2.1 Класифікація жароміцних стопів

Класифікація жароміцних сплавів, що використовують в газоту­рбобудуванні.

За хімічним складом сплави поділяють:

- сплави на основі нікелю;

- сплави на основі кобальту;

- нікель-залізні сплави,

- сплави на основі заліза.

За технологією виготовлення деталей сплави поділяють:

- деформовні (кування, пресування, прокатка);

- що зварюються;

- литі;

- отримані порошковою металургією.

За механізмом зміцнення розрізнюють сплави, в яких реалізовано:

- деформаційне зміцнення (для чистих металів, або низьколе-гованих сплавів, якщо температура експлуатації не вище за темпера­туру початку рекристалізації);

- твердорозчинне зміцнення (для сплавів без надлишкових фаз);

- карбідне зміцнення (для сплавів на основі заліза цей меха­нізм ефективний до температури 600°С (температури активної коагу­ляції карбідів); найчастіше цей механізм реалізується в кобальтових та нікелевих сплавах);

- дисперсійне твердіння (інтерметалідне зміцнення, наприклад виділенням частинок на основі №3(Л1, Ті));

- зерномежове зміцнення;

- дисперсне зміцнення( дисперсними оксидами в металургії порошків (окисли торію, алюмінію)).

Характерною особливістю жароміцних сплавів є їх висока міц­ність при робочих температурах газової турбіни. Як показала практи­ка, ГЦК гратка забезпечує високу міцність, пластичність, опір повзу­чості до більш високих температур ніж ОЦК гратка, що зумовлено ді­єю кількох факторів, серед яких особливе місце займають високі пока­зники модуля пружності та коефіцієнту дифузії в ГЦК гратці легува-льних елементів.

Найбільше значення має висока розчинність багатьох елементів в матриці та можливість контрольованого виділення інтерметалідів, наприклад, /-фази, та карбідів. Це дозволяє отримувати сплави для деталей будь-якого спрямування.

При конструюванні газових турбін враховуються не лише пока­зники тривалої міцності та повзучості матеріалів. Важливими параме­трами є пластичність при робочих температурах, при механічній обро­бці. Слід враховувати також фізичні властивості сплавів. Фізичні влас­тивості металів, що використовують як основи жароміцних сплавів наведено у табл.2.1.

Густина жароміцних сплавів знаходиться в межах від 7,0 до 8,6 г/см3. Цей показник має важливе значення при конструюванні у де­талей, що обертаються. Наприклад, заміна матеріалу лопаток турбіни з густиною 7,7 г/см3 на сплав з густиною 7,0 г/см3 призводить до збіль­шення часу експлуатації диска турбіни в три рази.

Важливим показником для матеріалів деталей газових турбін є коефіцієнт термічного лінійного розширення (КТЛР), оскільки ефек­тивність роботи турбіни залежить від допусків. Сплави на основі ко­бальту та нікелю мають близькі значення КТЛР, що нижче цього пока­зника для аустеніту. В деяких випадках необхідно узгоджувати КТЛР у суміжних деталях, перевага надається сплавам з низьким КТЛР, що сприяє зменшенню термічних напружень (перешкоджає жолобленню деталей та появі тріщин).

Таблиця 2.1 - Фізичні властивості кобальту (Со), нікелю (N1), заліза (Бе), хрому (Сг).

Метал

Тип гратки

Т °С

р, г/см3

КТЛРх106/°С

Теплопровідність, кал/(см-с-град.)

Со*

ГЩП

1495

8,84

13,36

0,165

N1

ГЦК

1455

8,90

12,50

0,145

Бе*

ОЦК,ГЦК

1539

7,87

11,70

0,177

Сг

ОЦК

1903

7,19

6,2

0,160

Примітка: * - метали, які мають поліморфні модифікації.

Теплопровідність жароміцних сплавів складає від 10 до 30% те­плопровідності чистих заліза, нікелю, кобальту, що пов'язано з впли­вом легувальних елементів. Слід враховувати можливість значних те­мпературних градієнтів в жароміцних сплавах, що здатні привести до руйнування матеріалу.

У вітчизняному газотурбобудуванні при виготовленні деталей га­рячого тракту найбільшого поширення здобули сплави на основі нікелю (у зарубіжних досить широко використовують кобальтові сплави).