокую однородность материала и открывает потенциальные воз- б можности получения новых сплавов и новых типов микроструктур. Обычно порошковая технология » б б 1 наиболее выгодна для больших сложных деталей, производство которых традиционными способами характеризуется низким КИМ. Перспективные титановые сплавы Несмотря на многочисленные усовершенствования процессов легирования, термо- и механической обработки, максимальная рабочая температура титановых сплавов остается низкой и составляет -0,4 ! Наибольшая температура эксплуатации жаропрочных псевдосс-сплавов не превышает 590 'С.
Невозможность дальнейшего повышения рабочей температуры обусловлена проблемами поверхностной н объемной стабильности материала в условиях длительной эксплуатации, а также уменьшением сопротивления ползучести сплавов по мере роста температуры. Повышение температурного предела связано с применением алюминндов титана. Эти сплавы обладают меньшей плотностью, большей жаропрочностью и жаростойкостью, чем обычные титановые сплавы.
В настоящее время особое внимание уделяется сплавам на основе интерметаллидон Т1,А! и Т)А1. Они перспективны не только для деталей компрессора, но и деталей турбины газотурбинных двигателей. Сплавы на основе интерметаллидов имеют высокую жаропрочность и коррознонную стойкость до 900 'С, Однако эти сплавы характеризуются низкой технологичностью и имеют невысокую прочность и пластичность при комнатной температуре, что существенно ограничивает область их применения. Тем не менее разрабатываются способы повышения пластичности интерметаллндов Т1аА! и Т1А!.
Рациональное легирование интерметаллидов Т!аА! ниобнем повышает технологичность сплава. Можно повысить пластичность интерметаллидов методами порошковой металлургии, применяя ультрамелкне порошки. Легирование интерметаллнда Т1А1 вольфрамом вызывает снижение температурных областей !)-фазы из-за стабилизирующего действия вольфрама, Формируется пластинчатая структура с малой длиной линий скольжения поперек пластин, вследствие чего повышается вязкость, прочностные свойства и сопротивление ползучести.
Сплав СТ5, созданный на основе Т),А! в литом и прессованном состояниях имеет фазовый состав в виде смеси ав- и р-фаз. Сплав очень хрупок. Наилучшее сочетание прочности и пластичности при 500... 700 'С имеют прутки с волокнистой мелкозернистой структурой после прессования, когда частицы ав-фазы размером 30 нм равномерно распределены в р-матрице. Более высокие пластические свойства имеет сплав Т1 + 20 еАА! + 2 о/о У в горячекатаном состоянии: ов = 1260 МПа; о,, = = 1190 МПа; б = 19 %. Сплав изготовлен на основе высокочистого титана с чистейшими легирующими добавками. Сплавы на основе интерметаллида Т1А! характеризуются хорошей жндкотекучестью, что открывает перспективу их применения для фасон- ного литья.
Сплавы на основе алюминидов титана обладают жаропрочностью и жаростойкостью сравнимой с никелевьпюн сплавами. Большие потенциальные возможности получения высокожаропрочных титановых сплавов заложены в сверхбыстрой кристаллизации, например, аморфный сплав содержащий 50 е4 (ат.) Т1, 40 е (ат.) Ве, 1О о4 (ат.) Хг обеспечил предел текучести ае,в = 2300 МПа при удельном весе у = 4140 кгпв. Сегодня сплавы на основе алюминидов титана, сплавы, получаемые сверхбыстрой кристаллизацией и сплавы с редкоземельными добавками иттрия, неодима, гадолиния, с добавками углерода и бора, а также армированные титановые композиты находятся на стадии разработок, но в недалеком будущем можно будет применять титановые сплавы, способные выдерживать более высокие температурные режимы.
Дальнейшему повышению рабочих температур жаропрочных титановых сплавов препятствует ухудшение свойств в результате уменьшения пластичности с течением времени, из-за выделения силицидов и образования оксидов на поверхности детали. Обычные защитные покрытия на титане вступают во взаимодействие с подложкой, происходит охрупчивание и в результате резко снижается сопротивление высоко- и малоцикловой усталости. Разработаны высокотемпературные покрытия ответственных титановых деталей, основанные на ионном плакировании золотом и платиной (толщиной до 1 мкм), в том числе по промежуточному покрытию из вольфрама.
Показано хорошее сцепление с основным металлом без снижения усталостных характеристик. Покрытие работает при 700 'С до 500 ч без отслаивания. Ионное плакирование значительно повышает сопротивление ползучести лопаток из серийных жаропрочных титановых сплавов. Если сплав может быть обработан таким образом, чтобы увеличить температуру эксплуатации на 165 'С, то может быть достигнуто существенное сокращение веса перспективных двигателей путем замены новыми титановыми сплавами более тяжелых деталей из жаропрочных сплавов. Создание новых титановых сплавов тесно связано с применением прогрессивных технологий — это металлургия гранул, фасонное литье, изотермическая штамповка, сверх- пластическое формование, диффузионная сварка.
Применение титановых сплавов Первыми и главными областями широкого применения титановых сплавов, которые в основном и стимулировали необычайно быстрый рост производства титана, были авиация и техника освоения космоса, где требуется высокая удельная прочность материала. Применение титановых сплавов в авиационной и ракетной технике наиболее целесообразно в интервале температур 250 ... 550 'С, когда легкие алюминиевые сплавы уже не могут работать, а стали и никелевые сплавы уступают им по удельной прочности. В течение почти 20 лет листы технически чистого титана предпочитали использовать для теплозащиты двигателей вместо нержа- веющей стали, в гидравлических трубопроводах высокого давления и для крепежных деталей. Титановые заклепки при тех же размерах и той же прочности, что и стальные, почти вдвое легче. Применение титановых сплавов в самолетостроении, двигателе- строении и ракетостроении широко и разнообразно, В настоящее время создание газотурбинных двигателей невозможно без приме- ба, лтт7а яаб бРб Ю% пения титана.
В двигателях ти -гбр -ли -ж -ж -бр р г;р тан применяется для изготовления лопаток и дисков компрессоров, рнс. ~не. ианененне прочностн л н воздухозаборников, роторов н кор" пластнчностн б тнтановмх сплавов прн понвженнн температуры; пусов компрессоров. Замена сталь(Втб-П: Р— и+ Р- ° НЫХ ЛОПатОК КОМПрЕССОра тн(Втбк Л вЂ” З-сплав (тоб~ тановыми уменьшает суммарный вес лопаток в двигателе на 40...
45 % и на 20... 25 % вес дисков. В настоящее время рассматривается возможность замены рабочих лопаток турбины последних ступеней на титановые вместо жаропрочных никелевых сплавов. В самолетостроении высокотемпературные титановые сплавы применяют на передних кромках плоскостей сверхзвуковых самолетов, так как более дешевый алюминий теряет свою прочность вследствии аэродинамического нагрева; в деталях горизонтального хвостового оперения. Титановые сплавы применяют для изготовления горячих секций планера, шпангоутов, фюзеляжа, смотровых панелей, соплового аппарата самолетов вертикального взлета. В ракетостроении из титановых сплавов изготавливаются корпуса ракет, баллоны для сжатых и сжиженных газов, сопла. Поскольку титановые сплавы обладают высокой коррозионной усталостной прочностью их применяют в лопатках паровых турбин вместо нержавеющей хромистой стали, что позволяет производить турбины большей мощности (удельный вес титана составляет 60 % удельного веса стали).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
