|
|
Сравнительно высокая устойчивость
TiC к термоударам, которую можно улучшить добавкой цементирующего металла,
была основной причиной проведения обширных исследований сплавов на основе TiC
со связкой. В первых опытах в качестве связки использовали Со и Ni; в
дальнейшем же опробовали много различных металлов и сплавов. Энгель изучил
цементирующие и легирующие свойства многочисленных элементов. Для этого он
сплавлял их с очень плотным TiC и изучал металлографически переходную зону. В
углубления, имеющиеся в горячепрессованных карбидных изделиях, насыпали
порошок цементирующего металла и нагревали его затем в атмосфере гелия до
точки плавления.
Критерием для оценки цементирующих свойств служили
смачивающая способность и способность к пропитке. Установлено, что TiC
смачивается только никелем, кобальтом, хромом и кремнием и совершенно не
смачивается алюминием, бериллием, золотом, железом, свинцом, магнием,
марганцем, ниобием, платиной, титаном и ванадием. Не обнаружено и способности
TiC образовывать соединение с этими элементами. Никель и кобальт проникают
между карбидными зернами, причем глубина проникновения никеля больше, чем у
кобальта. Хром также слегка впитывается скелетом TiC, однако цементирует его
плохо. Кремний не проникает в карбидный каркас. Однако он так же, как и хром,
образует на зернах TiC новые фазы.
В цементирующей фазе изделий, пропитанных никелем и
кобальтом, наблюдаются мелкие, не связанные друг с другом включения угловатой
формы, по-видимому, мелкие кристаллы TiC.
На основании данных Энгеля можно сделать вывод, что в
качестве связки для материалов на основе TiC пригодны только никель и кобальт
и в отдельных случаях— хром. В работах Энгеля, однако, не упоминаются такие
металлы, как хорошо связывающие вольфрам и молибден, и в особенности перспективные
легированные связки. Мак Бридж сообщает о высоких прочностных характеристиках
TiC, пропитанного сплавом никель— алюминий (предел прочности при изгибе при
980° С равен 25,3 кГ]мм2). В качестве пропитывающего материала Мак Бридж
использовал также ферросилиций. При этом, однако, образовывались новые
неиденти- фицированные фазы.
Киффер и Кёльбль исследовали вопрос получения
высокожаропрочных твердых сплавов методом пропитки. Они добились особенно
хорошей вязкости путем пропитки скелетов TiC или TiC—М02С сплавами Ni— Со—Сг.
Впоследствии метод пропитки удачно использовали при изготовлении устойчивых к
ударным нагрузкам турбинных лопаток.
Дейч, Репко и Лидман изучали физико-механические свойства
TiC с кобальтовой, молибденовой и вольфрамовой связкой. Уайтмэн и Репко испытывали
соответствующие сплавы на устойчивость к окислению. Гоффман с сотрудниками
определял предел прочности при растяжении при высокой температуре сплава
TiC—Со 80/20%. При этом использовали образец, сконструированный для испытания
хрупких материалов. Применяя идентичные образцы, Дейч с сотрудниками определил
предел прочности при растяжении сплавов с 5, 10, 20 и 30% Со при 980 и
1200°С. Предел прочности при изгибе изделий, цементированных кобальтом,
молибденом и вольфрамом, определяли при 870, 1090 и 1315° С (размеры образцов
около 6Х12Х Х100 мм, расстояние между опорами около 90 мм, скорость нагружения 1,4 кГ/мин). Данные по пределу прочности при растяжении и пределу
прочности при изгибе сплавов TiC—Со приведены в табл. 67. Для сопоставления в
этой таблице приведены данные Рэдмонда и Смита по пределу прочности при
изгибе на холоду.
Сопоставление данных по пределу прочности при растяжении и
изгибе показывает, что у сплавов с 5, 10 и 20% Со предел прочности при изгибе
в 2,2—2,5 раза выше предела прочности при растяжении; для сплавов же с 30% Со
соответствующее соотношение составляет около 3,6. Согласно данным опытной
станции Университета штата Огайо (США), величины предела прочности при изгибе
хрупких материалов в 1,67—2,5 раза превышают величины предела прочности при
растяжении. Основываясь на этом положении, А. Р. Бобровский по данным Дейча с
сотрудниками о пределе прочности при изгибе вычислил путем интерполяции и
умножения на средний коэффициент 0,5 предел прочности при растяжении при высоких
температурах сплавов TiC—Со, TiC—Mo и TiC—W. Полученные им данные в
сопоставлении с аналогичными данными для высокожаропрочного сплава стеллита
30 приведены в табл. 68. Для того,
чтобы внести поправку на разницу в отношении плотности,
величины предела прочности при растяжении делили на соответствующие величины
относительной плотности.
