строение (557054), страница 61
Текст из файла (страница 61)
В авиационной промышленности применение композицион- д% 755 ных материалов может значительно уменьшить массу корпуса ЛА, увеличить полезный груз, скорость и даль- ность полета. Кроме того, узлы из ВВ композиционных материалов состоят из меньшего числа отдельных деталей, чем узлы из обычных материа- )7 7555 7575 7555 грит гагре лов, что дает дополнительное снижение стоимости, Производство порошковых сплавов — это быстро развивающееся напРавление в области технологии. Ри",„,"„", арапа'"„"." ОСОбЕННО ПЕРСПЕКТИВНО ЕЕ ПРИМЕНЕ- 1 — стали; 2 — титаи,  — никель; 4 — жаропрочиые сплавм; б — ке- НИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ ЗаГО р ика б — порошковые сплавы тОВКа днена ВЫПОЛНяЕтея Путсы СПЕ- 7 — сплавы с иапрввлеииой кри- сталлизацией;  — композицвоиаме кания порошка жаропрочного сплава материалы при одновременном нагреве и высоком давлении.
Этот процесс обеспечивает примерно 40 ей-ную экономию исходного материала по сравнению с обычными методами литья с последующей механической обработкой, Новые современные двигатели в эксплуатационных условиях будут работать при температурах газа перед турбиной 1480 'С. В идеальном случае эта температура должна быть увеличена до значения, приближающегося к 2000 'С и являющегося стехиометрическим пределом для идеального процесса горения всех видов топлива. На практике маловероятно, что даже новые материалы, исследующиеся в настоящее время будут выдерживать такие температуры.
Поэтому наряду с прогрессом в области материалов и технологии производства двигатели следующего поколения по своей конструкции будут отличаться от современных силовых установок. К техническим новшествам в области высокожаропрочных сплавов следует отнести использование эвтектических сплавов, в которых все компоненты имеют одну и ту же температуру затвердевания; добавление в сплавы частиц керамических оксидов; разработка композиционных материалов с металлической матрицей, армированных вольфрамовыми волокнами; композиционных материалов, состоящих из никелевой матрицы, внутри которой армирующие волокна из карбида ниобия образуются в процессе кристаллизации; использование специальных защитных покрытий.
На рис. 143 приводится номенклатура сплавов, применяемых в высокотемпературных трактах двигателей и двигательных установках в различные периоды и прогноз их применения до 2000 года. В перспективе элементы турбины будут изготавливаться из лг композиционных материалов системы «углерод — углерод», анало- гичные тем, которые в настоящее время используются для сопел реактивных двигателей.
$1. Никель и сплавы на его основе Свойства велели Потребность в никеле связана с тем, что требуется все больше изделий, работающих в области высоких температур, поскольку никелевые сплавы имеют хорошие свойства при температурах в интервале 700 ... 1100 'С. Удельный вес чистейшего никеля (99,99 %) равен 8907 кг/м', но наличие таких примесей как кремний, углерод, кислород приводит к уменьшению удельного веса.
Ряд технических марок никеля с содержанием 98,5 ... 99, 5 в/в имеет плотность в пределах 8700... 8840 кг/м'. Химические свойства. Никель химически не активен. Он окисляется меньше, чем железо. При комнатной температуре никель покрывается тонкой защитной оксидной пленкой и не подвергается действию влаги и водных растворов некоторых солей. Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью в щелочной среде. Серная и соляная кислоты медленно растворяют никель. Никель нестоек в азотной кислоте. Никель обладает высокой стойкостью против окисления при нагревании. Заметное окисление, определяемое толщиной оксидной пленки, наступает при температурах ) 800 'С.
На скорость окисления никеля прн нагревании влияют примеси, причем одни примеси такие, как Мп и 8 ухудшают стойкость никеля против окисления вследствие образования низкоплавких эвтектических смесей, вызывающих быстрое разрушение материала в условиях эксплуатации, а другие, такие как 51 и А1 повышают коррозионную стойкость. Механические свойства. Прочность чистейшего никеля невелика, его предел прочности не превышает 450 МПа, при этом пластичность составляет — 30 % при комнатной температуре. При холодной пластической деформации никель значительно упрочняется. Заметное разупрочнение при нагреве деформированного металла начинается при 500 'С.
