10.4 Спрямовані евтектики

Перспективними матеріалами при виготовлені лопаток вважають евтектичні сплави. Анізотропний матеріал, що отримують при спрямованій кристалізації евтектик має задовільний рівень в умовах одновісьового навантаження. Напрямок зростання евтектичної колонії в лопатці повинен співпадати з напрямком силового потоку в ній при експлуатації.

Розплав заливають в керамічну форму, що підігрівають вище температури ліквідусу або евтектики, при кристалізації забезпечують однобічне відведення тепла вздовж осі кристалізації зливка (рис.10.4, а, б). Основними параметрами процесу є швидкість кристалізації та температурний градієнт на фронті росту.

При спрямованій кристалізації двофазного евтектичного сплаву розплав знаходиться в рівновазі з двома фазами, що зростають перпендикулярно   фронту.   Мікроструктура   зливка   - чергуванняволокон або пластин співіснуючих фаз, що паралельні до осі зливка. Евтектичні сплави мають високу жароміцність до температур, близьких до температури плавлення. Наприклад евтектика Ni3Al + Ni3Nb має температуру плавлення 1280°С, матеріал здатен

працювати при температурі 1100°С (а111о(0° = 150 -160 МПа ).

 

а б а - лопатка з евтектичною композицією №/№3А1+№3МЬ; б   -   мікроструктура   повздовжнього   перерізу евтектики Ш№3А1+№3КЬ (х400)

Рисунок 10.4 - Спрямовані евтектики

Висока жароміцність сплавів пов'язана зі здатністю зберігати структурну стабільність до температури плавлення. Поясненням цьому є особливість процесу кристалізації:

— обидві фази утворюються в умовах термодинамічної рівноваги (вільні енергії рівні, відсутні градієнти концентрації та відсутні дифузійні потоки.);

— при спрямованому зростанні забезпечується структурна та розмірна відповідність між фазами, зменшується можливість міграції межі, її зникнення та збільшення розмірів структурних складових.

Джерелом руйнування спрямованих евтектик є ділянки з дефектною структурою - позавісьовий ріст евтектичних колоній та субколоній, порушення регулярності структури, геометричні зміни морфології структурних складових сплаву. Процес структуроутворення евтектичних сплавів надзвичайно чутливий до порушень механічного та термічного походження (з цим пов'язаний широкий діапазон значень механічних властивостей для сплавів) (табл.10.6).

Таблиця 10.6 - Властивості евтектичних сплавів.

Склад евтектики

№3А1+№3№

Ш№3А1+№3№

Со+Сг7С3

Час до руйнування при 1100°С, год.

49-413 (о = 150 МПа)

37-135 (о = 120 МПа)

80-353 (о = 80 МПа)

Відносне подовження при 20°С, %

0,4-0,6

1,2-2,5

1,6-3,5

Недоліками евтектичних сплавів є низька пластичність та низький опір окисленню.