Из табл. 68 следует, что уже при 980° С предел прочности
при растяжении сплавов на основе TiC с 20 и 30% Со выше, чем у
«сверхжаропрочных» сплавов, и что другие сплавы с кобальтовой связкой, а
также сплавы с 10% Мо и 5% W превосходят их, если принять во внимание их
незначительную плотность. При 1200° С все сплавы на основе TiC превосходят по
прочностным характеристикам известные высокожаропрочные материалы.
На 118 сопоставлены данные по прочности при изгибе всех
изучавшихся материалов для 870,1090, 1350° С. В то время как при температуре
до 1090°С прочность сплавов с кобальтовой связкой очень высокая, при 1315° С
она уже снижается. При таких высоких температурах прочность образцов с
молибденовой и вольфрамовой связками значительно выше.
Рэдмонд и Смит [1513 установили, что предел прочности при
изгибе сплавов TiC—Со (80/20) и TiC—Ni (80/20) при 980° С соответственно
равен 78 и 64 кГ/мм2 (см. ниже). Эти полученные при оптимальных условиях
изготовления данные значительно выше данных Дейча с сотрудниками сходство
перед горячепрессованными, не содержащими связки TiC, ZrC и окислами.
Наряду с изучением физико-механических свойств сплавов на
основе TiC с кобальтовой, вольфрамовой и молибденовой связками Унтмэн и Репко
определяли также и окалиностойкость этих сплавов. Образцы нагревали в
воздухе при 880, 910 и 1090° С с различным временем выдержки. Поскольку
молибден образует при температурах испытания летучий окисел, критерием при сопоставлении
служила не потеря образца в массе, а определенная металлографическим путем
толщина слоя окисных пленок. Судя по толщине окисной пленки, сплавы,
содержащие молибден, уступают сплавам с вольфрамовой и кобальтовой связками.
Кобальт же, судя по образованию той высокой окалиностойкостью, которой
характеризуются высоколегированные литые материалы.
Слой окалины у TiC с молибденовой связкой по внешнему виду
напоминал мел, был порист и содержал ТЮ2. В слое окалины на поверхности
сплавов с вольфрамовой и молибденовой связкой обнаружили трехокиси W03 и
МоОз. Слои окалины на TiC с кобальтовой связкой носили комплексный характер.
Наружный слой окалины состоял из СоС3-Со203, а внутренний — из CoTi03
При 880°С особая склонность к окалинообразованию проявилась
у сплава TiC—Со (70/30). Четкого объяснения плотной и устойчивой окисной
пленки, по-видимому, пре- Щ восходит в качестве цементирующего металла и
вольфрам. Приведенные для сопоставления данные по высокожаропрочным сталям
свидетельствуют о том, что ни один из испытывавшихся твердых сплавов не
обладает ния того, почему окалиностойкость этого же сплава при более высоких
температурах значительно лучше, нет. Из 119 следует, кроме того, что
механизм окисления очень сложен. Проникновение окислов между границами зерен
TiC, наблюдавшееся у сплавов TiC—W (70/30) ( 120), у сплавов с кобальтовой
связкой не замечено. Устойчивость к окислению сплавов TiC—Со определяется
теми химическими процессами, которые приводят к образованию в зоне
кислородной диффузии газонепроницаемого слоя окалины. Принято считать, что
СоО • С02О3 соединяется с частью образующейся ТЮг и что получающийся в
результате этого С0ТЮ3 растворяется в Ti02. Окалиностойкость твердых сплавов
на основе карбида титана с присадками СгзСг(Та, Nb) и WC и с кобальтовой
связкой тщательно изучили Хиннюбер, Рюдигер и Кинна. На основании
рентгеновских, металлографических и электронномикроскопиче- ских данных они
сделали достаточно точные выводы о кинетике образования слоя окалины и ее
составе. Эти
выводы хорошо совпадают с данными американских
исследователей.
