Реферат: Жаростойкие и жаропрочные никелевые сплавы, применяемые в авиационных двигателях, и их термическая обработка
4. Высокое сопротивление малоцикловой усталости.
5. Стабильность структуры и фазового состава сплава.
6. Хорошую технологичность.
Выполнение этих требований достигается упрочнением твёрдого раствора, увеличением объёмног содержания g¢-фазы, контролем за выделением карбидов и g¢-фазы по границам зёрен, исключением охрупчивающих фаз и очисткой сплавов от вредных примесей.
Дисковые сплавы на основе никеля представляют собой сложнолегированные композиции, трудно поддающиеся деформированию. В них недопустимы охрупчивающие фазы типа s, m, c и другие, не должно быть крупных выделений карбидов, зональных ликвационных неоднородностей.
В современных отечественных авиадвигателях применяются сплавы для дисков, не уступающие по свойствам лучшим зарубежным дисковым сплавам, а по длительной прочности превосходящие их.
В дисковых сплавах применяется принцип многокомпонентного легирования, развитый при разработке жаропрочных сплавов для лопаток турбин.
В настоящее время для изготовления дисков турбин применяются деформируемые сплавы ХН77ТЮР (ЭИ437БУ), ХН73МБТЮ (ЭИ698), ХН62БМКТЮ (ЭП742), ЭП741 и др.
Химический состав сплавов
| Марка материала | Ni | C | Cr | Co | Mo | Y | Nb | Al | Ti | Sg¢, % |
| ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) | Основа | 0,07 | 21 | - | - | - | - | 0,8 | 2,7 | 10 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | Основа | 0,08 | 15 | - | 3 | 2 | 2 | 1,5 | 2,5 | 22 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | Основа | 0,08 | 14 | 10 | 5 | - | 2 | 2,6 | 2,6 | 32 |
Штамповка до термической обработки сообщает дискам текстуру деформации, которая связана с дендритным характером кристаллизации слитков и неодинаковой пластической деформацией различных участков заготовок дисков. Увеличение количества g'-фазы усиливает текстуру деформации дисков, ухудшает технологичность. Современные сплавы для дисков содержат до 60% упрочняющей g¢-фазы. При высоком содержании g¢-фазы усиливается неоднородность её распределения, возникает глубокая разнозернистость. Поэтому перед закалкой проводят отжиг при температурах 900-1100°С для повышения однородности зёрен.
Для получения оптимальной структуры и необходимых свойств диски подвергаются закалке и старению.
| Марка стали | Термическая обработка | Механические свойства | Tэксп , °С | ||
| s100 750 , МПа | d, % | KCU, МДж/м2 | |||
| ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) | Закалка с 1080°С, 8 ч на воздухе. Старение при 750°С, 16 ч. | 350 | 15 | 0,5 | 700 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | Первая закалка с 1120°С, 2 ч на воздухе. Вторая закалка с 1000°С, 3 ч на воздухе. Старение при 800°С, 8 ч. | 420 | 17 | 0,5 | 750 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | Первая закалка с 1150°С, 8 ч на воздухе. Вторая закалка с 1050°С, 4 ч на воздухе. Старение при 850°С, 8 ч. | 520 | 20 | 0,5 | 800 |
| ЭП975 | Закалка с 1200°С, 8 ч на воздухе. Старение при 900°С, 8 ч. | 750 | 14 | 0,45 | 850 |
Более высокая жаропрочность сплавов ЭП742 и ЭП975 обусловлена снижением содержания хрома до 8-10% и введением вольфрама, молибдена, кобальта, увеличением количества g¢-фазы до 60%. В сплаве ЭП975 суммарное содержание (W+Mo)=10-12%, а (Al+Ti)=7,5%. При увеличении суммарного содержания g¢-фазы до 60% в структуре появляется неравновесная (g-g¢)-эвтектика, поэтому нагрев при закалке производится ступенчато, чтобы избежать оплавления эвтектики. Охлаждение дисков при закалке проводят в масле или сжатым воздухом.
Двойную закалку применяют для улучшения вязкости и пластичности сплавов. При первой закалке обеспечивается достаточно полное растворение упрочняющих фаз, гомогенизация сплава. При нагреве под повторную закалку по границам зерен выделяются и коагулируют частицы карбидов, происходит частичный распад пересыщенного твердого раствора с образование достаточно крупных частиц g¢-фазы. Карбиды выделяющиеся при 1000-1050°С, равномерно распределяются по объёму. При отсутствии второй закалки однократная закалка со старением приводит к образованию по границам зерен сплошной карбидной сетки, которая снижает пластичность.
При старении происходит дополнительное выделение частиц g¢-фазы и упрочнение сплавов. Наличие небольшого количества сравнительно крупных сферических частиц g¢-фазы, сформированных во время нагрева под вторую закалку, и мелкодисперсных выделений частиц g¢-фазы, выделевшихся при старении, обеспечивает максимальную долговечность дисков из сплавов ЭИ698 и ЭП742.
Окончательная структура сплавов состоит из g-твердого раствора, g¢-фазы и карбидов.
Существенное расширение возможностей дальнейшего легирования сплавов для дисков обеспечивает использование металлургии гранул, когда подавляется развитие ликвации, уменьшаются размеры выделений первичной g¢-фазы и карбидов, повышается технологичность и экономичность использования металла. Размеры гранул обычно составляют 0,02-0,4 мм.
При распылении сплавов на гранулы достигается очень высокая (до 106 °С с-1 ) скорость кристаллизации, из грубой дендритной она становится зеренной без видимых с увеличением до 40000 частиц выделений g¢-фазы, измельчаются и частицы карбидов.
Компактирование дисков производится при температуре закалки сплавов в газостатах. Технология прессования дисков из порошков требует тщательной очистки среды от кислорода, паров воды и других примесей. Наличие пленок (Al2O3, TiO2, TiC) на поверхности гранул ускоряет разрушения. Углерод не должен соприкасаться с атмосферой на всех этапах технологий получения дисков.
В авиатехнике для изготовления валов, дисков, лабиринтов широко применяется диспергированный сплав ЭП741П. Термическая обработка дисков из диспергированных сплавов аналогична деформируемым.
Применение в металлургии гранул обеспечивает повышение коэффициента использования металла, более высокую прочность и уменьшение массы конструкции.
Следует отметить, что в процессе эксплуатации в ступицах и ободе дисков накапливается значительная локальная пластическая деформация, возникают микротрещины. В ободе происходит дополнительное выделение g¢-фазы. В итоге снижается сопротивление малоцикловой усталости.