- •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»
4.2.5 Жароміцні сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
Жароміцні сплави на залізонікелевій та нікелевій основі (ХН35ВТЮ, ХН77ТЮР) використовують як жароміцні матеріали, що призначені для роботи при температурах 700...1100 °С та високих робочих напруженнях (до 500...600 МПа). Їх використовують в газових турбінах двигунів літаків, кораблів, енергетичних установок, при виготовленні ракетно-космічної техніки (диски, соплові та робочі лопатки турбін, камери згорання та ін.) [1].
4.2.5.1 Залізонікелеві сплави
У відповідності із ГОСТ 5632-72 композиція елементів, що складається з заліза, нікелю, хрому та деяких добавок, якщо сума нікелю та хрому перевищує 50 %, відноситься до категорії сплавів [7].
Основними легувальними елементами залізонікелевих жароміцних сплавів (ХН35ВТЮ, ХН35ВТМ), як і сталей аустенітного класу з інтерметалідним типом зміцнення, є Cr (його вміст може сягати 35 %), Mo (до 7 %), W (до 6 %), Nb (до 1,3 %), V (до 0,5 %), Ti (до 3,2 %), Al (до 3,2 %).
Для підвищення технологічної пластичності в сталі та сплави вводять рідкісноземельні (РЗМ) елементи та метали групи ІІ-А (наприклад, Mg). Ці елементи зв’язують шкідливі домішки в стійкі сполуки, й тим самим вилучають їх з твердого розчину. Крім цього, змінюючи поверхневий натяг на межі фаза – матриця, вони (особливо елементи групи ІІ-А) сприяють сфероїдизації виділень в литому металі, підвищуючи тим самим його деформаційну здатність.
Вміст вуглецю в цих сплавах зазвичай не перевищує 0,1 %.
В жароміцних сплавах на залізонікелевій основі можуть бути присутніми такі ж самі зміцнювальні фази, як і в жароміцних аустенітних сталях з інтерметалідним типом зміцнення.
Найкращі жароміцні властивості сплави отримують після першого гартування від 1150...1180 °С (повітря), другого гартування від 1050 °С (повітря) та старіння при 830 °С, 8 год. Структура сплавів після такої обробки в загальному випадку: -твердий розчин, інтерметаліди та карбідні фази.
На прикладі сплаву ХН35ВТЮ розглянемо доречність використання такої термічної обробки. Після термічної обробки сплав складається з чотирьох основних фаз: -твердого розчину, інтерметаліда складу (Ni,Fe,Cr)3(Ti,Al,W) з ГЦК-граткою, карбіду титану та бориду Ме3В2.
Сплав піддають подвійному гартуванню. Мета першого нагрівання під гарт – виростити зерно певного розміру та перевести -фазу в твердий розчин. При гартуванні сплав охолоджують на повітрі, при цьому виділяється частина -фази. При нагріванні при другому гартуванні невелика частина -фази залишається нерозчиненою, крім того, не переходять в твердий розчин й карбіди хрому. При 1050 °С вторинна фаза укрупнюється. При охолодженні на повітрі при повторному гартуванні та подальшому старінні -фаза виділяється у вигляді дисперсних включень розміром 20…50 нм. В результаті в структурі зміцненого сплаву поряд із дрібними включеннями спостерігається й певний об’єм укрупнених включень. Така структура дозволяє отримати високу міцність та необхідний запас пластичності. Якщо подвійне гартування не проводити, то міцність та жароміцність будуть дещо вищими, ніж при подвійному гартуванні, але тоді сплав не буде мати запасу пластичності та буде проявляти високу чутливість до надрізів.
Якщо температура роботи сплаву не є максимальною (750 °С), а знижена до 600…650 °С, то необхідній рівень пластичності може бути отриманий завдяки подрібненню зерна. В такому випадку штампована деталь із дрібним зерном піддається старінню при 750 °С впродовж 16 год. Така обробка помітно підвищує пластичність та міцність сплаву при помірних температурах (550…650 °С). Однак, якщо від сплаву вимагається жароміцність та пластичність при тривалій експлуатації при більш високих (навіть до 750 °С) температурах, оптимальне поєднання властивостей забезпечує подвійне гартування та старіння.
Зміцнююча -фаза в рівноважному стані переходить в η-фазу з гексагональною граткою, при цьому η-фаза за своїм складом наближається до чистої сполуки Ni3Ti. Зазвичай після тривалого старіння при температурах 750…900 °С η-фаза набуває складу (Ni,Fe)3(Ti,Al). Перетворенню -фази на η-фазу сприяють пластична деформація, підвищений вміст титану та збільшення температури старіння. Фаза η виділяється у вигляді пластин; з її появою пластичність сплаву знижується.
Недоліками залізонікелевих сплавів є мала пластичність, схильність до утворення тріщин та інших дефектів [10].
В таблиці 4.6 показано властивості деяких жароміцних сплавів на залізонікелевій основі.