Жаропрочные сплавы с ориентированной структурой (монокристаллические, эвтектические, интерметаллические)
Жаропрочные сплавы с ориентированной структурой: материалы для газотурбинных двигателей
Данное методическое пособие, разработанное в МГТУ им. Н.Э. Баумана, посвящено изучению жаропрочных сплавов с ориентированной структурой, применяемых в производстве лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Цель работы – исследовать микроструктуру современных никелевых сплавов, зависимость их свойств от химического состава, кристаллографической ориентации и термообработки.
Актуальность и теоретические основы
Введение подчеркивает важность жаропрочных материалов для повышения эффективности ГТД, работающих при высоких температурах (1100-1250°C). Рассматриваются основные требования к лопаткам: жаропрочность, сопротивление много- и малоцикловой усталости, включая термическую усталость. Объясняется влияние термических напряжений и деформаций, а также роль анизотропии модуля упругости в повышении термостойкости никелевых сплавов. Описываются методы получения сплавов с ориентированной структурой: направленная кристаллизация (НК) и монокристаллизация.
Монокристаллические сплавы
Основной акцент делается на монокристаллических сплавах (моносплавах), в которых отсутствуют большеугловые границы зерен, что повышает их жаропрочность. Описывается процесс получения монокристаллических лопаток с использованием затравки определенной кристаллографической ориентации (КГО). Рассматриваются особенности микроструктуры моносплавов, включая дендритную структуру, наличие γ′-фазы и эвтектических образований. Приводятся данные по химическому составу монокристаллических сплавов ЖС32 и ЖС40, а также влияние термообработки на микроструктуру и свойства. Подчеркивается преимущество моносплавов в варьировании механических свойств в зависимости от КГО, а также влияние КГО на термостойкость.
Альтернативные материалы: эвтектические и интерметаллидные сплавы
Рассматриваются эвтектические сплавы с ориентированной структурой, представляющие собой композиционные материалы с никелевой матрицей и армирующими карбидными волокнами. Описывается процесс направленной кристаллизации эвтектик, условия формирования композиционной структуры и влияние скорости кристаллизации на микроструктуру. Приводятся данные по сплаву ВКЛС-20, его микроструктуре и преимуществам в жаропрочности по сравнению с монокристаллическими сплавами.
Также рассматриваются сплавы на основе интерметаллического соединения Ni3Al, являющиеся альтернативой металлическим сплавам. Описывается микроструктура интерметаллидного сплава ВКНА-1В с монокристаллической структурой и различной КГО. Подчеркивается зависимость жаропрочности от способа литья и КГО, а также преимущества сплава ВКНА-1В по сравнению с другими жаропрочными материалами.
Практическая часть и выводы
В заключении представлены задания для лабораторной работы, включающие исследование микроструктуры, анализ влияния термообработки, химического состава и КГО на свойства сплавов. Предлагается построение графиков и диаграмм для анализа жаропрочности различных сплавов и определения их применимости в деталях горячего тракта ГТД.
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Л.В. Тарасенко, М.В. Унчикова, Ю.А. Бондаренко ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ (МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ, ЭВТЕКТИЧЕСКИЕ, ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ) Методические указания к лабораторной работе Под редакцией Л.В. Тарасенко М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2 0 0 6
УДК 669.018.44
ББК 34.431
Т19
Рецензент В.Н. Симонов
Тарасенко Л.В., Унчикова М.В., Бондаренко Ю.А.
Жаропрочные сплавы с ориентированной структурой
(монокристаллические, эвтектические, интерметаллические):
Методические указания к лабораторной работе / Под ред.
Л.В. Тарасенко. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. –
24 с.: ил.
Приведены сведения о материалах, используемых при изготовлении
лопаток газотурбинных двигателей. Рассмотрены микроструктуры современных сплавов с ориентированной структурой: никелевых монокристаллических ЖС32 и ЖС40, эвтектического сплава типа ВКЛС, а также сплава на основе интерметаллида Ni3Al – ВКНА-1В. В лабораторной работе
студенты изучают влияние химического состава, кристаллографического
направления и термообработки на микроструктуру и свойства сплавов.
Для студентов 6-го курса специальности «Материаловедение (машиностроение)» и студентов факультета «Энергомашиностроение».
Ил. 4. Табл. 4.
УДК 669.018.44
ББК 34.431
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006
Т19
Цель работы – изучить микроструктуру современных жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической и эвтектической структурами, интерметаллидного сплава с монокристаллической структурой, зависимость механических свойств сплавов от их микроструктуры, химического состава и термообработки. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Повышение мощности современных газотурбинных двигателей (ГТД) летательных аппаратов базируется на применении новых жаропрочных материалов для деталей горячего тракта, способных работать при температурах до 1100…1250 ºС и обладающих необходимым комплексом механических свойств. Главными рабочими элементами турбины являются сопловые и рабочие лопатки. Эти детали по условиям нагружения и требуемой надежности не имеют аналогов среди машиностроительных деталей, изготовляемых по литейной технологии. Лопатки работают в условиях воздействия статических, циклических и динамических нагрузок в агрессивной газовой среде. К ним предъявляется комплекс требований: жаропрочность до 1000…1150 ºС, сопротивление много- и малоцикловой усталости (в том числе и термической). Многоцикловая усталость проявляется вследствие деформаций, возникающих при каждом обороте двигателя. Сопротивление многоцикловой усталости определяется пределом выносливости 1. t − σ Малоцикловая усталость – результат термомеханических деформаций, возникающих единожды при каждом пуске турбины или при каждом изменении нагрузки. Разновидностью малоцикловой усталости является термическая усталость (или термоусталость). Причиной термоусталости являются неизбежные колебания тепловых деформаций, которые имеют место при пусках и остановах двигателя. Этот процесс развивается в литых охлаждаемых лопатках. Для охлаждаемых лопаток сопротивление термоусталости, или термостойкость, является одним из основных свойств, обеспечивающих их работоспособность. Термостойкость – свойство материала выдерживать заданное число теплосмен. Термостойкость определяется числом циклов,
Похожие