Введение. 
Материаловедение: монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы

Для современных теплонапряженных газотурбинных двигателей (ГТД) рабочие лопатки турбины высокого давления (ТВД) изготовляют из жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС) специальным легированием методом монокристаллического литья с точностью выдерживания основной (профильной) ориентации 5°.

Одним из основных направлений при проектировании рабочей лопатки для перспективных двигателей является разработка конструкции монокристаллической лопатки ТВД из высокожаропрочных никелевых сплавов с большим количеством полостей и развитой перфорацией, которые обеспечивают высокоэффективное охлаждение (в том числе «проникающее» охлаждение). При ресурсном проектировании и прочностных расчетах такой лопатки необходимо использовать значения характеристик конструкционной прочности материала монокристаллической лопатки для температурно-временного диапазона, соответствующего условиям эксплуатации.

Достижение максимального уровня жаропрочности рабочих лопаток ТВД газотурбинных двигателей возможно за счет применения монокристаллических ЖНС, легированных рением и танталом. При таком легировании предел длительной прочности может быть существенно повышен, что позволит увеличить тягу двигателя на 15—20% и его ресурс в 1,5—2 раза. В этой связи перспективным является применение безуглеродистых монокристаллических сплавов, легированных Та и Re для лопаток ТВД современных ГТД с температурой газа на входе в турбину 1580 °C.

В таком случае фазовый состав жаропрочных сплавов и структурное состояние должны отличаться максимальной стабильностью, так как появление, рост новых фаз и сопровождающие их диффузионные процессы существенно влияют на весь комплекс прочностных свойств сплавов.

В соответствии с изложенным решение проблемы повышения работоспособности и надежности рабочих лопаток ТВД, основанное на всесторонних исследованиях структурных и фазовых изменений материала турбинных лопаток в условиях температурного воздействия, а также на оценке остаточных прочностных свойств материала, является важной и актуальной задачей.