С точки зрения физико-механических характеристик,
устойчивости к термоударам и окалиностойкости из всех изученных сплавов на
основе TiC с кобальтовой, молибденовой и вольфрамовой связкой наиболее
перспективным является, по-видимому, сплав TiC—Со
на экспериментальной турбине. Конструкция лопатки изображена
на 121. Речь идет о типичной лопатке турбинного компрессора. Она более
сходна с металлической лопаткой обычной формы, чем с лопаткой из
керамического материала, которую разработал Гартвиг с сотрудниками для
экспериментальных исследований
Практические испытания лопаток производили прй температуре
подаваемых газов 1200°С и скорости вращения до 17 500 об мин. Поломки
лопаток, происшедшие при этом, были связаны либо с критическими вибрациями
двигателя, либо с напряжениями у края лопатки. Другие поломки происходили в
самом турбинном колесе, по-видимому, вследствие перегрева колеса из-за
сравнительно высокой теплопроводности материала на карбидной основе. Это
обстоятельство вызывало необходимость реконструкции колеса и лопатки, по
крайней мере, для кратковременного использования при высокой рабочей
температуре. Однако ни один из применявшихся до настоящего времени сплавов не
обладал окалиностой- костью, достаточной для того, чтобы его можно было
использовать в течение 10 ч при температурах 1150° С и выше. Кроме того, для
устранения поломок лопаток требовалось повысить устойчивость к термоударам и
ударную вязкость. В дальнейших исследованиях выяснились три разных направления:
1) изменение состава карбидной фазы;
2) выбор других связующих сплавов и вариации в
содержании связки;
3) термическая обработка и изменение технологии
изготовления;
4) нанесение защитного покрытия.
Изменение состава карбидной фазы на основе TiC
Сплавы TiC—Со, как уже упоминалось выше, не обладают
достаточной окалиностойкостью. Рэдмонд и Смит обнаружили, что добавка к
сплавам TiC—Со твердых растворов из карбидов ниобия, тантала и титана заметно
увеличивает окалиностойкость.
Воздействие добавок этих тройных твердых растворов на
окалиностойкость сплавов TiC—Со с содержанием Со 12,3% (по объему) выражено
графиком. Данные графика основаны на увеличении толщины слоя окалины в
результате 64-ч нагрева образца при 980° С в муфельной печи в атмосфере
воздуха. Обращает на себя внимание особенно заметное повышение окалиностойко-
сти при добавке 10—20% твердого раствора.
Как следует из 124 и 125, с увеличением содержания
твердого раствора предел прочности при изгибе как на холоду, так и при
нагреве снижается. Обусловленное легированием снижение прочности для многих
областей применения является, по-видимому, допустимым. Материал, состоящий из
65% TiC, 15% твердого раствора NbC—ТаС—TiC и 20% Со, известен под фирменным
названием «Кентаниум К 138А». Согласно работе, предел прочности при изгибе
этого материала при 980° С равен 70,2 кГ/мм2, т. е. больше, чем для сплава
такого же состава по 124; длительная прочность при 820° С превышает 31,6
кГ/мм2, модуль упругости равен 40 000 кГ/мм2, а плотность составляет 5,8
г/см3, коэффициент теплового расширения в температурном интервале 20—650°С
равен 8,1 • 10-в и теплопроводность 0,075 кал!(см • сек • град).
Рэдмонд приводит, кроме того, данные по длительной
прочности «Кентаниума К 138А» при 980° С. Как следует из 126, длительная прочность
этого материала значительно выше, чем у обычных высокожаропрочных сплавов.
Это преимущество становится особенно заметным, если принять во внимание
плотность
Рэдмонд сделал вывод, что сплав «Кеннаметал К138А» и
другие аналогичные сплавы следует применять в тех случаях, когда требуются
высокая прочность, хорошая устойчивость к окислению и стойкость к термоударам
при температуре вплоть до 1200° С. Допустимой рабочей температурой для
лопаток газовых турбин ротора и статора считается 1090° С. Кроме того,
Рэдмонд полагает, что подобные твердые сплавы на основе TiC можно применять
также и там, где требуется высокое сопротивление деформации и
газонепроницаемость при температуре до 1500° С. Применение этого сплава
возможно и при кратковременном соприкосновении с жидкими металлами и быстрыми
токами газов при температуре до 2500°С.
