Исследование влияния химического состава на свойства жаропрочных сплавов методами электронной теории

• Автор: Разумовский, Всеволод Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1. Методика расчетов

1.1. Метод теории функционала плотности

1.1.1. Плотность, как основная переменная

1.1.2. Самосогласованные уравнения

1.2. Метод псевдопотенциала

1.3. Метод PAW (ППВ) потенциала

1.4. Метод точных маффин-тин орбиталей

1.4.1. Метод ЕМТО с использованием полной зарядовой плотности

1.4.2. Полная зарядовая плотность

1.4.3. Одноэлектронный потенциал

1.4.4. Функционал полной энергии

1.5. Поиск равновесных параметров системы
1.6. Методика расчета энергии когезии
1.7. Методика расчета поверхностных свойств
1.8. Методика расчета упругих постоянных
1.8.1. Детали расчета упругих постоянных
1.8.2. Предсказание температуры плавления по упругим постоянным
2. Теоретический анализ системы легирования и принципы разработки новых жаропрочных никелевых сплавов
2.1. Введение
2.2. Детали вычислений
2.3. Результаты и обсуждение
2.3.1. Распределение легирующих элементов по значениям энергии когезии
2.3.2. Выбор композиций новых сплавов и оценка некоторых характеристик
2.3.3. Экспериментальные данные: химический состав, структура и свойства базовых
композиций
2.4. Выводы
3. Сегрегация легирующих элементов и примесей на границах зерен жаропрочных никелевых сплавов. Анализ системы легирования
3.1. Введение
3.2. Детали расчетов
3.3. Результаты

3.4. Выводы
4. Анализ системы легирования жаропрочных титановых сплавов методами электронной теории твердых тел
4.1. Введение
4.2. Детали расчета
4.3. Результаты и обсуждение
4.4. Выводы
5. Перворинципный расчет упругих свойств платиновых жаропрочных сплавов
5.1. Введение
5.2. Детали вычислений
5.3. Результаты и обсуждение
5.3.1. Плотность электронных состояний
5.3.2. Упругие свойства
5.4. Заключение
Заключение

Повышение работоспособности деталей ракетных и авиационных двигателей является одной из главных проблем, связанных с увеличением ресурса и надежности современных летательных аппаратов. Для работы в экстремальных условиях воздействия высоких температур и нагрузок используются жаропрочные материалы, среди которых первое место занимают жаропрочные никелевые сплавы, но также используются сплавы на основе титана и хрома (ЖС). Важным достижением в области никелевых ЖС (ЖНС) является литье монокристаллических деталей - лопаток газотурбинных двигателей - в которых отсутствуют самые уязвимые дефекты микроструктуры сплавов -большеугловые границы зерен [1]. Большеугловые границы зерен в ЖС, обладая повышенной энергией и диффузионной проницаемостью, способствуют образованию микротрещин и разрушению поликристаллических материалов при эксплуатации [2]. Одпако монокристаллы унаследовали другие опасные дефекты литой структуры -литейную пористость и неоднородное распределение легирующих элементов в структуре слитка (ликвацию). В монокристаллах ЖС именно на литейных порах может происходить зарождение магистральной трещины, вызывающей разрушение образцов, при испытаниях на ползучесть [3]. Попытки устранить литейную пористость в монокристаллах методом высокотемпературной газостатической обработки не всегда оказываются удачными -всестороннее сжатие материала при высоких температурах часто вызывает рекристаллизацию, то есть происходит разрушение монокристаллической структуры [4].
Химическую и структурную неоднородность, а также пористость отливок удается минимизировать при переходе от традиционной металлургии слитков к металлургии гранул [5]. Гранульная металлургия представляет собой способ получения порошков (гранул) сплавов, включающий затвердевание капель расплава в виде микрослитков-гранул с высокой скоростью охлаждения (до 10000 град/с), и последующую консолидацию гранул. При плазменном распылении вращающегося электрода капли расплава затвердевают в свободном полете в среде инертного газа или в ваккуме и имеют почти идеальную сферическую форму. Переход от металлургии слитков к гранульной металлургии позволяет не только минимизировать влияние дефектов литой структуры на

Всего существует 21 независимая упругая постоянная Су в (41). Для кубической сингонии симметрия понижает это число до трех. Объемный модуль может быть сопоставлен этим константам следующим образом:
В =(С„ +2С12)/3
(120)
Необходимые еще две упругие константы для кубической решетки находятся нижеприведенным методом. Физически важным является условие механической стабильности для кубических металлов — металл не стабилен до тех пор, пока не выполняются следующие условия:
В = (Сп +2С12)/3 >0, Си ~С12 >0,
С44>0
(121)
Для нахождения Сп - С12 применяется орторомбическое напряжение с сохранением объема при деформации:
е, = -е2 = х, е3 =х2/(1-х2),
е4 =е5 =еб =°-
(122)
Преимущество такого подхода заключается в том, что энергия при таком выборе тензора напряжений является только функцией деформации х, меняющейся на величину
АЕ(х)=АЕ(-х) = У(Сп —С12)х2 +фг4]
(123)