Перспективные металлы. Структура с исключительной прочностью, жаростойкостью и устойчивостью к коррозии, страница 3

          ВТОРАЯ                    ПЕРВАЯ

ДИСЛОКАЦИЯ ДИСЛОКАЦИЯ

ется парами. Область между дислокациями, или антифазная граница, имеет более высокую энергию, чем остальная часть кристалла, и поэтому для деформации упорядоченных кристаллов требуется дополнительная энергия.

АНТИФАЗНАЯ ГРАНИЦА

кубоидах с небольшой высокоэнергетичной антифазной границей между ними (d).

т. е. склонности постепенно растягиваться под действием центробежных сил. Диски, несущие вращающиеся лопатки, должны обладать высоким пределом прочности для того, чтобы удерживать лопатки от действия центробежных сил. Большинство деталей камеры сгорания, имеющие 60лее сложную конструкцию, чем детали компрессора или турбины, должны обладать формуемостью и свариваемостью, противостоять термической усталости (разрушению из-за повторяющегося расширения и сжатия в течение циклов высокой и низкой температуры). Сплавы для камеры сгорания не должны обладать особенной прочностью, однако они должны сохранять прочность до температур порядка 1100 ⁰ С. К деталям турбины предъявляются требования, аналогичные тем, что предъявляются к деталям компрессора, но, кроме того, они должны быть коррозионностойкими в газовой среде и жаростойкими при гораздо более высоких температурах. Все детали двигателя должны обладать очень стабильной микроструктурой, чтобы сохранять свои свойства в течение длительного времени.

нАИБОЛЕЕ подходящими для многих экстремальных условий являются сплавы на никелевой основе, известные как суперсплавы. В обычном сплаве все атомы располагаются в соответствии с симметрией определенной кристаллической структуры; поэтому все атомные плоскости сопрягаются одинаково. Обычно материал состоит из множества зерен, отдельных кристаллитов, связанных воедино. Хотя в целом зерна разориентированы по отношению друг к другу, внутри каждого зерна расположение атомов идентично.

В суперсплаве же атомы распределяются по двум или более различным фазам. В никелевых суперсплавах фазы называются Т и Т ' . Небольшие, обычно кубические кристаллы 7' -фазы внедрены в матрицу, образованную т-фазой. Атомы в Т ' -фазе более упорядочены, чем в т-фазе; в этом их наиболее характерное отличие. Атомные плоскости в обеих фазах располагаются одинаково, но в 7' -фазе определенные позиции в каждой плоскости должны быть заняты атомами никеля, а другие — атомами второго компонента, обычно алюминия (вт фазе никель-алюминиевых сплавов на один атом алюминия приходятся три атома никеля). В т-фазе в узлах решетки могут располагаться атомы любого компонента сплава.

Для того чтобы понять особые свойства суперсплавов, необходимо разобраться, как приложенная нагрузка обычно влияет на микроструктуру металла. Предположим, к металлическому образцу приложена скалывающая сила, т. е. часть образца над некоторой воображаемой плоскостью, называемой плоскостью скольжения, сдвигается вправо, в то время как часть под плоскостью остается на месте.

В чем же состоит эффект, вызываемый действием такого рода силы, и как он влияет на микроструктуру металла? Воображаемые атомные плоскости с каждой стороны образца, которые примерно перпендикулярны направлению приложенных сил, перпендикулярны и плоскости скольжения. Половина крайней левой плоскости, расположенная под плоскостью скольжения, будет сдвигаться вправо, а половина, находящаяся над плоскостью, — нет. Поэтому плоскость разделится на две, если скалывающая сила достаточно велика, и верхняя полуплоскость сдвинется на небольшое расстояние внутрь образца. В конечном счете она сдвинется достаточно далеко, чтобы столкнуться с ближайшей атомной полуплоскостью. Фактически она будет перемещать эту полуплоскость, двигая ее по образцу и занимая ее место в кристалле. Сдвинутая полуплоскость в свою очередь передвинет следующую, заняв ее место.

Таким образом, экстраплоскость будет передвигаться по образцу, и в результате верх образца сдвинется на величину, равную межплоскостному расстоянию. Если действие силы сохранится, образец будет продолжать деформироваться. Экстраплоскость, передвигающаяся по образцу, называется краевой дислокацией.