2.2. Особенности используемых материалов

Коротко остановимся на основных свойствах групп материалов, применяемых для ГТД.

1. Сталями называют сплавы железа, содержащие до 2,06 % углерода. В ГТД в основном используются легированные стала с σ_B>900 МПа.

2. Титановые сплавы являются важнейшими конструкционными материалами, которые обладают:

- высокой прочностью;

- низкой плотностью (4,51 г/см³), которая в 1,75 и 1,97 раза меньше плотности Fe и Ni соответственно;

- коррозионной стойкостью в большинстве агрессивных сред (азотная и серная кислота, царская водка, сереводород, морская вода и др.);

- значительным содержанием в земной коре.

Недостатками титановых сплавов являются:

- активное взаимодействие с газами при повышенных температурах (начиная с 400 ˚С титан активно растворяет кислород, что приводит к увеличению его хрупкости и потере термической стабильности);

- водородная хрупкость, которая проявляется при ударных и длительных ударных нагрузках;

- низкие антифрикционные свойства и износостойкость сопряженных поверхностей (схватывание и задиры наблюдаются при небольших контактных нагрузках);

- низкий модуль упругости (почти в 2 раза меньше модуля упругости стали), что ограничивает их применение в конструкциях, требующих высокой жесткости.

2.3. Сплавы на никелевой основе (жаропрочные сплавы):

Особенности жаропрочных сплавов:

- сохраняют высокую прочность при температурах выше 650 °С;

- имеют хорошую жаростойкость (стойкость к окислению при повышенной температуре).

Поликристаллические никелевые сплавы эксплуатируются при темпе­ратурах порядка 850° С, что составляет чуть больше, чем 0,7 от темпера­туры плавления (1280 °С).

Сплавы направленной кристаллизации работают при температуре 1050 °С, что составляет 0,9 от температуры плавления.

Суперсплавы на никелевой основе, имеющие сложную систему легирования (Со, W, Cr, А1, Та, Ti, Hf и др) применяют для вращающихся деталей турбины, т.к. обладают высокой жаростойкостью и высоким сопротивлением ползучести.

4. Интерметаллидные материалы

Интерметаллиды - химические соединения металлов занимают по своей структуре промежуточное положение между металлами и керамикой и имеют уникальные физико-механические свойства:

- низкая плотность – 3,76 г/см, что на 45 ... 55 % меньше плотности нике­левых сплавов,

- высокий модуль упругости 176 ГПа (никелевые сплавы - 206 ГПа),

- высокая температура жаростойкости - T_max 1038 °С (никелевые сплавы - T_max 1093).

Интерметаллиды титан-алюминий (TiAl), представляют значительный интерес с целью замены применяемых в настоящее время никелевых спла­вов, работающих в интервале температур 600 ... 800 °С.

Их планируется использовать для:

- лопаток турбины низко­го давления,

- компонентов сопла,

- деталей корпусов сверхзвуковых двига­телей (NASA Glenn Research Center). Недостатком TiAl является низкая пластичность при ком­натной температуре. Эта проблема решается дополнительным легирова­нием, в частности Nb.

В настоящее время разра­батываются способы защиты поверхностей деталей от окисления.

Следует отметить, что стоимость интерметаллидов TiAl в 1,5 раза выше стоимости никелевых сплавов.

Лекция 2