строение (557054), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Алюминий, титан, ниобий и тантал относятся к элементам, влияющим на количество н свойства лал у'-фазы. Магний, бор, цирконий и углерод образуют третий класс элементов, располагающихся в основном по границам зерен. Основными структурными составляющими никелевых сплавов, таким образом, являются: матрица (у-фаза) — твердый раствор кобальта, хрома, вольфрама и молибдена в никеле; упрочняющая у'-фаза, представляющая химическое соединение типа И1вА! с широким изменением состава в зависимости от содержания легирующих элементов; карбиды, образующиеся при наличии углерода (0,05... 0,2 %) в виде первичных карбидов МеС.
Эти карбиды могут при термообработке и в процессе эксплуатации переходить в карбиды с пониженным содержанием углерода (Мев,С„МР,С), выделяющимся по границам зерен; бор обычно присутствует в жаропрочных никелевых сплавах в количестве от 0,005 до 0,055 % и располагаясь по границам зерен уменьшает опасность интеркристаллитного разрушения.
Условия термической обработки стареющих хромоникелевых сплавов, предназначенных для длительной работы при высоких температурах, должны подбираться, исходя из условий работы изделий. Лишь в том случае, когда рабочие температуры ниже температуры старения, не будет происходить разупрочнения (рис. 145). Практика термической обработки дисперсионнотвердеющих сплавов предусматривает две операции: выдержку при высоких температурах (1000...
1300 'С) и последующее старение, производимое для большинства жаропрочных сплавов при 650... 900 'С. Конкретные условия старения (температура, время) выбираются в зависимости от состава сплава с учетом устойчивости образующейся упрочняющей фазы при рабочих температурах. Для некоторых сплавов производят двойную закалку или двойное старение, что уменьшает проскальзывание по границам зерен (при двойной закалке) или уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений (при проведении двойного старения).
Свойства и применение нмкелевых маропрочных сплавов Деформнруеыые сплавы Сплаве( для рабочих лопаток газовых турбин. Первым материалом для изготовления лопаток газовых турбин был сплав ХН77ТЮ, в котором жаропрочность достигается выделением у'-фазы, в количестве 7... 8 %. Закалка и последующее старение обеспечивает наилучшие свойства этому сплаву.
Совершенствование сплава ХН77ТЮ введением бора увеличило длительную прочность сплава ХН77ТЮР при 700 и 800 'С вЂ” на 25 %. Увеличение жаропрочности достигнуто замедлением процессов разрушения, залеганием бора по границам зерен. Сплав ХН70ВМТЮ имеет более высокие жаропрочные свойства по сравнению со сплавом ХН77ТЮР, вследствие совместного ле- гировання титаном и алюминием, тугоплавкими элементами вольфрамом и молибденам и небольшим количеством бора, Количество упрочняющей фазы в этом сплаве составляет — 20 %, что повышает его жаропрочность. Повышению жаропрочности способствует также образование карбидов н боридной фазы.
Несколько большую жаропрочность имеет сплав ХН70ВМФТЮ, из-за доведения количества у'-фазы до 25 % и наличия карбидов типа МеС, Ме,С н Ме„С, и боридной фазы Ме,В,. Сплавы длительно работают до 800 'С н с перегревами до 850 'С и могут использоваться с продолжительностью работы до 20000 ч. Сплавы ХН55ВМТФКЮ и ХН51ВМТЮКФР имеют хорошее сочетание прочности и пластичности и обладают хорошими жаропрочными свойствами, позволяющими использовать их до 900... 950 'С.
Высокие жаропрочные свойства этих сплавов обусловлены более высоким содержанием элементов-упрочнителей (алюми« ния и титана) и присадкой кобальта. Количество упрочняющей у'-фазы при оптимальных режимах старения достигает 38... 45 %. Кроме у'-фазы в сплаве имеются карбиды и борид типа Ме,В,. Сплавы для дисков газовых турбин. Диски газовых турбин работают в условиях больших и сложных напряжений, усиленных термическими напряжениями из-за разности температур в центре и на ободе диска.
Никелевые сплавы, используемые для дисков легируются теми же элементами, что и материал для лопаток, но с другим соотношением легирующих элементов. Свойства этих сплавов позволяют применять нх в широком диапазоне температур вплоть до 750 'С. В последнее время получил распространение новый технологический процесс получения дисков, основанный иа методах порошковой металлургии, иногда называемый гранульной металлургией. Существует два способа изготовления изделий этим методом. В первом случае из смеси порошков чистого никеля и других элементов изготавливают электрод, который .подвергают вакуумнодуговому или вакуумно-индукционному переплаву, При этом достигается высокая пластичность сплава и однородность распределения компонентов в сплаве.
Во втором случае производится получение гранул непосредственно из сплава, а затем из полученных гранул изготавливают изделие. Гранулы из жаропрочных сплавов могут быть получены путем распыления жидкого металла газовой струей или разбросом капелек жидкого металла при вращении электрода. Изготовление изделий из порошков может происходить по традиционной схеме порошковой металлургии путем прессования и последующего спекания нли по методу горячей деформации спеченных заготовок. Наиболее совершенным промышленным способом является способ нзостатического горячего прессования (ГИП). В этом случае порошок, находящийся в металлической форме, помещают в камеру и подвергают одновременному воздействию дав- Т в 6 л н ив 24.
