Жаропрочные стали и сплавы

Лекция №16

Тема: ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ. КОРРОЗОИННОСТОЙКИЕ СТАЛИ. КИСЛОТОСТОЙКИЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ. МАГНИТНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ. СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ТЕПЛОВЫМИ И УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ. МАТЕРИАЛЫ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ.

Различают жаростойкие и жаропрочные металлы и сплавы. Под жаростойкостью понимают способность сопротивляться окислению (окалиностойкость). Жаропрочными сталями с сплавами понимают материалы, обладающие повышенными механическими свойствами при повышенных температурах. В таких условиях прочность металла определяется двумя факторами - температурой и временем.

При пониженной температуре t₁ прочность мало зависит от продолжительности воздействия нагрузки и при напряжении ниже σв разрушение практически не произойдет. Возрастание угла наклона прямых показывает, что при более высоких температурах зависимость эта существует.

При высоких температурах для оценки прочности используют предел прочности для данной температуры, когда разрушение будет иметь место после определенного воздействия - длительная прочность. Для железа и его сплавов прочность при 200-300^оС выше прочности при комнатной температуре, а пластичность и вязкость ниже (на рис. 65 не показано). Это явление носит название синеломкости. Рис. 65. Нижняя кривая, которая начинается от 350^оС, показывает прочность железа при чрезвычайно малой скорости испытания, верхняя кривая приведена для скоростей, обычных при испытании образцов (3-5 мм/мин). Температура 350^оС для железа является температурой, выше которой металл приобретает заметную чувствительность к скорости деформирования. Если нагрузка превзойдет величины верхней кривой, тогда разрушение произойдет в процессе возрастания нагрузки. Если величина напряжения лежит ниже нижней кривой, тогда разрушения не будет. Напряжение, величина которого находится в заштрихованном интервале, деформирует металл во времени. Это явление называют ползучестью. Ползучесть определяют на специальных установках. Явление ползучести обнаруживается при температурах выше температуры рекристаллизации и при напряжениях выше предела упругости. Жаропрочные свойства определяются природой основного компонента (Е, Т_пл, σ_в и т.п.), его легированием, режимами предшествующей ТО, приводящей сплав в то или иное структурное состояние. В качестве жаропрочных сплавов применяют твердые растворы с элементами, которые повышают температуру рекристаллизации и способные к упрочнению за счет дисперсионного твердения. Однако рост, т.е. коагуляция выделившихся частиц при работе длительное время при высокой температуре снимает эффект старения.

Жаропрочные материалы классифицируют на:

- жаропрочные перлитные и мартенситные стали 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 12Х2МФСР, Х5ВФ, 15Х11МФ, 1Х12ВНМФ (ГОСТ 5520-79, 4543-71, 20072-74, 5632-72) - подвергаемые длительному механическому воздействию 200000 ч при температуре не выше 500-600^оС. Кроме того, к ним принадлежат сильхромы - Х6С, Х9С2, Х6СМ ГОСТ 5632 - 72, которые имеют высокую температуру начала заметного окисления (до 850^оС) и используют для изготовления клапанов выпуска двигателей;

- аустенитные стали. Их применяют для изготовления клапанов двигателей, лопаток газовых турбин и других “горячих” деталей реактивных двигателей - 600-700^оС. Аустенитные стали легируют хромом, определяющим окалиностойкость, и никелем, обеспечивающим устойчивость аустенита. Аустенитные стали разделяют на гомогенные (их чаще используют как жаропрочные и нержавеющие) и дисперсионно твердеющие. Последние проходят ТО - закалка 1050-1100^оС и дисперсионное твердение - старение при 600-750^оС. К первой группе принадлежат марки сталей - 09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 08Х23Н18, ко второй - 37Х12Н8Г8МФБ, 09Х14Н19В2БР, 4Х14Н14В2БР, ХН35ВТЮ (ГОСТ 5632-72).

- никелевые и кобальтовые жаропрочные сплавы. В случаях особых требований жаропрочности применяют преимущественно гомогенные (нихромы и инконели) и стареющие (нимоники) сплавы. Нимоники представляют собой четверной сплав Ni (ост.)- Cr (20%) - Ti (2%) - Al (1%). После термообработки (закалки и старения) в сплаве образуются две когерентные фазы, лишь несколько отличающиеся параметрами из - за разного содержания алюминия, γ,γ’ (до 40%), межатомное взаимодействие которых обеспечивает высокую жаропрочность (Нимоник 90, Нимоник 100 ГОСТ 5632-72). Нихромы представляют собой гомогенный сплав никеля и хрома с различными добавками. Гомогенный твердый раствор обладает меньшей прочностью и жаростойкостью (ХН77ТЮ, ХН77ТЮР, ХН70ВМТЮ ГОСТ 5632-72).