Рэдмонд упоминает далее о сооружении специальной газовой
турбины, наиболее ответственные детали которой изготовлены из твердого сплава
на основе TiC.
В одной из поздних работ Рэдмонд и Грэхэм сообщают, что
сплавы на основе TiC с 15% твердого раствора NbC—ТаС—TiC и 20—30% никеля в
качестве связки превосходят по устойчивости к окислению сплавы с кобальтовой
связкой. Кроме того, Рэдмонд и Грэхэм приводят данные по длительной прочности
различных сплавов нового типа на основе TiC (табл. 70) и рассматривают вопрос
о сжимающих и растягивающих нагрузках в условиях эксплуатации, например у
турбинных лопаток, а также связанные с этим конструктивные проблемы.
В связи с этим оказались существенно важными эксперименты,
которые проводил Роач на изделиях из карбида титана, не содержащего связки. В
результате экспериментов Роач предложил другой способ повышения устойчивости
к окислению путем вариаций в карбидной фазе. Согласно патентным данным можно
получить TiC особо высокой твердости и с содержанием свободного углерода
менее 0,2% путем восстановления ТЮг углеродом в присутствии небольших
количеств окиси хрома. В соответствии с этим Роач прессовал под давлением 350
KFJCM2 смеси порошков TiC и СггОз (содержащих соответственно 0; 0,5; 1,0;
2,0; 4; 6; 10 и 20% металлического хрома) с добавкой летучей связки.
Прессовки загружали в сырой TiC в графитовом тигле и подвергали 25—30-мин
нагреву примерно при 2200° С. Спеченные
таким путем образцы прокаливали в течение одного часа при
650, 850, 1200 и 1400° С, после чего определяли их увеличение в массе.
Приведенные на 128 данные свидетельствуют о том, что наилучшая устойчивость
к окислению достигается при 5% хрома. При более низком (0,5—1%) или более высоком
(10—20%) содержании хрома устойчивость к окислению меньше.
Объяснить описанное явление трудно. Роач обнаружил
изменение линии рентгеновской диффракции и в соответствии с этим предположил
образование твердых растворов. Возможно, однако, что часть образовавшегося
промежуточного металлического хрома играет роль связки. Таким образом,
эксперименты Роача следует сопоставить с экспериментами Трента и его
сотрудников а также Киффера и Кёльбля по хромсодержа- щей связке. Во всяком
случае, можно считать, что защитное действие хрома свидетельствует об
образовании прочно соединяющейся с основным материалом и газонепроницаемой
защитной пленки, содержащей окись хрома. Проводимые в настоящее время
исследования высокожаропрочных карбидных сплавов типа Т1С—Сг3— —Сг3Сг—Ni и
TiC—Сг3Сг—Со были начаты Трентом и другими исследователями. Содержание
карбида хрома в испытуемых ими материалах составляло 4—12%, а связки 20—60%
TiC.
Необходимо отметить, что для одного типичного сплава из
этой группы модуль упругости оказался равным 35 000 кГ/мм2 при 20° С и 27 000
кГ/мм2 при 700° С, а коэффициент линейного расширения (7,9—11,3) Ю-6.
С увеличением содержания карбидной фазы уменьшается
плотность, прочность при низкой температуре и коэффициент линейного
расширения. Одновременно возрастают твердость, модуль упругости и длительная
прочность.
Окалиностойкость сплавов определяли путем 100-ч нагрева в
атмосфере воздуха при 900°С по увеличению в массе, которое составляло в
зависимости от содержания карбида хрома от 0,004 до 0,018 г/см2.
Изучение микроструктуры сплавов показало, что карбидная
фаза (если не учитывать незначительных количеств свободного карбида хрома)
образована из твердого раствора TiC—Сг3С2. Имеются данные, что растворимость
карбида хрома в TiC при 1700—-1800°С составляет свыше 40°/о - Выяснено, что
цементирующая фаза после затвердения также содержит хром, выделяющийся из
карбида хрома или же из твердого раствора карбид титана—-карбид хрома.
