Жаропрочных конструкционных

Расширить номенклатуру новых, высокопрочных, коррозионно-стойких, износостойких и жаропрочных композиционных и керамических материалов, увеличить применение в машиностроении прогрессивных конструкционных металлов — проката из низколегированной стали, гнутых фасонных и точных профилей.

Волокна, нити, проволоки, фольги и ленты широко используются в технике и являются одним из самых доступных видов армирующих элементов, применяемых при создании жаропрочных композиционных материалов. Однако прочность и деформативность гибких металлических конструктивных элементов при высоких температурах исследуется недостаточно из-за методических трудностей точного измерения и записи данных эксперимента. Совершенствование методики в этом направлении необходимо для получения более корректных данных прочности и особенно пластичности.

Одно из условий получения жаропрочных композиционных материалов состоит в подборе такого сочетания матрицы и упроч-нителя, при котором отрицательное влияние взаимодействия если и не исключается, то сводится к минимуму. Эта задача решается тремя путями: созданием диффузионных барьерных покрытий между волокном и матрицей, выбором матрицы, термодинамически равновесной с упрочнителем в условиях работы, и, наконец, использованием таких упрочнителей, прочность которых была бы малочувствительна к процессам взаимодействия. Как правило, на практике пользуются первыми двумя путями.

Метод вакуумной пропитки с последующим быстрым охлаждением оказался весьма перспективным для изготовления жаропрочных композиционных материалов на основе никелевых сплавов, упрочненных вольфрамовой проволокой [125]. При этом жгут из вольфрамовой проволоки диаметром 0,254 мм помещался внутрь трубы диаметром 12,7 мм с толщиной стенки 1—3 мм, изготовленной из сплава нимоник 75. Один конец трубы изолировался приваренной к нему мембраной, изготовленной также из сплава нимоник 75, но имеющей толщину 0,3 мм. Другой конец трубы соединялся с вакуумным насосом. После вакуумирования труба нагревалась до 1100° С, а затем погружалась в тигель с расплавом

Разработка сплавов типа САП и САС (спеченные алюминиевые сплавы) повлекла за 'собой многочисленные попытки получения жаропрочных композиционных материалов на основе более тугоплавких матриц титана, молибдена, железа, кобальта, никеля, тантала, меди, хрома и ванадия. В качестве дисперс-. ной фазы в сплавы пробовали вводить окислы, карбиды, нитриды и бориды. Однако здесь многих ис-. следователей постигла неудача из-за отсутствия фундаментальных сведений о природе взаимодействия на границе разнородных компонентов.

Развитие всех отраслей промышленности, особенно авиационной и ракетно-космической техники, привело к использованию материалов со специальными эксплуатационными свойствами: сверхтвердых, весьма вязких, жаропрочных, композиционных. Обработка заготовок из этих материалов обычными методами (способами) механической обработки весьма затруднительна или невозможна вообще. Поэтому параллельно с разработкой этих материалов создавались принципиально новые методы (способы) обработки. Характерно, что при механической обработке в технологическом оборудовании электрическая энергия превращается в механическую и за счет силового воздействия инструмента (штампа, резца, фрезы, шлифовального круга и т.д.) на заготовку происходит ее формоизменение (формообразование).

Вольфрамовую и молибденовую проволоку целесообразно применять для армирования жаропрочных композиционных материалов.

вый материал), борные и углеродные волокна. При создании жаропрочных композиционных материалов на основе никеля используется вольфрамовая проволока. Наиболее широкое применение в качестве матрицы волокнистых композиционных материалов получил алюминий и его сплавы (АМгб, В95, Д20 и др.). Наиболее дешевым и доступным упрочняющим материалом является стальная проволока. Материал марки КАС-1 содержит 40 % (по объему) стальной проволоки диаметром 0,15-0,3 мм. При этом прочность материала достигает 1600 МПа, что значительно превосходит прочность высокопрочных алюминиевых сплавов.

Вольфрамовую и молибденовую проволоку целесообразно применять для армирования жаропрочных композиционных материалов.