Модуль упругости никеля меняется с температурой по сложной зависимости, из-за его магнитных превращений, возникающих в области температуры Кюри (360 'С). Модуль упругости сначала при повышении температуры до 200 'С падает, затем возрастает примерно до точки Кюри, и снова плавно уменьшается с повышением температуры, вследствие наличия у никеля незаполненной внутренней Зд-оболочки. Взаимодействие иииели с легируюи«ими влемеигами Чистый никель не удовлетворяет условиям работы при высоких температурах при наличии значительных напряжений, поэтому применяют сплавы на основе никеля с добавками других элементов. Такие сплавы должны обладать необходимым комплексом свойств, среди которых ведущее место принадлежит высокой жаропрочности.
Эффективность легирования, как средства увеличения сопротивления ползучести, связана с образованием твердых растворов, Легирование затормаживает рекристаллизацию и диффузию, Высокое сопротивление ползучести имеют сложнолегированные сплавы.
Многокомпонентные системы, содержащие элементы, повышающие температуру рекристаллизации твердого раствора, и способствующие образованию тугоплавких фаз, повышают жаропрочность. Необходимым требованием к жаропрочным материалам является и достаточная жаростойкость. Сопротивление металлов окислению зависит от свойств покрывающей металл оксидной пленки, служащей защитным слоем, если она плотно связана с металлом, газонепроницаема и имеет высокую температуру плавления (или испарения).
Основными элементами, создающими защитные оксидные пленки, являются хром, алюминий и кремний. Эти элементы окисляются легче, чем основной металл, и поэтому образуют устойчивый в условиях высоких температур оксид. Особенное значение в качестве легирующего элемента имеет хром, оксиды которого по своей плотности более близки к плотности оксидов никеля, чем оксиды алюминия и кремния.
Добавка хрома в количестве 15 ... 20 % достаточна для придания сплавам на никелевой основе жаростойкости при эксплуатации изготовленных из них деталей газовой турбины. Влияние многокомпонентного легирования на жаропрочность никелевых сплавов показано на рис. 144. Присадка к никелю 20 % Сг незначительно действует на жаропрочность сплава, хотя и сопровождается некоторым его упрочнением, из-за легирования хромом твердого раствора.
Хром хорошо растворяется в никеле, усиливая энергию связи в кристаллической решетке и увеличивая его жаростойкость. Присадки титана и алюминия к нихрому резко повышают жаропрочность, в результате дисперсионного твердения сплава и упрочнения его за счет мелкодисперсных включений ннтерметаллических соединений никеля с титаном и алюминием. Указанные элементы являются основными компонентами жаропрочных никелевых сплавов. Присадки молибдена и вольфрама к (ч1 — Сг — Т1 — А1-сплаву способствуют дальнейшему увеличению длительной прочности вследствие торможения диффузионных процессов, связанных с коагуляцией частиц выделившихся фаз и рекристаллизацией твердого , раствора.
блп„, гнпп бба 4ба гба габ Сллаблг Рис. (45. Занономерность дисперсионнога твердеин» Рис. ! 44. Вли»нне миогономпонентного легировани» на маропрочность сплавов систем КЧ (!), Н! — Сг (Г), Н! — Сг — Т! — А! (4), Н! — Сг — Т!— -А! — В (4), Н! — Сг — Т! — А! — В— — Мо — Ъ' (4), Ьи — Сг — т! — А!— - — А(п-Ж вЂ” Со (4), Ьа — Сг-Т! — В -Мо -(Р— Со — НЬ вЂ” Н! (О Дополнительное повышение жаропрочности сложнолегированных сплавов возможно присадками небольших количеств бора, упрочняющего границы зерен. Комплексное легирование никелевых сплавов, повышает их жаропрочность, которая много выше жаропрочности основного металла и нихрома.
В жаропрочных сплавах на никелевой основе гетерогенность создается термической обработкой с закалкой и последующим старением или охлаждением с определенной скоростью. Старение или дисперсионное твердение свойственно сплавам, характеризующимся ограниченной, изменяющейся с температурой растворимостью компонентов в основном твердом растворе. В качестве примера ограниченной растворимости можно привести растворимость титана и алюминия в твердом растворе на основе 80 % % и 20 % Сг. Наилучшая жаропрочность соответствует определенной стадии старения, когда выделяется такое число мельчайших частиц второй фазы, которое создает наибольшее торможение пластической деформации.
Увеличение размеров выделяющихся частиц приводит к разупрочнению сплава. Большинство никелевых сплавов содержат 10... 20 % Сг, до 8 % титана с алюминием, молибден, вольфрам, тантал, кобальт, ниобий, небольшое количество бора, цнркония, гафния и углерода. По воздействию на структуру все элементы можно условно подразделить на трн группы: влияющие на твердый раствор, действующие на образование упрочняющей фазы (у'-фазы) и на границы зерен. К первой группе относятся такие элементы как кобальт, железо, вольфрам, молибден.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
