Перспективные металлы. Структура с исключительной прочностью, жаростойкостью и устойчивостью к коррозии, страница 9

Горячее изостатическое прессование можно использовать не только для спекания ПОРОШКОВ в заготовку с близкими к заданным размерами, но и для «залечивания» дефектов и восстановления рабочих и направляюших лопаток, а также других деталей, изношенных в процессе эксплуатации. С помощью горячего прессования можно восстанавливать лопатки, поврежденные из-за образования микропор на границах зерен. Горячее изостатическое прессование позволяет также создавать узлы, СОСТОЯЩИе из деталей, изготовленных из различных сплавов. Например, турбинный диск может быть изостатически спрессован из двух порошков: обод может быть изготовлен из порошкового сплава, устойчивого к ползучести, а внутренняя часть — из наиболее высокопрочного материала.

АСТО требуется равномерно распределить очень малые количества одного материала в значительно большем количестве другого. Особенно эффективным для такого вида гомогенизации является метод механического сплавления, разработанный в 1970 г. Дж. Бенджамином в фирме lnternational Nickel. Мелкие частицы различных подлежащих сплавлению материалов помешают в скоростную шаровую мельницу, состоящую из набора мешалок и большого количества шаров из нержавеющей стали. Мешалки быстро вращаются, заставляя шары сталкиваться друг с другом и с малыми частичками. Частички непрерывно привариваются друг к другу, затем разбиваются и опять привариваются. В результате получается порошок, состоящий из мелких однородных частиц. Затем этот порошок уплотняется путем горячей экструзии и далее подвергается горячей деформации и направленной рекристаллизации.

Механическое сплавление обычно используется для диспергирования оксидных порошков в металлической матрице из никелевого или кобальтового сплава. Частицы оксида, по аналогии с частицами 7 ' -фазы в никелевых суперсплавах, «скрепляют» дислокации, делая сплав тверже, но не охрупчивая его. В отличие от Т кристаллов в суперсплаве, мелкодисперсные частицы оксида не укрупняются при нагреве и поэтому так называемые дисперсно-упрочненные сплавы при высоких температурах оказываются прочнее, чем сплавы, упрочненные мелкими кристаллами в матрице.

С оксидными дисперсно-упрочняемыми сплавами связаны особо большие надежды. По мере совершенствования технологии получения таких сплавов стоимость их снижается и одновременно улучшаются механические свойства. В газотурбинных двигателях оксидные дисперсно-упрочняемые сплавы применяются для изготовления камеры сгорания и стационарных турбинных лопаток.

ЕТОД, к которому в последние годы проявляют наибольший интерес, называется быстрой кристаллизацией. Его идея заключается в охлаждении расплавленного металла со скоростью порядка млн. градусов в секунду. Быстро охлажденные сплавы относительно гомогенны, поскольку для образования и роста больших зерен не хватает времени. Материалы, обладающие гомогенной структурой, как правило, прочны и имеют высокие температуры плавления. Кристаллы второй фазы (например, Т ' фазы), небольшие по размеру и однородно распределенные, упрочняют сплав путем скрепления (пиннингования) дислокаций. Они также стабилизируют границы зерен, сдерживая рост последних при эксплуатации в условиях высоких температур. Кроме того, быстрая кристаллизация может вызывать образование метастабильных фаз: кристалли- ческих или почти кристаллических фаз, относительно устойчивых, но не настолько, насколько устойчивы фазы, образующиеся в сплаве при медленном охлаждении. Метастабильные фазы обладают рядом интересных свойств, подробное изучение которых только начинается.

Исследователи систематически изучают области возможного применения быстрокристаллизующихся сплавов. Так, фирма Allied Corporation разработала новый класс прочных быстрокристаллизуюшихся алюминиевых сплавов, имеющих удельную прочность (прочность на единицу веса), равную или превышающую удельную прочность титановых сплавов при умеренных и высоких температурах. Они также необычайно коррозионностойки, хотя пока не понятно почему. Быстроохлажденные алюминиевые сплавы способны заменить титан в деталях компрессоров газотурбинных двигателей.