Другим аспектом при выборе состава матрицы, который следует упомянуть, является контроль содержания примесей в матрице. Поскольку диффузия элементов-примесей в волокно может резко ухудшать свойства композиционного материала, удаление примесей весьма желательно. При спекании частично уплотненных образцов композиционного материала стадия восстановления водородом может способствовать удалению примесей и контролю реакций взаимодействия. Окислы титана и алюминия стабильны при максимальных температурах, используемых в производстве и испытаниях жаропрочных композиционных материалов, и менее вредны, чем другие примеси. Взаимодействие, которое возникает между матрицей и волокном, снижается с уменьшением содержания примесей. Более тщательные меры для достижения и поддержания очень низкого уровня примесей могут быть оправданы в случае некоторых специальных требований.

Поскольку покрытия нового класса отличаются высокой степенью надежности, открывается возможность создания неохлаждаемых или частично охлаждаемых конструкций из особо жаропрочных конструкционных материалов, что позволит существенно повысить тактико-технические данные разрабатываемых изделий высокотемпературной техники.

Производство нержавеющих, жаропрочных, конструкционных и других видов специальных сталей можно производить только в электропечах, и в этой области электропечи находятся вне конкуренции. В результате этого в послевоенное время стала возрастать мощность и емкость электропечей всех конструкций, совершенствовалась технология процесса плавки и нагрева с широким внедрением механизации и автоматизации. Электропечи могут конкурировать с мартенами и в производстве обычной стали при определенных соотношениях мощностей. Расчетами доказано, что производство дуговой электропечи мощностью 60—70 т эквивалентно мартену в 160— 180т.

Производство нержавеющих, жаропрочных, конструкционных и других видов специальных сталей возможно проводить только в электропечах, и в этой области они находятся вне конкуренции. Электропечи

Ведущая роль в повышении прочности дисперсноупрочняемых композиционных материалов принадлежит специально вводимым в процессе производства материала упрочняемым фазам (карбиды, бо-риды, нитриды, оксиды, интерметаллиды). Различают материалы с дисперсионной и агрегатной структурами. В дисперсной структуре упрочняющие фазы располагаются внутри зерен, в агрегатной — на границе зерен. Эти материалы применяются в качестве жаропрочных конструкционных, а также специальных высокотемпературных материалов с особыми электрофизическими свойствами, высоким сопротивлением радиационному распуханию, ионному распылению.

ЖАРОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

2.1. Закономерности сопротивления усталости жаропрочных конструкционных материалов при малоцикловом термомеханическом нагружении .......................................... 26

Рис. 1.19. Кривые статической усталости (длительной прочности) жаропрочных конструкционных сплавов:

Для определения коэффициента теплопроводности Я металлов и жаропрочных конструкционных материалов в широком диапазоне температур (до 3000°С) исполь-

зуют различные стационарные методы: аксиальный метод стержня без внутреннего источника тепла, электрический аксиальный метод стержня, метод трубы, метод плоского слоя и др. [51, 62, 90, 95, 103, 107, 116, 122]. Ряд общих сведений о стационарных методах исследования коэффициента А, изложенных выше (пункты 5-2-5 и 5-3-1), относится и к твердым телам. Например, применяемый при исследовании жаропрочных конструкционных материалов метод трубы по принципу действия, общей схеме и расчетной формуле совпадает с рассмотренным выше (п. 5-3-1). Отличие состоит в конструктивном оформлении и увеличении радиальных размеров образцов (при исследовании материалов с высокой теплопроводностью необходимо обеспечить достаточный для надежного измерения температурный перепад) [103].

Из тугоплавких металлов VIA группы наибольшее внимание уделяется молибдену. Металлы этой группы предназначаются для работы при температурах 1250—1450 °С. Сплавы на основе вольфрама в качестве жаропрочных конструкционных материалов могут работать выше 1650 ?С.

Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, во многом определяют свойства коррозионно-стойких, износостойких и жаропрочных конструкционных сталей. Карбиды тугоплавких металлов служат основой порошковых твердых сплавов для режущих инструментов.

Рекомендуем ознакомиться:

Жесткости соединения

Жесткости умягченной

Жидкоплавкого состояния

Жидкостью происходит

Жидкостей используют

Жидкостей применяются

Жидкостных манометров

Жидкостной экстракции

Жидкостного охлаждения

Животного происхождения

Меню:

Главная страница Термины