9 СТОПИ З ДИСПЕРСНИМ ЗМІЦНЕННЯМ

При роботі сплавів при високих температурах (до 1200-1300°С) нікелеві та кобальтові сплави є недостатньо ефективними через нестабільність структури. Для використання в цих умовах розроблені композиційні сплави, що отримують порошковою металургією. Зміцнення в таких сплавах забезпечується високодисперсними частинками тугоплавких сполук. Такі сплави називають дисперсно зміцненими. Матриця цих сплавів може складатися з у-твердого розчину на основі нікелю (N1 + 20%Сг; N1 + 15%Мо; N1 + 20%[Сг + Мо]). Для зміцнення використовують окисли торію, гафнію або цирконію.

У випадку дисперсно зміцнених сплавів існують три важливих відмінності, порівняно з дисперсійно-твердіючими:

- об'ємна кількість фази зміцнення не перевищує 5% (в сплавах з дисперсійним твердінням цей показник сягає 50-60%);

- частинки окислів некогерентні із матрицею;

- частинки тугоплавких оксидів інертні до матриці. Напівфабрикати з дисперсно зміцнених сплавів отримують за

традиційними схемами, що прийняті в порошковій металургії: формування заготовки з порошку—спікання

заготовки—екструзія—тепла деформація—холодна

деформація— відпал.

Найбільша стабільність структури забезпечується при введенні в нікель окислів торію (Тгі02), наприклад в сплаві ВДУ-1. Недоліком цього матеріалу є токсичність. В сплаві ВДУ-2 для зміцнення введений окисел гафнію. Об' ємна кількість зміцнювальних фаз складає в цих матеріалах 2-3%. Сплав ВДУ-3 зміцнений частинками окислу торію, матриця - ніхром (№ + 20%Сг). В іноземній літературі сплави подібні ВДУ-1 та ВДУ-3 називають ТД-нікель, ТД-ніхром.

Максимальні характеристики жароміцності цих сплавів забезпечуються при розмірі частинок 0,01-0,05 мкм, при середній відстані між частинками 0,1-0,5 мкм, об'ємна кількість частинок повинна відповідати 5-10%. Дисперсні частинки створюють перешкоди при пересуванні дислокацій, зміцнення описується замеханізмами, що передбачає огинання (за Орованом), поперечне ковзання або переповзання. Додаткове зміцнення пов'язано із впливом частинок на мікроструктуру, насамперед на розміри зерна, на механізми рекристалізації.

Таблиця   9.1   -  Тривала  міцність   сплавів   із дисперсним зміцненням

 

Марка сплаву

с10о, МПа, при температурі випробування,°С

900 1000

1100

1200

вду-1

150 125

105

75

ВДУ-2

105 90

75

55

ВДУ-3

- 90

75

65

Властивості дисперсно зміцнених сплавів при кімнатній та помірних температурах нижчі ніж жароміцних старіючих сплавів, проте при температурах вище 1100°С жароміцність вище (рис.9.1).

а, МПа

 

і_і_і_і

1 10 100 т,год.

1 - ВДУ-1;

2 - ВДУ-2;

3 - ВДУ-3;

4 - сплави з дисперсійним зміцненням

Рисунок 9.1 - Порівняння тривалої міцності сплавів з дисперсним зміцненням та жароміцних нікелевих з дисперсійним зміцненням

Окрім сплавів на основі нікелю використовують сплави на кобальтовій основі, наприклад сплав Со-20% N1-18% Сг-2% Т1Ю2.

Сучасні дисперсно зміцнені сплави на основі кобальту та нікелю використовують в ГТД літаків для деталей, що виготовляють з листів та прокату (кожухів камер згорання, жарових труб, стабілізаторів полум'я, форсунок, спрямовуючих лопаток). Сплави типу ВДУ-3використовують для виготовлення екранів термічного захисту космічних кораблів.