|
|
|
|
Учебный материал
РОССИЙСКОЙ КОЛЛЕКЦИИ РЕФЕРАТОВ (с) 1996
http://referat.students.ru; http://www.referats.net; http://www.referats.com
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Реферат по дисциплине
"МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ" на тему:
"Жаростойкие и жаропрочные никелевые сплавы, применяемые в авиационных двигателях, и их термическая обработка"
2001 год
В авиационных двигателях широкое применение нашли жаростойкие и жаропрочные никелевые сплавы. В качестве жаростойких применяют сплавы ХН60ВТ (ВЖ98, ЭИ868), ХН50ВМТЮБ (ЭП648), ХН68ВМТЮК (ЭП693), ХН56ВМТЮ (ЭП199) и др.
Термическая обработка сплавов в значительной мере определяется выбранной системой легирования. Так, например, сплав ХН60ВТ имеет низкую концентрацию ((-образующих элементов, поэтому не содержит в своей структуре ((-фазу, отличается повышенной пластичностью и не требует термической обработки после сварки. Структура сплава состоит из никелевого (-твёрдого раствора, в котором содержится небольшое количество частиц (-W и карбидной фазы Ni3W3C и Cr23C6. однако другие сплавы, у которых повышение жаропрочности обеспечивается путём упрочнения (-твёрдого раствора и выделения дисперсных частиц упрочняющей ((-фазы (сплавы ХН50ВМТЮБ, ХН68ВМТЮК, ХН56ВМТЮ), подвергаются упрочнению при термической обработке, состоящей из закалки и старения.
Температура закалки выбирается из условия получения однородного твёрдого раствора. Так, например, сплав ХН50ВМТЮБ подвергают закалке на воздухе от температуры 1140(С и последующему старению при температуре 900(С в течение 5 ч, а сплав ХН68ВМТЮК закаливают от температуры 1100(С с последующим старением при температуре 900(С в течение 5 ч. При старении из пересыщенного твёрдого раствора выделяются дисперсные частицы упрочняющей ((-фазы и сплавы упрочняются.
Наличие ((-фазы повышает жаропрочность и одновременно сообщает сплавам склонность к образованию горячих трещин при сварке и термической обработке, необходимость в термической обработке деталей после сварки или подварки технологических, а также эксплуатационных дефектов.
Свойства жаропрочных никелевых сплавов для лопаток и дисков газовых турбин определяются термической стабильностью структуры, размерами, формой и количеством упрочняющей ((-фазы, прочностными характеристиками (-твёрдого раствора, оптимальным соотношением параметров кристаллических решёток (- и ((-фаз, распределением карбидной фазы и другими факторами. Обычно жаропрочные сплавы упрочняются путём целенаправленного многокомпонентного легирования. Суть многокомпонентного легирования состоит в обеспечении жаропрочности путём совершенствования гетерофазного строения, включающего контролируемое выделение частиц упрочняющей ((-фазы, обеспечении её термической стабильности, целенаправленном изменении морфологии, параметров кристаллических решёток (- и ((-фаз, их влияния на дислокационную структуру сплавов, а также на протекание диффузионных процессов.
Основные требования к материалам для лопаток турбин обусловлены самим развитием конструкции двигателей, непрерывным повышением жаропрочности, пластичности, сопротивления термической и малоцикловой усталости, стойкости к воздействию газовой среды. Материалы для лопаток турбин современных двигателей должны обладать высокой сопротивляемостью разрушению при термической и малоцикловой усталости, которая является в настоящее время основным видом разрушения. Опасность разрушения усугубляется поверхностными реакциями, связанными с газовой коррозией, разупрочнением границы зёрен.
Для изготовления лопаток турбин исползуют деформируемые и литейные сплавы. Деформируемые сплавы обладают ограниченными возможностями обеспечения необходимой жаропрочности, поскольку дальнейшее их легирование ведёт к практически полной потере их технологической пластичности при деформации. Ведущее место среди жаропрочных сплавов принадлежит литейным сплавам, новым направленно кристализованным и монокристализованным сплавам, которые широко применяются в современных высокотемпературных двигателях. Совершенствование технологии литья и многокомпонентного легирования обеспечило существенное увеличение рабочей температуры сплавов, причём и направленные и монокристаллические сплавы группы ЖС стали более пластичными. Предельные рабочие температуры нагрева деформируемых сплавов не превышают 1000(С.
Широкое распространение нашли деформируемые сплавы ЭП109, ЭП220, ЖС6КП и литейные ЖС6К, ЖС6У, ЖС6Ф, ВЖЛ12У, ЖС30, ЖС26, ЖС32 и др.
Термическая обработка сплавов состоит из закалки и старения. Закалка производится при температурах 1220-1280(С в течение 3-5 ч. Отливки деталей получают методом точного литья по выплавляемым моделям и закаливают в вакууме. Упрочняющая ((-фаза выделяется в основном в процессе охлаждения. В процессе старения при температуре 950(С в течение 2 ч происходит дополнительное незначительное выделение частиц ((-фазы и упрочнение сплавов.
Окончательная структура сплавов состоит из легированного твёрдого раствора на никелевой основе, ((-фазы и карбидов. Макроструктура сплава ЖС6ФНК содержит поперечных границ зёрен, а сами зёрна обычно ориентированы по длине лопатки в направлении ребра гранецентрированной решётки.
Сплавы обладают высокими механическими свойствами.
Марка материала
Термическая обработка
Механические свойства
(В900, МПа
(1001000, МПа
(100900, МПа
(, %
ЭП109
Закалка с 1220(С 5 ч и старение при 950(С 2 ч
650
150
270
6
ЖС6КП
Закалка с 1220(С 4 ч и старение при 900(С 16 ч
770
160
270
6
ЖС6У
Закалка с 1230(С 3 ч и старение при 950(С 2 ч
800
165
330
5
ВЖЛ12У
" "
780
150
320
5
ЖС6Ф-НК
" "
850
180
450
12
ЖС26 (ВСНК)
Закалка с 1260(С 4 ч
880
200
410
8
ЖСЗ2 (монокр)
Закалка с 1280(С 4 ч
960
250
475
18
Деформируемые сплавы ЭП109 и ЖС6КП применяются при температурах на металле не более 950(С, а сплавы ЖС6У, ВЖЛ12У и ЖС6ФНК имеют более высокие допустимые значения температур в эксплуатации, соответственно 1000(С для ЖС6У и ВЖЛ12У и до 1050(С для ЖС6ФНК. Отсутствие поперечных границ зёрен, более низкий модуль упругости и более высокая пластичность сообщают сплаву ЖС6ФНК повышенную долговечность при воздействии высоких температур и циклических термомеханических нагрузок. Температурные ограничения применения жаропрочных сплавов с дисперсионным упрочнением обусловлены растворением, быстрой коагуляцией упрочняющей ((-фазы и падением жаропрочности при перегревах деталей в процессе эксплуатации.
Деформируемые сплавы имеют более мелкозернистую структуру, которая обеспечивает их более высокое сопротивление усталости, тогда как литейные сплавы с равноосной структурой имеют более высокую жаропрочность.
Введение гафния в сплав ЖС6ФНК усиливает карбидную ликвацию, способствует способствует образованию в поверхностном слое карбидов Ме6С, обладающих низкой жаростойкостью и не покрывающихся при диффузионном алитировании. Наличие ванадия и титана в сплаве ЖС26 значительно снижает жаростойкость. Сплав ЖС32 не содержит титана и ванадия, а легирование алюминием, танталом и небольшой