Жаропрочные композиционные материалы

Для тривалого використання необхідні великі діаметри DB. Проте при збільшенні DB зменшується довготривала міцність. Отже, існує оптимальне значення DB. Для вольфрамового дроту, при t = 100-1000 годин і Т= 1373 К, DB, = 0,38 мм.

Існують обмеження і на густину розташування волокон в KM. Багато деталей, таких як лопатки турбін, працюють у зоні з тепловим градієнтом. Так, температура поблизу валу, в якому закріплена лопатка, може бути на 100-200° меншою за температуру на кінцях лопаток. Тому густота армуючих волокон біля вала має бути меншою.

Волокна в лопатці мають бути розташовані програмовано (як в основі гілки дерева), бо лопатка працює на згин, скручування і розтяг. Крім того, газова турбіна літака працює в циклічному режимі (зупинка-старт). Тому важливо враховувати термічні напруги (2. 11) і втому.

На рис. 3. 7 наведено значення питомої міцності для кількох матеріалів, а саме:

1 - жароміцний нікель-хромовий сплав із легуючими елементами;

2 - сплав, закристалізований так, що його зерна мають вигляд волокон і пластин;

3 - сплав 218, армований дротами W + 1 % ThO2, W + 2 % ThO2 та W-Hf-C.

Рис. 7. Питома довготривала міцність σк(t = 1000 год), при 1363 К жароміцного сплаву - 1, евтетики - II, та KM - III із вольфрамового дроту 218, дроту W-ThO2, дроту W-Hf-C. Частка дроту VB = 70 % об.

Видно, що KM із дротом W-Hf-C мають у 5 разів більшу довготривалу питому міцність, аніж жароміцні сплави. Вона становить= 42 • 107 Па

Це в 9 разів більше, ніж для жароміцного сплаву (не враховуємо густину, томузаписуємо в Па).

Наскільки це важливо для практики? Оскільки питома  КМ у 5 разів вища за  сплаву, то турбіну можна розкручувати до вдвічі більшої частоти. При цьому зростає потужність і зменшується шум, бо енергія звукових частот переходить в енергію нечутних ультразвукових. Окрім того, поліпшується згорання палива (зростає дальність польоту). KM, прототипи яких розроблялись 1972 року (рис. 7), в 2000 р. використовуються на практиці. Тож не дивно, що запроваджено нові, жорсткіші норми щодо шуму та безпеки довкілля при авіаційних міжнародних перевезеннях. Наскільки нам відомо, цим нормам відповідають мотори АО "Запоріж-Січ" та нові літаки Київського авіаційного заводу ім. Антонова. Які насправді KM використовуються та яка технологія їх виготовлення - кожна фірма ці дані втаємничує. Про них стане відомо років через 10-15.

Не лише питома довготривала міцність важлива в газових турбінах. Не менш важливим є опір ударам. На рис. 8 наведено величини роботи руйнування при ударах зразків жароміцних сплавів та KM (60 % об'ємних вольфрамового дроту) на їхній основі.

Опір ударам за кімнатної температури малий, бо дислокації в матриці і особливо в дротах загальмовані, тому в KM мала пластичність. Зі збільшенням температури випробування зростає рухливість дислокацій. Тому наростає Wk. У KM мікротріщини гальмуються волокнами, тому опір ударам вищий, ніж у сплаві.

У KM спостерігається ефект зниження опору ударам, обумовлений обмеженням товщини прошарків матриці між волокнами ("ефект обмеження"). Нехай є два KM

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Похожие работы