ВВЕДЕНИЕ 3
1 Условия эксплуатации жаропрочных никелевых сплавов для газотурбинных двигателей (Обзор) 6
1.1 Развитие газотурбинных двигателей 6
1.2 Освоение высоких температур 7
2. Механические свойства сплава ВЖМ 8 10
2.1. Конструирование сплава ВЖМ 8 10
3. Постановка задачи 19
3.1 Уравнения. Закон Гука 19
3.2 Трехмерная постановка задачи 19
4. Полученные результаты 20
4.1 Волновые картины 20
4.2 Выводы 27
Список литературы 28
Разработка материалов на основе металлических монокристаллов даёт большие возможности не только для повышения эксплуатационных параметров изделий, работающих в экстремальных условиях, но и так же позволяет существенно увеличить температурно-временную стабильность и
долговечность работы. Эффект анизотропии у монокристаллов даёт дополнительные возможности для управления свойствами наряду с легированием, термомеханической обработкой и различного рода внешними воздействиями.
Обычный способ создания таких материалов путем оптимизации традиционного легирующего комплекса, включающего вольфрам, молибден, хром, кобальт, гафний, титан, ниобий и др., в настоящее время себя полностью исчерпал. Поэтому современная тенденция развития литейных жаропрочных никелевых сплавов заключается в использовании дефицитных элементов VII и VIII групп Периодической системы Д.И. Менделеева - таких как рений и рутений.
Совместимые легирующие и синергетические эффекты влияют на характеристики монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. В результате повышается их высокотемпературная длительная прочность и температурная работоспособность. Применение в двигателях
высокотемпературных никелевых сплавов, обеспечивает повышение температуры на 50-60 ° С рабочей температуры монокристаллических лопаток из этих сплавов.
Фундаментальное преимущество монокристаллических лопаток по сравнению с обычными поликристаллическими заключается в том, что они обладают высокой стойкостью к высокотемпературной ползучести, благодаря
отсутствию в сплаве границ зерен. Это объясняется тем, что их структура была сформирована ветвями одного дендрита, развившегося от
монокристаллической затравки.
Этот дендрит пронизывает весь монокристалл с набором ветвей первого и второго порядков. Оси первого порядка дендрита растут вдоль направленного теплового потока, для направленной кристаллизации и совпадает с продольной осью монокристаллической лопатки.
Выбор литого жаропрочного монокристаллического никелевого сплава ВЖМ8 в качестве объекта исследования обусловлен перспективой его использования для монокристаллических турбинных лопаток в двигателях следующего поколения.
Из-за значительной анизотропии физико-механических свойств монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов следует, что характеристики прочности при растяжение будут зависеть от кристаллографической ориентации. Следовательно, данные о температурно-ориентационной зависимости упругих и прочностных свойств этих сплавов, таких как модуль Юнга, коэффициент Пуассона, предел текучести и прочность, необходимы для расчета структурной прочности монокристаллических лопаток и расчета ресурса газотурбинных двигателей.
В разных направлениях осей симметрии монокристалла существуют разные значения модулей упругости Юнга, коэффициентов Пуассона, пределов текучести и прочности. Задача состоит в том, чтобы исследовать процессы деформации не в направлении кристаллографических осей, а в определенных направлениях, в которых сплав характеризуется, в частности, отрицательными коэффициентами Пуассона.
Результаты работы были доложены на Всероссийской молодежной научной конференции «Все грани математики и механики» (24-28 апр. 2018 г.),
Всероссийской конференции по математике и механике, посвященной 140- летию Томского государственного университета и 70-летию механикоматематического факультета (Томск, 2-4 октября 2018 г. ), XXXIV Международной конференции "Взаимодействие интенсивных потоков энергии с веществом", 1-6 марта 2019 г., Эльбрус, Кабардино-Балкария.
В монокристаллическом сплаве, характеризующемся кубической симметрией упругих свойств, все параметры напряженного состояния деформируемого тела определяются направлением нагружения относительно осей симметрии монокристалла.
В случае ударного нагружения цилиндра из монокристаллического сплава ВЖМ8 вдоль направления [011], в перпендикулярных направлениях процессы упругой деформации демонстрируют существенное отличие, которое определяется ауксетичностью сплава.
