Кратковременная и длительная прочность никелевых жаропрочных сплавов для изготовления рабочих лопаток ГТД

Испытания сплавов на предел прочности при растяжении проводятся по ГОСТ 1497–84 и ГОСТ 9651–84 при комнатной температуре и при температуре 1000 °C. Механические свойства литых образцов сплава ЖС32 приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Механические свойства литых образцов сплава ЖС32.

Следует отметить, что во всех случаях разрушение носило междендритный характер.

Методика испытания на длительную прочность соответствовала ГОСТ 10 145–81. Сущность методики заключается в доведении образца до разрушения под действием постоянной растягивающей нагрузки при постоянной температуре (до 1200 °С). В результате испытаний устанавливали контрольную характеристику — время до разрушения при заданном напряжении, которое равно или превышает норму времени, указанную в стандартах или ТУ на металлопродукцию.

Требования к литым образцам такие, как и в предыдущем случае. Образец, установленный в захватах испытательной машины и помещенный в печь, нагревали до заданной температуры (время нагрева не превышало 8 ч) и выдерживали при этой температуре не менее 1 ч. Для измерения температуры образцов на концах их рабочей части устанавливали две термопары так, чтобы горячие спаи плотно соприкасались с поверхностью образца. Горячий спай термопары был защищен от воздействия раскаленных стенок печи асбестом.

После нагрева образца и выдержки при заданной температуре к образцу плавно прикладывали нагрузку. Время до разрушения при заданной величине напряжения, т. е. нагрузки, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, являлось основным показателем данного вида испытания. После разрушения образца определялись относительное удлинение б и относительное сужение. Результаты исследования длительной прочности приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7.

Длительная прочность образцов из никелевых ЖС для изготовления рабочих лопаток ГТД и ГТУ.

Разрушение образцов также носит междендритный характер. Одной из причин повышения прочности металлов в результате легирования является изменение механизма деформационного упрочнения, которое обусловлено изменением ширины дислокаций, характера их расположения и взаимодействия, плотности дислокаций и т. д. При введении растворяющегося элемента не происходит значительного повышения плотности дислокаций роста. Изменение распределения дислокаций с легированием может быть объяснено уменыдением энергии дефектов упаковки, последнее приводит к затруднению поперечного скольжения. Для того, чтобы на сильно расщепленной дислокации появился порог, необходимо образование стяжки. В действительности следует ожидать уменьшения энергии дефектов упаковки в металлических системах, в которых легирование приводит в конечном итоге к образованию гексагональной фазы, как, например, в ограниченных твердых растворах на основе меди, золота, серебра и в сплавах системы Ni—Со.

Кроме изменения дислокационной структуры, при легировании имеет место и непосредственное взаимодействие дислокаций с растворенными атомами, что также приводит к упрочнению твердых растворов. При этом различают два типа взаимодействия дислокаций с растворенными атомами: а) взаимодействие, приводящее к закреплению дислокаций: растворенные атомы собираются на неподвижных дислокациях; б) взаимодействие, приводящее к возникновению трения при движении дислокаций: растворенные атомы взаимодействуют с движущимися дислокациями (рис. 3.20—3.22).

Рис. 3.20. Полосы сплетений дислокаций в монокристалле сплава никеля с 40 ат. % Со на первой стадии деформации.

Рис. 3.21. Дислокационная структура монокристалла сплава никеля с 40 ат. % Со на второй стадии деформации.

Рис. 3.22. Дислокационная структура монокристалла сплава никеля с 40 ат. % Со.

Влияние дисперсной фазы на характер разрушения можно изменить, меняя морфологию частиц дисперсной фазы и характер поверхности раздела между матрицей и дисперсной фазой.