64
1100...1150 °С, лопаток турбокомпрессоров, изделий из листов, работающих при
700...980°С.
Упрочнение сплавов достигается комбинацией твердорастворного и
дисперсионного (карбидного) механизмов.
Интерметаллидное упрочнение здесь не используется, так как в системе Со-А1
отсутствуют интерметаллиды с ГЦК решеткой, а γ-фаза, устойчивая до 760 °С,
получается только в виде сложного интерметаллида (Ni, Со)
3
Аl при введении в него не
менее 28 % Ni. При нагреве выше 760 °С она превращается либо в η|-фазу, либо в фазу
Лавеса типа А
2
В в виде пластинок, снижающих прочность сплава. Упрочнение до 900 °С
возможно за счет гексагональной фазы β-Со
3
Та при введении в сплав 15% Та и 20% Ni,
но дороговизна тантала делает такие сплавы неконкурентоспособными.
Существенной проблемой в кобальтовых сплавах является фазовый переход от
аустенитной β-структуры к гексагональной (ГП) ε-структуре (417 °С при охлаждении,
430 °С при нагреве для чистого кобальта). Сг, Мо, W и Si повышают температуру этого
перехода (до 918 °С при 40% Сг), а Fе, Ni, Мn, V, Тi, Zг, Ni), Та и С - снижают, т. е.
стабилизируют ГЦК структуру. У ГП ε-Со коэффициент деформационного упрочнения в
4 раза выше, чем у ГЦК β-Со, но скорость ползучести с температурой растет быстрее.
Сплавы кобальта (стеллиты), не содержавшие добавок, стабилизирующих β-Со, и
имевшие ε-структуру, успешно применялись в деталях, работающих на износ.
Для стабилизации ГЦК структуры в сплавы вводят никель, который при 12...15%
увеличивает твердость и прочность сплавов, а при 20 % -длительную прочность.
Твердорастворное упрочнение достигается введением вольфрама (до 15%) и
молибдена (до 5...6%). Хром (20...25 %) придает сплавам коррозионную стойкость и
участвует в карбидном упрочнении. Кроме того, для карбидного упрочнения вводят Ti,
Zг, Nb, Та и, естественно, углерод. Диапазон концентраций углерода очень широк: от
0,07 до 0,85 %, но для большинства сплавов лежит в пределах 0,15...0,40 %.
Карбиды в сплавах присутствуют в виде соединений типа М
3
С
2
, М
7
Сз, М
23
С
6
, где
М - в основном Сг, частично замещенный Со, W, Мо, а также соединений типа М
6
С, где
М - Со, Сг, W, Та, Nb, и МC, где М - Та, Nb, Zг, Тi. Нf.
Распад карбидов М
7
Сз по реакции 2Сг
7
Сз + 9[Сг] = Сг
23
С
6
повышает прочность
сплавов, но снижает низкотемпературную пластичность. Главным фактором упрочнения
является комбинация карбидов МС и М
23
С
6
.
Поскольку в кобальтовых сплавах отсутствуют, как правило, Тi и Al технология
их производства не требует сложных вакуумных процессе Их плавят либо в аргоне, либо
вообще на воздухе.
5.5.4 Современные продвинутые никелевые сплавы для лопаток ГТД и ГТУ
Сплавы для лопаток ГТД должны работать при температур до 1200 °С с
деформацией ползучести не выше 0,2...0,5 % при ресурсе 8...10 тыс. ч. В связи с этим
создаются не только новые композиты сплавов, но и новые технологии получения литых
сплавов — методы направленной кристаллизации.
Методами направленной кристаллизации получают поликристаллические
лопатки со столбчатыми зернами, вытянутыми вдоль оси отливки (НК-отливки),
монокристаллические (МК) лопатки, состоящие из одного большого зерна, и так
называемые «направленные эвтектики» (НЭ) естественные композиты, армированные
волокнами, возникающими в процессе кристаллизации.
Материал таких отливок превосходит материалы отливок с равноосной
кристаллизацией (РК) по целому ряду свойств: условному пределу ползучести, мало- и
многоцикловой усталости и эксплуатационному ресурсу. Вместе с тем разрабатываются
и новые РК-сплавы с высокими свойствами, в частности для двигателей малого ресурса,
и высокой рабочей температурой (сплав ЖС16).