Введение 4
1 Условия эксплуатации жаропрочных никелевых сплавов для
элементов ГТД 6
1.1 Развитие ГТД 6
1.2 Жаропрочные сплавы на основе никеля 8
1.3 Химический состав, влияние легирующих элементов на физико-механические свойства сплавов 11
2 Система теплозащитных покрытий 15
2.1 Структура системы ТЗП 15
2.2 Подготовка поверхности перед нанесением покрытий 16
2.3 Методы нанесения ТЗП 19
2.4 Защитный оксидный слой, формирующийся при термическом
воздействии 25
3 Влияние высокотемпературного нагружения на прочность адгезии
границы раздела металл/оксид при термоциклировании 28
4.5 Оценка остаточных напряжений в оксидном слое 48
Заключение 51
Список использованных источников
Жаропрочные никелевые сплавы (ЖНС), используемые в высокотемпературных узлах, таких как камеры сгорания и лопатки турбин высокого давления, определяют мощность и КПД реактивных двигателей и промышленных газовых турбин. Среди них, монокристаллические сплавы обладают наивысшими температурными характеристиками. Монокристаллические сплавы третьего поколения применяются в современных реактивных двигателях, монокристаллические сплавы четвёртого поколения с добавлением металлов платиновой группы разработаны для следующего поколения реактивных двигателей.
Значительное внимание на современном этапе уделяется как улучшению свойств ЖНС, так и разработке и прогнозированию механического поведения систем с теплозащитными покрытиями с целью обеспечение работы конструкции в течение заданного времени эксплуатации, повышению их надежности и долговечности. Основным достоинством теплозащитных покрытий является их низкая теплопроводность. Основным недостатком керамических покрытий всегда было низкое сопротивление скалыванию, которое и затрудняет их использование в лопатках газовых турбин. Эта проблема решается как совершенствованием технологии, так и созданием адаптивных металлических жаростойких покрытий, неизбежно входящих в систему сплав - теплозащитное покрытие [1].
В данной работе основное внимание сосредоточено на поведении жаропрочных сплавов с системой теплозащитных покрытий при циклическом окислении, анализируются напряжения, возникшие в результате термоциклических нагрузок, применительно к авиационным материалам (лопаткам ГТД).
Целью работы является анализ причин возникновения разрушений на границе раздела металл/оксид в системах с теплозащитными покрытиями при термоциклических нагрузках.
Для достижения поставленной цели в ходе исследования необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ литературных данных по развитию технологий газотурбинных двигателей (ГТД), влиянию легирующих элементов жаропрочных сплавов на физико-механические свойства и поведение системы с теплозащитными покрытиями при термоциклических нагрузках.
2) проанализировать основные причины разрушения теплозащитных покрытий при термоциклическом воздействии.
3) провести экспериментальные исследования влияния высокотемпературного циклического воздействия на состояние границы раздела металл/оксид.
По результатам исследований получены следующие результаты:
1. Выполнен анализ литературный данных по развитию технологий газотурбинных двигателей (ГТД) и влиянию основных легирующих элементов на физико-механические свойства современных жаропрочных сплавов.
2. Проанализированы основные факторы, влияющие на поведение системы с теплозащитными покрытиями при термоциклических нагрузках.
3. Установлены основные причины разрушения систем теплозащитных покрытий при термоциклическом воздействии.
4. Проведены экспериментальные исследования влияния изотермического и циклического температурных воздействий поведение сплавов и состояние границы раздела металл/оксид.
5. Произведена оценка остаточных напряжений в оксидном слое, возникающих при высокотемпературном воздействии.
