Scan011520103452

I ' •

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

lir jest celowe zapamiętywanie dokładnego składu tego lub podobn »i m )w Jednak powody wprowadzenia wszystkich tych dodatków do niklu są . < l< określone: (a) wprowadzenie do roztworu stałego tyle obcych atomów, • li i< I lylko możliwe (kobalt, wolfram, chrom); (b) utworzenie stabilnych, v iidych wydzieleń faz, takich jak Ni₃Al, Ni₃Ti, MoC, TaC w celu hamo-iiii.i mchu dyslokacji; (c) utworzenie ochronnej warstwy tlenków Cr₂0₃ na , Hizchni stopu (patrz rozdz. 22). Na rysunku 20.3 (a i b) pokazano i • implikowaną mikrostrukturę nadstopu na osnowie niklu.

Uys. 20.3. (b) Mikrostruktura z rys. 20.3(a) przy większym powiększeniu, lepiej

ujawniającym małe wydzielenia

Owe nadstopy są materiałami wyjątkowymi. Są one odporne na pełzanie lak dużym stopniu, że mogą być stosowane w temp. 850°C, co przy u mpnaturze topnienia 1280°C, stanowi 0,72 temperatury topnienia w skali Im /względnej. Są twarde i nie mogą być obrabiane metodami tradycyjnymi, l» t muszą być precyzyjnie odlewane w ostatecznym kształcie. Jest to robione metodą traconego wosku, polegającą na tym, że precyzyjny woskowy model 1*1 umieszczany w paście z tlenku aluminium, a następnie wypalany. Wosk u \ pala się pozostawiając dokładną formę, w której może być wykonana jedna łopatka przez zalanie ciekłym nadstopem (rys. 20.4). Ponieważ łopatki muszą

być wykonywane tą metodą jednostkową, ich koszt jest wysoki Jedna łopatka kosztuje około 150 GBP lub 330 USD, z czego tylko 10 GBP (22 USD) kosztuje materiał. Całkowity koszt wirnika, mającego 102 łopatki, wynosi 15 300 GBP lub 33 600 USD.

Forma na łopatkę turbiny

er

Rys. 20.4. Odlewanie łopatek turbiny metodą traconego wosku. W materiale tym może wystąpić znaczne pełzanie dyfuzyjne i doprowadzić do zniszczenia, w wyniku powstania szczelin

Ziarno odlewanego w ten sposób stopu jest małe (rys. 20.4). Umocnienie powodowane przez dodatki stopowe skutecznie przeciwdziała pełzaniu wg prawa potęgowego, lecz w temp. 0J2T_M powstaje problem płynięcia dyfuzyjnego (patrz schemat mechanizmów odkształcenia w rozdz. 19). Wyjściem z tego jest zwiększenie wielkości ziarna lub nawet wykonanie łopatki pozbawionej granic ziam w ogóle. W dodatku, uszkodzenia wywołane pełzaniem (rozdz. 17) gromadzą się w granicach ziarn.

Można oczywiście wykluczyć te zagrożenia przez eliminację granic ziarn lub ukierunkowanie ich równolegle do przyłożonego naprężenia (rys. 20.4). Aby to zrealizować, poddajemy stop krystalizacji kierunkowej (rys. 20.5), w wyniku czego otrzymujemy wydłużone ziarna z granicami równoległymi do kierunku działania naprężenia. Drogi dyfuzji, wymagane przy pełzaniu dyfuzyjnym, stają się bardzo długie, znacznie zmniejszając pełzanie. Dodatkowo, brak jest siły napędowej do poślizgu granic ziarn i kawitacji na granicach ziarn. Stopy wytwarzane w procesie krystalizacji kierunkowej są obecnie w stadium badań dla stwierdzenia ich odporności na pełzanie. Ich użycie w samolotach cywilnych przewidywano ok. 1982 r. Lepsza odporność na pełzanie reprezentowana przez stopy krystalizowane kierunkowo miała umożliwić podwyższenie temperatury pracy silnika o ok. 50°C, w stosunku do poprzednio stosowanych i spowodować wzrost kosztów produkcji o ok. 140 GBP lub 330 USD na jedną łopatkę. Jeden wirnik kosztowałby więc 30 000 GBP lub 66 000 USD.⁰

” Była to prognoza z początku lat 80-tych (przyp. tłum ).