Влияние систематических изменений в составе карбидной фазы
изучал Хиннюбер и другие исследователи. Изучаемый сплав TiC содержал 20% Со и
до 40% Сг3С2 (Та, Nb)C или WC. Судя по окалинообразова- нию при 1000° С,
можно сделать вывод, что добавка указанного карбида в количестве примерно
10—30% улучшает устойчивость к окислению основного сплава.'
Рентгенографические и металлографические исследования, а также исследования с
применением электронного микроскопа, проведенные Хиннюбером, позволили
получить представление о составе окалины и изменении его в процессе
окисления.
Согласно Агте и др., сплавы с 80% TiC и 20% TaC/NbC и с
50% связки из сплава Ni—Со характеризуются особенно высокой
окалиностойкостью, которая может быть еще больше увеличена путем присадки
1—5% Сг3С2. Повышение окалиностойкости позволяет уменьшить содержание связки
и тем самым повысить длительную прочность сплава.
Изменения в составе связки твердых сплавов на основе TiC
Согласно данным Энгеля, хром по своим легирующим свойствам
является удачно выбранной связкой. Одновременно с этим, учитывая
положительные свойства Сгг03, можно считать, что применение хрома в качестве
связки приводит к созданию твердых сплавов, которые как по окалиностойкости,
так и по физико-механическим характеристикам удовлетворяют требованиям
высокотемпературной техники. В то время как эксперименты с чистым хромом в
качестве связки, согласно данным работы [148], не привели к хорошим
результатам, сплавы со связкой Со—Сг, Ni—Сг и Со—Ni—Сг оказались значительно
более подходящими . Подобные материалы производятся в настоящее время в
широком масштабе.
Это новое открытие явилось результатом систематических
исследований окалиностойкости твердых сплавов Киффером и Кёльблем.
Данные по окалинообразованию сплава WZ126 приведены на
132 в виде изотермы окисления при 900, 1000 и 1100° С. При этом увеличение в
массе зависит от длительности нагрева. Окалинообразование протекает по
параболическому закону и, следовательно, приводит к образованию слоя окалины.
Это подтверждается также сопоставлением прокаленного образца сплава WZ с
любым другим твердым сплавом. Микроструктура одного из сплавов типа WZ
показана на 134.
Сплавы типа WZ совмещают в себе значительную устойчивость
к окислению при высоких температурах с хорошей жаропрочностью. На 135
приведен график длительной прочности сплава WZ1Ь. При температуре выше 820°С
сопоставление становится невозможным, так как эта температура является
максимально допустимой для литых сплавов. Литературные данные для температур
испытания выше 900° С отсутствуют.
Турбину, лопатки, валки и роторы которой изготовили из
твердых сплавов типа WZ, испытали в условиях, сходных с эксплуатационными.
Длительная прочность окалиностойкость лопаток при 1000°С были
удовлетворительными. Однако в корнях лопаток возникли трещины из-за
недостаточной стойкости к термоударам и невысокого предела прочности при
ударном изгибе.
На 136 показаны различные турбинные колеса, лопатки и
другие детали, изготовленные из твердого сплава типа WZ. В то время как в
производстве турбин твердые сплавы на основе TiC внедрены не были, в других
областях применения при высоких температурах детали из сплавов WZ (опоры и
оправки машин для испытания на жаропрочность, пу- ансопы, насадки для
патрубков п др.) очень хорошо оправдали себя.
Высокая устойчивость твердых сплавов па основе TiC к
жидким металлам, например к висмуту и в особенности к перегретым щелочным
металлам, могла бы способствовать использованию этих материалов в
реакторостроении.
Новые открытия в этой области охватывают далее твердые
растворы TiC с другими тугоплавкими карбидами. При этом в качестве связки
применяются коррозион- ностойкис и жаропрочные сплавы Со—Сг, Ni—Сг и Со-
Ni—Сг.
По данным Рэдмопда и Смита, хорошие результаты получены
при испытании твердых растворов па основе TiC—-ТаС—NbC (см. данные по WZ3).
Согласно данным Киффера и Кёльбля, эксперименты с твердыми растворами
TiC—Мо2С, пропитанными сплавами Со—Сг и Ni—Сг, показали, что присадка МоС в
количестве свыше 5% заметно снижает устойчивость к окислению.
