5.4. Порошковые жаропрочные никелевые сплавы

Диски последних ступеней компрессоров и турбин авиационных двигателей подвержены высоким нагрузкам и неравномерному нагреву. Например, обод нагревается до 550...800 °С, а ступицы дисков турбин – до 300...500 °С. Диски содержат большое количество концентраторов напряжений, поэтому применяемые для них материалы должны обладать следующими свойствами:

– высокой прочностью и жаропрочностью во всем диапазоне рабочих температур;

– низкой чувствительностью к концентраторам напряжений;

– высокой пластичностью при длительном и кратковременном нагружении;

– высоким сопротивлением малоцикловой усталости;

– стабильностью структуры и фазового состава;

– хорошей технологичностью.

Выполнение этих требований достигается упрочнением твердого раствора, увеличением объемного содержания γ'-фазы, контролем за выделением карбидов и γ'-фазы по границам зерен и очисткой сплавов от вредных примесей.

Применяемые в современных отечественных авиационных двигателях сплавы для дисков не уступают по свойствам лучшим зарубежным аналогам, а по длительной прочности превосходят их. В этих сплавах используют принцип многокомпонентного легирования. В настоящее время для изготовления дисков турбин используются деформируемые сплавы ЭИ437Б (ХН77ТЮР), ЭИ698 (ХН73МБТЮ), ЭП742 (ХН62БМКТЮ), ЭП741НП и др.

Для получения оптимальной структуры и необходимых свойств диски подвергаются закалке и старению (табл. 5.3).

Более высокая жаропрочность сплавов ЭП742, ЭП975П обусловлена снижением содержания хрома до 8...10 %, введением вольфрама, молибдена, кобальта и увеличением количества γ'-фазы до 60 % (об.). В сплаве ЭП975П суммарное содержание W и Мо составляет 10...12 % (мас), а Al и Ti – 7,5 % (маc). При увеличении суммарного содержания γ'-фазы до 60 % в структуре появляется неравновесная эвтектика γ + γ', поэтому нагрев при закалке проводят ступенчато, чтобы избежать оплавления эвтектики. Охлаждают диски при закалке в масле или сжатым воздухом.

В авиационной технике для изготовления валов, дисков, лабиринтов широко применяют диспергированный сплав ЭП741НП.

Компактирование дисков проводят при температуре закалки сплавов в газостатах.

Термическая обработка дисков из диспергированных сплавов аналогична деформируемым.

Таблица 5.3

Термическая обработка и механические свойства никелевых сплавов для дисков турбин

Марка сплава	Термическая обработка	σ100750, МПа	δ,%	KCU, МДж/м2	tэкспл., °С
ЭИ437Б	Закалка с 1080 °С, 8 ч на воздухе и старение при 750 °С, 16 ч	350	15	0,5	700
ЭИ698	Двойная закалка с 1120 °С, 2 ч на воздухе и с 1000 °С, 3 ч на воздухе, старение при 800°С,8ч	420	17	0,5	750
ЭП742	Двойная закалка с 1150 °С, 8 ч на воздухе и с 1050 °С, 4 ч на воздухе; старение при 850 °С, 8 ч	520	20	0,5	<800
ЭП975П	Горячее изостатическое прессование; закалка с 1240 °С, 4 ч на воздухе; старение 950 °С, 8 ч и 760 °С, 16 ч	740	15	0,3	<850
ЭП741НП	Горячее изостатическое прессование; нагрев до 1210 °С, охлаждение печью до 1170°С и далее на воздухе; старение при 870 °С, 32 ч	705	13	0,4	<825

Применение порошковой металлургии обеспечивает более рациональное использование металла, уменьшение массы изделий.

Резюме. Основное назначение никеля в авиации – его применение для создания жаростойких и жаропрочных сплавов, которые позволяют успешно эксплуатировать многие детали авиационной техники при температурах до 1100 °С. Наиболее перспективными на сегодняшний день являются изготовление монокристаллических лопаток ГТД и изготовлений изделий методом направленной кристаллизации никелевых сплавов. Разработка новых методов легирования позволит создать новые сложнолегированные литейные жаропрочные сплавы.