Авиация Жаропрочные сплавы - История
22 января 2011Оглавление:
1. Жаропрочные сплавы
2. История
3. Сплавы на основе никеля
4. Жаропрочность
5. Сплавы на основе кобальта
6. Монокристаллические жаропрочные сплавы
7. Диффузионные покрытия
8. Плазменные покрытия
Первые жаропрочные стали для газотурбинных двигателей были разработаны в Германии фирмой Krupp в 1936—1938 годах. Высоколегированная аустенитная сталь Тинидур создавалась как материал рабочих лопаток турбины на температуры 600—700 °C. Тинидур — аустенитная сталь с дисперсионным твердением и карбидным упрочнением. В 1943-44 годах годовое производство Тинидур составляло 1850 тонн. Институтом DVL и фирмой Heraeus Vacuumschmelze были разработаны аустенитые стали DVL42 и DVL52 на более высокие рабочие температуры 750—800 °C. Составы сталей приведены в таблице.
| Наименование | %C | %Mn | %Si | %Ni | %Co | %Cr | %Mo | %W | %Ti | %Al | % др. элементов |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тинидур | до 0,14 | 0,6-1,0 | 0,6-1,0 | 29,0-31,0 | 14,5-15,5 | 1,8-2,2 | 0,2 | Fe основа |
|||
| DVL42 | до 0,1 | 0,6-1,0 | 0,4-0,8 | 30-35 | 22-25 | 12-17 | 4-6 | 4-6 | 1,5-2,0 | Fe основа |
|
| DVL52 | до 0,1 | 0,6-1,0 | 0,4-0,8 | 30-35 | 22-25 | 12-17 | 4-6 | 4-6 | 4-5 %Ta | ||
| Хромадур | 0,9-0,12 | 17,5-18,5 | 0,55-0,7 | 11,0-14,0 | 0,7-0,8 | V 0,60-0,70 0,18-0,23 N2 |
В Германии 1940-х годов среди разработчиков авиационных ГТД существовало стремление повысить температуру газа перед турбиной до 900 °C. С этой целью институт DVL совместно с рядом фирм экспериментировал с аустенитными сложнолегированными сплавами. В ходе войны была признана невозможность подобного решения по причине острого дефицита в Германии легирующих элементов. В результате исследования приняли два направления: 1. создание полых охлаждаемых воздухом лопаток при соответствующем снижении легирования используемых материалов; 2. исследование возможностей керамических материалов. Оба направления работ являлись пионерскими, по каждому из них были получены значимые результаты. Первые серии реактивного двигателя Jumo-004 выпускались с 1942 года с монолитными рабочими и сопловыми лопатками из материала Тинидур. Позднее заменены полыми охлаждаемыми лопатками из того же материала, что позволило повысить температуру газа перед турбиной до 850 °C. С 1944 года на двигателе Jumo-004 применялись охлаждаемые рабочие лопатки из менее дефицитной стали Cromadur.
К 1942 году в Великобритании создан жаропрочный сплав нимоник-80 — первый в серии высокожаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе. Создатель сплава — сэр Уильям Гриффитс Griffiths W.T. Основа сплава нимоник-80 — нихром, известный с начала XX века своей высокой жаростойкостью и высоким электрическим сопротивлением. Ключевыми легирующими элементами сплава нимоник-80 являлись титан и алюминий, образующие упрочняющую фазу. Количество упрочняющей гамма-штрих фазы в сплаве составляло 25-35 об%. Нимоник-80 использовался в деформированном состоянии для изготовлвения рабочих лопаток турбины одного из первых газотурбинных двигателей Ролс-Ройс «Нин», стендовые испытания которого начались в октябре 1944 г. Лопатки турбины из сплава нимоник-80 обладали высокой длительной прочностью при температурах 750—850 °C. В СССР аналогами сплава нимоник-80 являются никелевые жаропрочные сплавы ЭИ437, ЭИ437А и ЭИ437В, срочным порядком созданные к 1948 году сотрудниками ВИАМ, ЦНИИЧермет и завода «Электросталь» при участии Ф. Ф. Химушина.
Основу жаропрочных сплавов, как правило, составляют элементы VIII группы таблицы Менделеева. До 40-х годов XX века основу жаропрочных сплавов составляли железо или никель. Добавлялось значительное количество хрома для увеличения коррозионной стойкости. Добавки алюминия, титана или ниобия увеличивали сопротивление ползучести. В некоторых случаях образовывались хрупкие фазы, такие, например, как карбиды M23C6. В конце 40-х годов прекратилось, в основном, использование железа как основы жаропрочных сплавов, предпочтение начали отдавать сплавам на основе никеля и кобальта. Это позволило получить более прочную и стабильную гранецентрированную матрицу.
В конце 1940-х годов была обнаружена возможность дополнительного упрочнения жаропрочных сплавов путём легирования молибденом. Позже для этой же цели начали применять добавки таких элементов, как вольфрам, ниобий, тантал, рений и гафний.
Просмотров: 10169
|
|