57
коррозионностойких материалов, включающих в себя сплавы на основе Мg, А1, Тi и
тугоплавких металлов.
Суперсплавы работают в газовых турбинах воздушного, морского,
автомобильного транспорта, танковых двигателей, газовых турбинах промышленного
назначения (газоперекачивающие станции, электростанции), в ракетных двигателях, в
космических апМК-сплавы I поколения (ЖСЗОМ, ЖС40, RЕNЕ-4, РWА-1480 и т.п.), не
содержавшие рения, имели около 60 % γ-фазы (об.) и более высоки по сравнению с НК-
сплавами значения температур солидуса и сольвус γ-фазы. В сплавы II поколения был
введен Rе в количестве до 3 %, объемная доля γ-фазы повысилась до 65...74% (ЖС36,
RЕNЕ-N5 РWА-1484 и т.п.). В 90-х годах XX в. за рубежом были разработаны сплавы III
поколения (RENЕ-6, СМSХ-10) с рением до 6%, в которых однако, возникли проблемы в
связи с образованием нежелательных ТПУ фаз, содержащих Rе, W, Мо, Сг. Выпадение
этих фаз обедняет твердый раствор легирующими элементами и снижает эффект
твердофазного упрочнения.
Однако с выпадением ТПУ фаз можно успешно бороться, если создать при
кристаллизации условия для подавления процессов ликвации. Созданная в России
(ВИАМ) уникальная высокоградиентная технология получения МК-сплавов позволила
разработать сплавы для двигателей самолетов V поколения с рением до 10% типа ЖС50
(6% Rе) и ЖС55 (9 % Rе). При соответствующем охлаждении лопатки из такого сплава
способны работать при стехиометрической температуре газов до 2200 К. Существенно
(в 5 раз) растет ресурс двигателя, что окупает затраты на дорогой рений в сплаве. Сплав
ЖС55 имеет длительную прочность (МПа):
900
100
σ = 590...600;
1000
100
σ = 350...360;
1100
100
σ =
180...190, что выше, чем у лучших зарубежных сплавов, на 30...40 МПа.
Естественно, что к МК-сплавам предъявляются высокие требования по чистоте от
вредных примесей. Содержание кислорода и азота должно быть не выше предела их
растворимости в никеле (< 0,0001 %) во избежание образования неметаллических
включений, снижающих циклические характеристики сплавов. Сера, образующая
сульфиды титана и тантала, должна быть в пределах (5...7)
.
10
-4
%.
МК-отливки (лопатки) получают методом направленной кристаллизации по двум
основным вариантам: методом селекторов (кристалловодов), при котором из множества
растущих столбчатых кристаллов выбирается для дальнейшего роста только один, и
методом затравок, когда искусственная затравка с нужной кристаллической ориентацией
устанавливается в нижней части литейной формы. Каждый из этих методов имеет много
технологических вариантов, но в основе каждого из них лежит принцип метода
Бриджмена — охлаждение нижней части формы и подогрев ее выше линии фронта
кристаллизации металла. При этом установки для получения НК- и МК-сплавов
принципиально не отличаются.
Большим шагом в совершенствовании процессов получения НК- и МК-отливок
была высокоградиентная технология (температурный градиент на фронте
кристаллизации на установках типа УВСН-4 составляет > 200 град/см против 20 град/см
на зарубежных установках) с погружением литейных форм в жидкометаллический
охладитель (Sn, А1). Рабочие скорости кристаллизации составляют при этом 4...10
мм/мин. Сплавы, получаемые по высокоградиентной технологии, имеют малую (в 8-10
раз меньшую) микропористость (до 0,1 %) и мелкодисперсную однородную структуру
(междендритное расстояние 100...150 мкм), что обеспечивает им повышение
прочностных свойств на 10...15% и усталостных свойств на 20...25 % по сравнению с
МК-сплавами, полученными при обычных градиентах температуры (20...30 град/см).
Наилучшие результаты получаются, если расплав предварительно подвергают
высокотемпературной обработке (ВТОР), а полученные заготовки -термовакуумной
обработке (ТВО). Это обеспечивает минимальные значения дисперсии служебных
свойств и максимальную надежность лопаток.