- •О. В. Климов, ю. І. Кононенко, в. Л. Грешта сталі та сплави з особливими властивостями
- •1 Визначення структурних класів заданих марок легованих сталей з використанням діаграм рівноваги та перетворення переохолодженого аустеніту
- •1.1 Вплив легувальних елементів на структуру сталі
- •1.2 Класифікація легованих сталей
- •2 Зносостійкі матеріали
- •2.1 Види зносу та шляхи підвищення зносостійкості
- •2.2 Матеріали з високою твердістю поверхні
- •2.2.1 Матеріали, стійкі до абразивного зносу
- •2.2.2 Матеріали з високим опором зносу від втоми
- •2.2.3 Графітизовані сталі
- •2.2.4 Матеріали стійкі до зносу в умовах високого тиску та ударних навантажень
- •2.3 Антифрикційні матеріали
- •2.4 Фрикційні матеріали
- •3 Корозійностійкі матеріали
- •3.1 Види та механізми корозії
- •3.2 Корозійностійкі матеріали
- •3.2.1 Атмосферокорозійностійкі низьколеговані сталі (акс)
- •3.2.2 Корозійностійкі сталі (кс)
- •3.2.2.1 Особливості хімічного складу та структури неіржавіючих сталей
- •3.2.2.2 Крихкість корозійностійких сталей
- •3.2.2.3 Корозійностійкі сталі, що підлягають термічному зміцненню
- •3.2.2.4 Корозійностійкі сталі, які не зміцнюються термічною обробкою
- •3.2.3 Сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •3.2.4 Титан та його сплави
- •3.2.5 Алюміній та його сплави
- •3.2.6 Мідь та її сплави
- •3.2.7 Тугоплавкі метали
- •3.2.8 Благородні метали
- •3.2.9 Неметалеві матеріали
- •4 Матеріали стійкі до впливу температури та зовнішнього робочого середовища
- •4.1 Жаростійкі матеріали
- •4.1.1 Принципи легування жаростійких сталей
- •4.1.2 Феритні хромисті та хромоалюмінієві сталі
- •4.1.3 Мартенситні та мартенсито-феритні хромокремнієві сталі
- •4.1.4 Аустенітні сталі та сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.1.5 Інші матеріали
- •4.2 Жароміцні матеріали
- •4.2.1 Особливості хімічного складу та структури жароміцних матеріалів
- •4.2.2 Класифікація жароміцних матеріалів
- •4.2.3 Помірно жароміцні сталі перлітного та мартенситного класів
- •4.2.3.1 Перлітні сталі
- •4.2.3.2 Хромисті сталі мартенситного та мартенсито-феритного класу
- •4.2.4 Жароміцні сталі аустенітного класу
- •4.2.4.1 Гомогенні сталі
- •4.2.4.2 Сталі з карбідним зміцненням
- •4.2.4.3 Сталі з інтерметалідним зміцненням
- •4.2.5 Жароміцні сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.2.5.1 Залізонікелеві сплави
- •4.2.5.2 Сплави на нікелевій основі
- •4.2.6 Жароміцні сплави на основі кобальту
- •4.2.7 Інші матеріали
- •4.2.7.1 Помірно жароміцні матеріали
- •4.2.7.2 Жароміцні сплави на основі важкотопких елементів
- •4.2.7.3 Композиційні жароміцні матеріали
- •4.3 Холодостійкі матеріали
- •4.3.1 Критерії холодостійких матеріалів
- •4.3.2 Холодостійкі сталі
- •4.3.2.1 Холодостійкі сталі кліматичного холоду
- •4.3.2.2 Сталі для кріогенної техніки
- •4.3.2.2.1 Аустенітні сталі
- •4.3.2.2.2 Нікелеві низьковуглецеві сталі
- •4.3.2.3 Ливарні сталі
- •4.3.3 Залізонікелеві сплави
- •4.3.4 Сплави кольорових металів для кріогенної техніки
- •4.3.4.1 Алюміній та його сплави
- •4.3.4.2 Титан та його сплави
- •4.3.4.3 Мідь та її сплави
- •4.3.5 Холодостійкі неметалеві матеріали
- •5 Матеріали з особливими фізичними властивостями
- •5.1 Провідникові матеріали
- •5.1.1 Електричні властивості провідникових матеріалів
- •5.1.2 Провідникові матеріали
- •5.1.2.1 Метали та сплави з високою провідністю
- •5.1.2.2 Припої
- •5.1.2.3 Надпровідники
- •5.1.2.4 Контактні матеріали
- •5.1.2.5 Сплави з підвищеним електричним опором
- •5.1.2.6 Матеріали для термопар
- •5.2 Матеріали з особливими магнітними властивостями
- •5.2.1 Особливості процесів намагнічування матеріалів у зовнішньому магнітному полі
- •5.2.2 Магнітом’які матеріали
- •5.2.2.1 Низькочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.2.2 Високочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.3 Магнітотверді матеріали
- •5.3 Сплави з особливими тепловими властивостями
- •5.3.1 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом лінійного розширення
- •5.3.2 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом модуля пружності
- •5.4 Матеріали з ефектом пам’яті форми
- •5.4.1 Механізм ефекту пам’яті форми
- •5.4.2 Сплави з ефектом пам’яті форми
- •5.4.3 Застосування сплавів з ефектом пам’яті форми
- •5.5 Радіаційностійкі матеріали
- •5.5.1 Радіаційні дефекти та властивості матеріалів
- •5.5.2 Основні компоненти сучасного ядерного реактору
- •5.5.3 Радіаційностійкі матеріали
- •Література
- •6.050403 «Інженерне матеріалознавство»
4.2.4.3 Сталі з інтерметалідним зміцненням
Сталі з інтерметалідним зміцненням (наприклад, 10Х11Н20Т3Р, 10Х11Н23Т3МР, 08Х11Н35МТЮР) використовують при виготовленні дисків, зварних виробів та інших деталей компресорів, турбін, що працюють при температурах до 750...850 °С.