В Англии сплавы, аналогичные сплавам WZ, выпустила фирма
«Метро-Виккерс» под маркой «Эльмет HR». На 137 приведены изотермы окисления
сплава с 50% TiC, 25% Ni, 14,25% Сг и 10,75% Со при 800, 900, 1000 и 1200°С
после нагрева образцов в смеси парафин --воздух. По окалинообразовашпо сплав
«Эльмет» значительно превосходит сплав «Мимони к 80 А»
Испытания на устойчивость к термоударам показали, что при
850° С сплав «Эльмет» может выдержать 3500—4000 циклов, тогда как сплавы
Ni—Cr—Ti выдерживают только 2000 циклов. Данные по жаропрочности и длительной
прочности совпадают с аналогичными данными для сплавов типа WZ.
Гаррнс, Чайльд и Говард изучали устойчивость твердых
сплавов на основе TiC к ползучести при температуре до 1100" С. Они
подтвердили предположение Кпф- фера и Кельбля о том, что жаропрочные сплавы
Ni— Со—-Сг превосходят в качестве цементирующих материалов сплавы Ni—Со, не
содержащие хрома. Состав связки в твердых сплавах на основе TiC изменяли
неоднократно. Так, изучили влияние связок Ni—Mo, Ni—А1 и Ni—Mo—А1 па
жаропрочность [6, 76, 85]. Чех изучал возможность взаимодействия Ni, Со, Сг,
Mo, Nb, Si, Ti и NiAl3 с TiC. Сугияма и Судзуки исследовали сплавы со связкой
Ni—Сг—Мо (60/20/20).
При первых практических экспериментах по применению
твердых сплавов на основе TiC для турбинных лопаток выявилось, что наряду с
жаропрочностью большое значение имеет также предел прочности при ударном
изгибе. Эту характеристику определяли различные исследователи. Сопоставление
полученных величин в связи с этим затруднительно. Так, Пфаффипгер с
сотрудниками дает для сплавов типа WC с 25—65% связки (поперечное сечение
образцов 10x10 мм2, расстояние между опорами 40 мм) величину 38—95 кГ см/см2, тогда как для «сверхжаронроч- пых» сплавов она равна 380—665 кГ/см2.
Для практических целей такие данные ненадежны. Увеличением содержания связки
(что, однако, снижает длительную прочность) и специальными методами
изготовления (пропитка, полировка поверхности) удалось достигнуть более
высоких величин для ударной вязкости; однако изготовленные даже таким путем
турбинные лопатки не дали хороших результатов.
Поскольку на пластичность и прочностные характеристики
влияет не только состав сплава, но и структура, т. е. форма и размер зерен
карбидной фазы и ее распределение в связке, этой проблеме было уделено особое
внимание и. при изучении твердых сплавов на основе TiC
Таким образом, сплавы типа «Кентаниум», марки WZ и
аналогичным образом изготовленные сплавы немецких и английских марок в
настоящий момент являются наиболее перспективными с точки зрения
высокотемпературного применения сплавов на карбидной основе. Предположение,
что эти материалы пригодны для различных видов применения при рабочих
температурах 1000° С, а возможно и 1100° С, по-видимому, обосновано. Однако
для широкого промышленного применения этих материалов, в особенности при
изготовлении турбин, следует повысить предел прочности при ударном изгибе
Специальные методы изготовления твердых сплавов на основе
карбида титана
Изготовление фасонных деталей, например турбинных лопаток,
из твердых сплавов на основе карбида титана в основном проходит через те же
стадии, что и деталей из твердых сплавов, предназначаемых для резания
прессование с последующим спеканием в атмосфере водорода или в вакууме, а в
ряде случаев горячее прессование или непрерывное выдавливание (экструзия) с
последующим спеканием в вакууме. При этом во всех случаях необходимо принимать
во внимание следующие обстоятельства. Чистовая обработка деталей сложной
конфигурации (лопатки или турбинные колеса) из предварительно спеченных
заготовок требует специальных станков (копировальных) с соответствующими
инструментами. При окончательном же спекании, которое производится
преимущественно в вакууме, необходимо при высоком содержании связки следить
за тем, чтобы не произошла ее ликвация. Так, было предложено медленно
поворачивать турбинные колеса во время спекания Тем не менее спекание фасонных
изделий из сплавов с содержанием связки свыше 50% связано с трудностями. По
этой причине предпочтение оказывается методу пропитки. Относительно
процессов, происходящих при спекании твердых сплавов на основе карбида
титана, в особенности о влиянии структуры, определяющей пластические
характеристики, упоминалось выше.
