Перспективные металлы. Структура с исключительной прочностью, жаростойкостью и устойчивостью к коррозии

БЕРНАРД Х. КИР

ЕТАЛЛЫ могут быть хрупки- плоскости. Характер такого сопряжеми или легкодеформируемы- ния плоскостей определяет многие ми, твердыми или мягкими, механические свойства данного

АТОМ

ПРОЧНОСТЬ НИКЕЛЬ-АЛЮМИНИЕВЫХ СУПЕРСПЛАВОВ определяется совокупностью кристаллов одной фазы, внедренных в матрицу другой. Кубические кристаллы, видимые на микроснимке слева, состоят из 7'-фазы сплава никель—алюминий. Они образованы «элементарными ячейками», имеющими упорядоченную гранецентрированную кубическую структуру (вверху слева ), в которой атомы алюминия и никеля занимают определенные места в кристаллической решетке. Окружающая их матрица представляет собой т-фазу (вверху справа), которая также имеет гранецентрированную кубическую структуру, но неупорядоченную: атомы каждого элемента могут занимать любую позицию. Упорядоченная структура т'-кубоидов оказывает большое сопротивление деформации, упрочняя суперсплав. Соотношение элементов в представленном суперсплаве таково, что на три части никеля приходится приблизительно одна часть алюминия. Микроснимок сделан Д. Пирсоном в лаборатории материало-

стей, — играют доминирующую роль в объяснении таких свойств металлов, как пластичность, хрупкость и их поведение при высоких температурах. В последние годы металловеды, основываясь на имеющемся опыте, разработали новое поколение перспективных металлических сплавов. Для их создания исследователи осознанно управляли сложной структурой дефектов и неоднородностей кристаллической решетки металлов.

Появление перспективных металлов символизирует перелом в развитии металлургии. В прошлом металловеды для выбора наилучших композиций сплавов и соответствующих технологических операций полагались на метод «проб и ошибок»; теперь же возможно «конструирование» сплавов на основе технологических процессов, базирующихся на глубоком знании микроструктуры и микромеханики.

НОГИЕ из ныне используемых перспективных металлов были специально разработаны с определенной целью: для использования в авиационных газотурбинных или турбореактивных двигателях. Детали газотурбинного двигателя подвержены разного рода воздействиям: высоким температурам, газовой коррозии, вибрации, большим механическим напряжениям из-за действия центробежных сил, а также множеству других нагрузок. Двигатель заводится, ускоряется, тормозится и останавливается при каждом взлете и посадке самолета. Неоднократное повторение этого цикла может привести к разновидности усталости, называемой малоцикловой усталостью, подобно тому как, сгибая и разгибая проволоку, можно сломать ее из-за «металлической усталости».

Развитие перспективных металлическ±х сплавов является важным ускоряющим фактором в совершенст-