В таких сталях заміну нікелю марганцем не використовують, тому що він не утворює сприятливих для зміцнення інтерметалідних фаз та знижує жаростійкість сталей.
Вміст вуглецю обмежують (≤0,1 %). Додатково вводять Mo та W (до 3,5 %) з метою підвищення тривалої міцності [1].
Аустенітні сталі з інтерметалідним зміцненням мають обмежений вміст вуглецю; більшість сталей піддаються зварюванню. Внаслідок обмеження вмісту вуглецю для отримання стійкого -твердого розчину сталі та сплави повинні містити значну кількість нікелю, яка збалансована із вмістом елементів, що стабілізують структуру фериту.
Для підвищення жароміцності залізонікельхромову основу зазвичай легують елементами, що зміцнюють твердий розчин та приводять до дисперсійного твердіння: Cr, Mo, Nb, V, Ti, Al. Тантал та кобальт внаслідок їх дефіцитності не знайшли широкого використання при легуванні цих сталей. Обмеженим є й використання сталей із вольфрамом.
Найбільш сприятливий вплив на жароміцність та технологічні властивості сталей та сплавів має молібден. Хром також підвищує жароміцність та, крім того, є основним елементом, що забезпечує захист сталей та сплавів від окислення.
Крім основних легувальних елементів, дуже сильно зміцнюють залізохромовий аустеніт такі елементи втілення, як вуглець, азот та бор, які вводять в обмеженій кількості, оскільки при перевищенні оптимальних добавок знижується пластичність. Це також можна сказати й про цирконій.
В сталях з інтерметалідним зміцненням використовується велика кількість зміцнювальних фаз. Перш за все – це карбідні фази ТіС, NbС, VC, ZrC. Усі промислові сталі та сплави містять один чи декілька карбідів типу МеС, в яких дуже часто ще присутня й деяка кількість азоту. Ці карбіди не деформуються при куванні та помітно переходять в твердий розчин при температурах вище 1200°С (крім карбіду VC). В структурі монокарбіди МеС виділяються частіше за все по межах зерен у вигляді крупних включень неправильної форми. Карбіди глобулярного виду зазвичай присутні в структурі, яка має добру пластичність. Є відомості про те, що в окремих випадках утворюється складний карбід Ме6С. Присутність значних кількостей хрому призводить до того, що в сталях та залізних сплавах завжди після повного циклу термічної обробки присутній карбід хрому Ме23С6.
З інтерметалідних фаз необхідно відмітити такі: – Ni3(Al,Ti,Nb); – Ni3Ti; – Ni3Ti; -орторомбічна Ni3Nb; -фаза; фази Лавеса типу Fe2Mo, Fe2W або тверді розчини на основі фази типу Fe2(Mo,W). Крім цього, важливу роль в формуванні властивостей сталей відіграють бориди, хімічний склад яких вивчений ще недостатньо через їх малу кількість. Головним механізмом зміцнення залізохромових сталей є дисперсійне твердіння за рахунок виділення фаз , , та фаз Лавеса. При цьому сталі, що зміцнюються фазами Лавеса, можуть ефективно працювати при температурах до 700 °С; а сталі та сплави, що зміцнені фазами та , до 750 °С.
Склад зміцнювальних фаз в сталях з інтерметалідним типом зміцнення змінюється в залежності від легування та визначає рівень тривалої міцності при різних температурах випробування.
Фази Лавеса можуть розчиняти хром та нікель та відповідати формулам (Fe,Cr,Ni)2W, (Fe,Cr,Ni)2(W,Mo). Фази Лавеса в сталях, що збагачені молібденом, починають розчинятися при більш низьких температурах (900…950 °С), ніж в сталях, що збагачені на вольфрам (1000…1050 °С). Повного розчинення цих фаз не відбувається й при температурах 1250…1300 °С, однак при нагріванні до високих температур вони різко коагулюють. Як правило, фази Лавеса мають тенденцію до переважного виділення по межах зерен, однак можуть виділятися й всередині кристалів, на площинах ковзання.
Термічна обробка для цих сталей така ж, як і для аустенітних сталей з карбідним типом зміцнення. Структура після термічної обробки – аустеніт, інтерметалідні фази та деяка кількість карбідів.
Підвищення жароміцності аустенітних сталей з інтерметалідним типом зміцнення пов‘язано з тим, що легувальні елементи утруднюють дифузію в аустенітній матриці, перешкоджають розчиненню та коагуляції інтерметалідних фаз, збільшують їх кількість при старінні (завдяки зменшенню розчинності Ti та Al в аустеніті) та зсувають температуру максимального зміцнення до більш високих значень [10].
В таблиці 4.5 представлено властивості деяких аустенітних сталей з інтерметалідним зміцненням.