Из-за жестких допусков поверхность и основание турбинных
лопаток после спекания в большинстве случаев
подвергают окончательному шлифованию (доводке) алмазом.
Сплавы с высоким содержанием связки можно также обрабатывать твердыми сплавами
с высокой твердостью.
Трудности при формировании привели к тому, что в некоторых
случаях оказалось целесообразным применять обычное в керамическом производстве
шликерное литье Твердосплавную смесь взмучивают путем добавки водного
раствора электролита; полученный таким путем шликер заливают в гипсовые
формы, отсасывающие воду. Затем детали легко извлекают из формы и после
удаления остатка суспензионной среды подвергают окончательному спеканию.
Особо важное техническое значение при изготовлении твердых
сплавов на основе карбида титана с высоким содержанием связки имеет метод
пропитки Можно подвергать пропитке все существующие сплавы. Об основах
процесса пропитки упоминалось ранее Киффер и Кёльбль опробовали этот метод
также и при изготовлении твердых сплавов на основе карбида титана или
содержащего карбид титана твердого раствора. Они пришли к выводу, что,
применяя этот метод, можно изготовить непористые материалы с 60—70% связки.
Заметной разницы между свойствами спеченных твердых сплавов и аналогичных
сплавов, полученных пропиткой, не обнаружено. Метод пропитки с использованием
жаропрочных сплавов всех видов неоднократно применялся для изготовления
высокожаропрочных твердых сплавов на основе карбида титана. Особенно много
усовершенствований в метод пропитки при промышленном изготовлении тур
бинных лопаток внес Гётцель с сотрудниками. Для улучшения
ударной вязкости при этом разработан метод, по которому можно нанести на
поверхность лопатки тонкую пленку вязкого пропитывающего сплава. Аналогичное
действие оказывают также нанесенные гальваническим путем пленки никеля или
сплава никель — хром. В то время как термическая обработка и пескоструйная
обработка не улучшают заметным образом ударную вязкость, так называемый «железобетонный»
метод — внедрение высокопрочных и пластичных металлических сеток или же
волокон в пористую массу — имеет некоторый успех. При этом выбранные металлы
и сплавы не должны реагировать при необходимых высоких температурах спекания
с твердым сплавом и в то же время не должны охрупчиваться вследствие
рекристаллизации.
Современные, устойчивые к рекристаллизации, сплавы
переходных металлов, главным образом ниобиевые и танталовые, могли бы
обеспечить дальнейшее улучшение свойств и наряду с нанесением вязких окисных
пленок способствовать успеху применения твердых сплавов на основе карбида
титана и для турбин.
Керамические защитные пленки
Моор с сотрудниками предложил улучшить окалиностойкость
твердых сплавов на основе TiC (без добавления другого карбида) путем
нанесения эмале- видного керамического покрытия. Этот способ был ранее
предложен для защиты молибдена и вольфрама при высоких температурах .
Присадка к керамике металлического хрома способствует
образованию покрытия, хорошо соединяющегося с основным материалом. Содержащий
щелочи агломерат (табл. 74), взятый в количестве 20% (по массе), размалывали
и смешивали с 80% порошка хрома и 5% глины До шликера , который наносили
затем на пластинки из твердого сплава TiC—Со (80/20) и обжигали в течение 10
мин при 1200° С в атмосфере водорода. Получились твердые, гладкие и хорошо
соединяющиеся с основным
Состав эмалей для высокотемпературной защиты твердых
сплавов на основе TiC (по Моору и др.) материалом пленки. В легко
обнаруживаемом слое содержался карбид хрома. Покрытие было устойчиво к
термоударам и достаточно хорошо деформировалось при высоких температурах.
Таким образом, оно могло соответствовать по ползучести основному материалу.
Несмотря на то что не была испытана ни одна турбинная лопатка с подобными покрытиями,
предполагают, что срок ее службы при рабочих температурах до 980° С может
быть заметно продлен по сравнению с незащищенными лопатками.
|