Свойства жвропрочного сплава после равных методов получении кси, Мдж!м' о(, мпв гэ) Технологии иеготовлеиии ов Мне Обычннн Переплав спеченных элек- тродов Получение сплава нз гре- н ул 16 26 1160 1270 0,4 0,6 420 440 1360 0,6 420 гйст и ха гж ггр гаг() С "г Рис. )(б, Длительивв прочность иикелевмх сплавов: хнтгтюр ()), эи999 (2)) жсбу (б) и Жсбо (4) при ревличимх темперетурех Леформлроввнимх соле. вов ((, Г) н литепнмх (В, 4) ления (с помощью инертного газа) и повышенной температуры. Под воздействием высокой температуры и давления происходит активное спекание отдельных гранул и получение беспористого материала. Наличие всестороннего сжатия облегчает спекание отдельных частичек, что позволяет вести процесс при сравнительно низких температурах. Это весьма выгодно влияет иа свойства, так как при сравнительно невысоких температурах роста зерен не наблюдается, а мелкозернистая структура характеризуется по.
вышенной пластичностью и прочностью. В табл. 24 приведены свойства жаропрочного дискового сплава, полученного по обычной технологии с деформацией заготовок н методом порошковой металлургии. Примеяенне методов порошковой металлургии дает выигрыш в прочности, пластичности, ударной вязкости и жаропрочности. Лнтейные сплавы Литейные сплавы широко применяются при изготовлении сопловых и рабочих лопаток газовых турбин, а также для цельнолитых роторов различного назначения. В отличие от деформированных эти сплавы не подвергаются обработке давлением и имеют больше ВОЗМОжНОСтЕй ДЛЯ ЛЕГИРОВаНИЯ, Чта Лтс,4()тп увеличивает жаропрочность и уменьшает пластичность.
7Каропрочность литейных сплавов на 50 ... 100 'С выше по сравнению с деформированными (рис. 146). Благодаря интенсивному легированию количество упрочняющей у -фазы в этих сплавах может достигать 55 %. Литейные сплавы дополнительно упрочняются карбидными фазами, образующимися из-за легирования углеродом и карбидообразующими элементами (хром, вольфрам, титан, ниобий, гафний). Бор и церий, увеличивая прочность границ зерен также Т а б л н па 25.
длительная прочность н плотность литейных жаронрочных никелевых сплавов о,,Мла,кркг, С о,, мла, ярк г, 'с Марка сплава Марка сплава т к гги' кгги' 1000 МОО 900 1000 1ово ЖС6К ЖС6У 8250 8400 520 530 320 330 155 80 165 11О ЖС6Ф 8600 , ВЖЛ12У 7930 580 520 360 180 320 150 120 90 присутствуют в литейных сплавах. Наличие в литейных сплавах грубой первичной дендритной структуры, не разрушенной деформированием, увеличивает сопротивление ползучести и разрушению.
Введение кобальта в литейные никелевые сплавы оказывает положительное влияние иа жаропрочность и пластичность материала. Наиболее распространенными среди литейных сплавов являются сплавы ЖС6К, ЖС6У, ЖС6Ф и ВЖЛ12У. По составу и свойствам эти сплавы отличаются друг ог друга. Самым жаропрочным среди этих сплавов нвляется сплав ЖС6Ф, который может применяться до 1100 'С. Повышенная жаропрочность этого сплава помимо прочего связана с получением карбидов в виде цепочки частиц округлой формы, расположенных по границам зерен.
Размеры первичной Т'-фазы в этом сплаве меньше по сравнению со сплавом ЖС6У, что также способствует увеличению жаропрочности. Сравнительные характеристики длительной прочности основных литейных жаропрочных никелевых сплавов показаны в табл. 25. Жаростойкие ннкелевые сплавы К жаростойним сплавам для камер сгорания из-за повторных нагревов и охлаждений предъявляются дополнительные требования. Циклические изменения температуры способны вызвать термические напряжения достаточно большой величины, могущие привести к деформации и возникновению очагов разрушения в виде трещин.
Величина термических напряжений пропорциональна перепаду температур на разных участках детали и коэффициенту линейного расширения материала. Для уменьшения термических напряжений желательно брать материалы с малым коэффициентом линейного расширении и большой теплопроводностью. Среди сплавов на никелевой основе распространение получили такие материалы, как ХН78Т, ХН75МБТЮ, ХН60ВТ, а танже дисперсноупрочненные сплавы ВДУ вЂ” 1 и ВДУ вЂ” 2. Никельхромистые сплавы были широко известны до применения в газотурбинных двигателях и использовались длн нагревательных элементов элентрических печей.
Впоследствии эти сплавы в виде листовых материалов начали применять для изготовления деталей, работающих при высоких температурах (жаровые трубы, намеры сгорания). Сплавы обладают умеренной прочностью и высокой пластичностью при комнатных и высоких температурах. Введение в нихромы некоторых легирующих добавок повышает их сопротивление окислению до температуры 1200 'С, но уменьшает пластичность. Сплав ХН75МБТЮ имеет повышенную жаропрочность н термическую стойкость при рабочих температурах. Для работы при более высоких температурах применяется сплав ХН60ВТ (ВЖ98) — никельхромовольфрамовый твердый раствор типа нихромов с более высокими жаропрочными свойствами, благодаря добавок вольфрама, Сплав сваривается всеми видами сварки. При создании дисперсноупрочненных жаростойких сплавов на никелевой основе в качестве наполнителя используются оксиды, имеющие высокую температуру плавления (Т11О, — 2800 'С, НЮ, — 2800 'С, А1,0, — 2040 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
