Перспективные металлы. Структура с исключительной прочностью, жаростойкостью и устойчивостью к коррозии, страница 2

турбореактивного двигателя остаются неизменными на протяжении «оследних 30 лет. Поскольку появились металлы, способные выдерживать высокие температуры и большие механические нагрузки, они нашли применение непосредственно в двигателях; заменив детали из менее подходящих сплавов, удалось повысить качество и надежность двигателей. Естественно, при обсуждении перспективных металлов следует основываться на приложениях, для которых эти металлы разрабатываются. Поскольку потребность в совершенствовании конструкции турбореактивных двигателей является одной из основных движущих сил в развитии перспективных металлов и поскольку в газотурбинном двигателе представлены почти все разновидности условий жесткого режима эксплуатации, в котором должны работать перспективные металлы, их целесообразно рассмотреть в свете применимости в современных авиационных газотурбинных двигателях.

Типичный турбореактивный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, камеры сгорания и турбины (см. рисунок на с. 102). Компрессор состоит из ряда вращающихся дисков, каждый из которых несет набор веерообразных лопаток. Диски чередуются с большими кольцами стационарных лопаток, называемыми статорами или направляющими лопатками. Последние жестко соединены с корпусом двигателя и изменяют направление потока воздуха, когда он движется от одного набора вращающихся лопаток к следующему. Компрессор засасывает воздух в двигатель, повышает его температуру и давление и переносит в камеру сгорания, где сжатый воздух тщательно перемешивается с мелкими каплями топлива, образуя смесь, которая там же воспламеняется. Горячие выхлопные газы быстро расширяются; они движутся с большой скоростью через турбину, систему подвижных и стационарных лопаток, во многом схожих с компрессорными

а

ДЕФОРМАЦИЯ металлического кристалла приводит к образованию в его микроструктуре дефекта, называемого дислокацией. Когда к кристаллу приложена скалывающая сила (а ), половина крайней атомной плоскости сдвигается внутрь материала (Ь) до тех пор, пока не сблизится со следующей полуплоскостью. В результате эта полуплоскость отрывается (с), позволяя первой занять ее место. Дополнительная полуплоскость (экстраплоскость) в кристаллической структуре называется дислокацией. Если скалывающая сила не снимается, дислокация будет продолжать двигаться по материалу, также обрывая и восстанавливая атомные полуплоскости. Металлы, в которых дислокации не могут легко передвигаться, трудно деформируются и являются более твердыми. В упорядоченном кристалле, в котором атомы элементов занимают строго определенные места (d), одиночная дислокация может нарушить порядок, и поэтому движение дислокации в упорядоченном кристалле затруднено. Вторая дислокация восстанавливает кристаллический порядок. Именно поэтому передвижение дислокаций в упорядоченных кристаллах осуществля-

ДВИЖУЩАЯСЯ ДИСЛОКАЦИЯ

ПРОЧНОСТЬ никелевых суперсплавов обусловлена трудностью перемещения одиночной дислокации через кубоиды 7' фазы. Дислокация (выделена цветом) перемещается относительно легко в неупорядоченной т-фазе суперсплава (а). Одиночная дислокация не может легко передви-

ВТОРАЯ ДВИЖУЩАЯСЯ ДИСЛОКАЦИЯ

гаться в 7' фазе, так как она является упорядоченной; поэтому кубоиды т'-фазы матрицы закрепляют движущие дислокации (Ь), делая металл более трудно деформируемым. Когда вторая движущаяся дислокация (с) присоединяется к первой, они могут вместе передвигаться в 7'-