11.10.2019
Обустроить чердачное помещение с комфортом несложно, сложнее обеспечить там достаточно света. Если вы хотите обзавестись окном на...


11.10.2019
Blockchain признана одной из прорывных информационных технологий нашего времени. Более 8 лет истории этой сети неразрывно связаны...


11.10.2019
Для любого предприятия, которое использует в работе различные машины, важной составляющей бесперебойной деятельности считается...


10.10.2019
Современный рынок недвижимости в Москве переполнен предложениями. Тут можно свободно купить квартиры различной площади в центре...


10.10.2019
Профлист – универсальный износостойкий материал. Кровельный профнастил используется при создании крыши, стеновой при возведении...


10.10.2019
Теперь совместить отдых с долгосрочной инвестицией стало проще. Воспользовавшись услугами специалистов, можно приобрести не...


Компактные материалы тугоплавких окислов

13.09.2019

Чистые тугоплавкие окислы, как, например, BeO, Al2O3 и ZrO2 и окисные соединения — такие, как силикаты и алюминаты, сочетают обычно хорошую стойкость против окисления с высокой жаропрочностью. Во время второй мировой войны европейские исследования в этой области привели к развитию материалов — заменителей высоколегированной стали, т. е. заменителей сплавов, которые применяют при температурах ниже 800°.

В США в настоящее время разрабатывают материалы, выдерживающие температуру 1100° и выше. При таких температурах, как следует из табл. 188, керамические материалы показывают значительно более высокую прочность, чем самые лучшие высокотемпературные сплавы (так называемые суперсплавы), особенно если их сравнивать по отношению прочности к удельному весу.

Однако практическое применение материалов из окислов в ряде случаев (например, для лопаток турбин) сильно ограничено их хрупкостью и особенно их низкой термостойкостью (см. табл. 170). Для устранения этих специфических недостатков были разработаны весьма перспективные композиции из окислов и металлов, которые по аналогии с твердыми сплавами были названы сплавами окислов с вспомогательными металлами или сцементированными окислами. В табл. 188, по Рышкевичу, приведены данные о жаропрочности и удельных весах отдельных окислов.

Кратковременная прочность лучших «суперсплавов» при 1000° лежит, ниже 26,5 кг/мм2; удельный вес этих сплавов больше чем вдвое превышает удельный вес окиси алюминия и окиси циркония. Приведенные в табл. 188 значения показывают, что уже при 1000° окислы превосходят «суперсплавы» по так называемой относительной прочности (отношение прочности к удельному весу).

Из окислов, приведенных в табл. 188, окись алюминия, окись циркония и окись тория имеют низкие значения теплопроводности и соответственно этому незначительную термостойкость. Применение окиси тория ограничивается, кроме того, ее высокой ценой и высоким удельным весом. Хотя окись бериллия является электрическим изолятором, она имеет сравнительно высокую теплопроводность (закон Видемана—Франца не применим для неметаллических материалов), так что термостойкость BeO удовлетворительна. Однако химическая устойчивость этого окисла (особенно по отношению к другим окислам) невысока. Кроме того, окись бериллия в присутствии водорода обладает высокой летучестью.

Таким образом, ни один из названных окислов в чистом виде не может применяться для таких деталей, как, например, лопатки газовых турбин. Однако они находят практическое применение в качестве материала для тиглей, защитных пирометрических трубок и т. п.

Так называемая стабилизированная окись циркония состоит из переплавленной в электропечи ZrO2 с присадками CaO, Y2O3 или других окислов щелочноземельных металлов и кристаллизуется в кубической решетке. Окись циркония применяют в качестве огнеупоров в высокотемпературных печах, в теплоизоляторах и в элементах сопротивления до температур 2400°.

Система ZrO2 — Y2O3 изучена в работе.

При исследовании различных составов систем BeO—MgO—ZrO2; BeO—Al2O3—ZrO2; BeO—Al2O3—ThO2 установлено, что материалы с высоким содержанием BeO обнаруживают сравнительно удовлетворительную термостойкость. Эти материалы (4811C и 16021Т в табл. 189) сохраняют свою прочность даже после десятикратного резкого охлаждения с 930° в струе холодного воздуха. Материал 4811C имеет при 980° кратковременную прочность 13,4 кг/мм2. Это наиболее высокое значение из всех исследованных систем окислов. Отношение прочности этого материала к удельному весу (3,0 г/см3) выше, чем у суперсплавов. Составы, удельные веса и длительная прочность этих материалов представлены в табл. 189. Там же приводятся данные для силиманита, имеющего примерно такую же кратковременную прочность (при удельном весе 2,8 г/см3), как и материал 4811C.

В табл. 189 даны также значения так называемой относительной прочности, т. е. прочности, «приведенной» к относительному удельному весу испытуемого материала (за единицу принят удельный вес сплава HS-30, или 422-19—8,3 г/см3). Это позволяет непосредственно сравнивать прочность различных жаропрочных материалов с учетом их удельного веса.

В табл. 190 представлены характеристики ползучести исследованных керамических материалов в сравнении со значениями прочности типичного высокожаропрочного сплава 422-19 (HS-30), причем представлены также и величины относительной прочности. Уже при 870° предел ползучести керамических материалов выше предела ползучести суперсплавов; особенно ярко это выявляется при сравнении величин относительной прочности.

Материал 4811C превосходит другие исследованные керамические материалы. Максимальная прочность этих материалов для принятой продолжительности испытания (не менее 160 час.), составляет при 820 и 930° 9,8 кг/мм2; при 980° 12,7 кг/мм2; при 1040° 11,3 и при 1150° 4,2 кг/мм2. Другие исследованные авторами керамические материалы показали длительную прочность порядка 12,0—12,7 кг/мм2 при 980°, но с резким падением этих значений при более высоких температурах.

Лопатки ротора из материала 4811C и силиманита были испытаны в опытной турбине.

Хрупкость обоих материалов не позволила использовать лопатки обычной стандартной формы (применяемой для металлов); была разработана специальная конструкция, показанная на рис. 251.

Наиболее длительный опыт с силиманитовыми лопатками продолжался 38 час. при температуре 940° и скорости 8700 об/мин. Лопатки разрушались вследствие концентрации напряжений; улучшение их конструкции может значительно увеличить срок службы.

Испытания лопаток из материала 4811С показали, что этот материал можно применять при 980° и 14000 об/мин (максимальная скорость 225 м/сек). После 50-часового испытания в этих условиях опытные лопатки разрушились от термического удара, вызванного нарушениями подачи воздуха. Такого рода воздействия быстрого охлаждения нужно ожидать и при практической эксплуатации; поэтому неудовлетворительная термостойкость является, повидимому, главным фактором, исключающим применение керамических материалов для лопаток газовых турбин и других подобных назначений.

Недавно Ланг разработал материал на основе BeO-Al2O3-TiO2. Можно ожидать, что этот материал будет обладать повышенной термостойкостью, так как он сочетает хорошую теплопроводность BeO с низким коэффициентом линейного расширения титаната алюминия.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна