Тінідур

Тінідур ( — за початковими буквами ) — жароміцна сталь аустенітного класу, розроблена у 1936 році в Німеччині інженерами-металургами Г. Банделем () і К. Гебхардтом () — співробітниками дослідницького відділення компанії «Friedrich Krupp AG» (м. Вульфрат)Bandel G., Gebhard K. Warmfeste Stähle für den Gasturbinen. Essen, 1943.

Історія створення жароміцної сталі В Німеччині систематичні дослідження жароміцності різних матеріалів були розпочаті у 1935–1936 роках Авіаційним центром DVL ( — Німецький науково-дослідний інститут авіації). Родоначальником досліджень у цій області, що проводилися стосовно до турбонагнітачів авіаційних двигунів, є Франц Болленрат () — в 1940-і роки директор НДІ авіаційних матеріалів DVL.

Сталь тінідур у початковому варіанті мала позначення «Р-193». Зміцнення сталі за високих температур (опір повзучості) передбачалося забезпечити дисперсними виділеннями термічно стійких карбідів, для чого у склад стали вводили вуглець (0,5 %) і титан (2 %). Згодом було встановлено, що дисперсійне тверднення відбувається і за відсутності вуглецю — за рахунок дисперсних виділень інтерметалідної сполуки Ni3Ti. Після цього вміст вуглецю зменшили до 0,1 %. Покращеним варіантом цієї сталі став тінідур. Через 4-5 років аналогічна ситуація повторилась у Великій Британії при розробці жароміцного нікелевого сплаву «німонік», опір повзучості якого також сподівались отримати за рахунок дисперсних виділень карбідів титануHigh-Temperature Alloys. Metallurgical Problems of Gas Turbine Components. FLIGHT, October 30th, 1947, p.500Griffiths W.T. Aircraft Production, 1947, v. 9, N 110, pp. 444–447. В кінцевому підсумку виявилось, що високотемпературна міцність матеріалу зобов'язана дисперсним виділенням інтерметаліду Ni3(Ti, Al).

Хімічні склади німецьких аустенітних жароміцних сталей тінідурFleischmann M. Research Institute for Materials of the DVL. CIOS Report XXVII-28, Item 21

+Марка сталі%C%Mn%Si%Ni%Cr%Mo%Ti%Al% ін. елементів P-193 0,5 0,6 0,6 30 30 - 2 - Fe-основа Тінідур 0,12-0,14 0,6-1,0 0,6-1,0 29,0-31,0 14,5-15,5 - 1,8-2,2 0,2 Fe-основа А286 0,05 1,35 0,55 25 15 1,25 2,0 0,2 0,3V+

Призначення легувальних елементів в аустенітних сталях тінідур: Ni — зміцнює й стабілізує аустенітну структуру, утворює гамма-штрих фазу та перешкоджає утворенню небажаних фаз. Cr — забезпечує стійкість до газової корозії й зміцнює твердий розчин. Ti і Al — основні хімічні елементи, що забезпечують дисперсне тверднення сплаву.

Сталь піддавалась загартуванню з температури 1125 °C у воді й старінню при температурі 750 °C. При правильно підібраній термообробці відбувається виділення з аустенітної матриці дисперсних кристалів інтерметалідної фази Ni3(Ti, Al).

Застосування у реактивному моторобудуванні

У 1937 році німецький конструктор Ганс фон Огайн, обрав тінідур для виготовлення теплонапружених вузлів конструкції й розпочав розроблення першого повітряно-реактивного двигуна «HeS 3» () літака He 178Decker, R. F. Evolution of Wrought Age-Hardenable Superalloys // The Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, v. 58, № 9, 2006..

До 1939 року конструктори Ансельм Франц (), Отто Мадер () і головний металург Гайнріх Аденштедт () моторного відділу авіабудівної компанії «Junkers», () в Магдебурзі, за результатами порівняльних випробувань наявних в Німеччині матеріалів, обрали жароміцну сталь тінідур, як найкращий матеріал для лопаток турбіни двигуна Jumo-004 на робочі температури 600–700 °CSchlaifer R. Development of Aircraft Engines. — Boston, 1950..

До 1943 року зусиллями відділу матеріалів «Junkers Motorenbau GmbH» в Дессау було розв'язано проблему надійності та стабільності характеристик експлуатаційної міцності монолітних лопаток зі сталі тінідур двигуна «Jumo-004». З 1943 року у зв'язку зі зростанням дефіциту легувальних елементів компанією «Friedrich Krupp AG» було розроблено декілька варіантів жароміцних сталей економного легування, у цьому числі сталі хромадур () та ванідур (). В сталі хромадур, що призначалась для виготовлення робочих і соплових лопаток, нікель замінено марганцем, котрий як і нікель розширює область гамма-твердого розчину. Викликане такою заміною зниження окалиностійкості сплаву частково компенсувалось вмістом кремнію. У сталі ванідур (за маркуванням компанії — «V2A-ED»), призначеній для виготовлення дисків ротора турбіни, вольфрам (1 % W) замінено на ванадій (1 % V). Сталь сінідур () характеризувалась карбідним та інтерметалідним зміцненням. Склад згаданих сталей подано у таблиці.

Хімічні склади німецьких аустенітних жароміцних сталей-замінників сплаву тінідур на робочі температури 600…700 °C

+Марка сталі%C%Mn%Si%Ni%Cr%Mo%W%Ti%Al% ін. елементів Хромадур 0,09-0,12 17,5-18,5 0,55-0,7 - 11,0-14,0 0,7-0,8 - - - V 0,60-0,700,18-0,23 N2 Ванідур 0,1 0,2-0,4 0,3-0,6 10,0-11,0 17,0-18,0 - - 0,5-0,7 - 1%V Сінідур 0,25 - - 24 19 2,0 1,0 2,2-3,0 1,0 -+

Повоєнне застосування сталі тінідур у США В кінці 1940-х років у США під керівництвом Гюнтера Молінґа ()Mohling G. et.al. Superalloys for High Temperature Service in Gas Turbins and Jet Engines. // Metal Progress, 1946, v. 50, N 1, pp. 97-122 — заступника директора з досліджень компанії «Allegheny Ludlum Steel Corp» було створено покращений варіант сталі тінідур, що отримав маркування А286. Сталь А286 відрізняється від базової додаванням молібдену (1,3 %) й уточненим вмістом деяких елементів. Призначення молібдену — підвищення пластичності зразків з надрізом при підвищених температурах. Вперше застосована у 1950 році для виготовлення дисків турбіни, згодом, корпусів турбіни, силових деталей форсажної камери повітряно-реактивних двигунів, лопаток і дисків газових турбін та компресорів. При виготовленні дисків турбіни сталь замінено в середині 1960-х років нікель-залізним сплавом «Інкалой 901» (IN901). Випуск різних напівфабрикатів сталі А286 у США здійснювали відразу п'ять металургійних фірм: «Allegheny Ludlum», «Carpenter Technology», «Republic Steel/Special Metalls Division», «Superior Tube», «Universal Cyclopes», що свідчить про масштаби її застосування в авіа- та ракетній промисловості США.

Сплав хромадур випускався у США під маркою AF-71.

Див. також Жароміцні сплави

Примітки

Посилання John Foster Jr. Messerschmitt Me-262 Jet Fighter Hirschel E. H., Prem H., Madelung G. Aeronautical Research in Germany. — Springer. — 252 p. — ISBN 978-3-540-40645-7.