5.2 Хромсодержащие сплавы

В промышленных масштабах сплавы хрома применяются с середины XX века. Они относятся к жаропрочным и коррозионностойким материалам. Различают сплавы хрома (табл. 5.1) нелегированные (марок ВХ-1, ВХ-1И), низколегированные пластичные (марок ВХ-2, ВХ-2И), высоколегированные пластичный (марки ВХ-4), высоколегированный малопластичный (марки ВХ-5), а также спеченные типа: Cr + (10-15 %) Ni; Cr + Мо + CrВ₂; Cr + MgO.

Ниже приведена характеристика сплавов хрома:

Плотность, г/см³ ……………………………………………. 7,0-8,3

Температура плавления, °С ……………………………. 1750-1900

Коэффициент температурного расширения

в интервале 500-1000 °С, К^-1 ……………………………. 8,6-13,7

Теплоемкость, кДж/(к·К^-1) ……………………………. 0,52-0,79

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) ………………. 293-627

Удельное электрическое сопротивление, МОм·м ……….. 0,41-0,73

Таблица 5.1 – Химический состав сплавов хрома

Марка сплава	Содержание элементов, %
	Cr	Ti	V	Y	W	Мо	Прочие	C	O	N
								не более
ВХ-1	Осн.	-	-	-	-	-	-	0,02	0,04	0,04
ВХ-1И	Осн.	-		0,3-1,0				0,02	0,04	0,04
ВХ-2	Осн.	0,1-0,2	0,1-0,35	-		_		0,02	0,04	0,04
ВХ-2И	Осн.	0,1-0,2	0,1-0,35	0,3-1,0				0,02	0,04	0,04
	Осн.	0,05-0,25	0,1-0,4	-	1,5		32 Ni	0,08	0,02	0,04
ВХ-5	Осн.	-		≤0,02 Се	3,0	10-15	2-10 Nb или Та; ≤ 0,1В	-	-	-

Сплавы хрома обладают высокой жаростойкостью на воздухе (до температур 1200°С, а содержащие иттрий – до 1300-1350°С). При длительной эксплуатации в азотсодержащих средах некоторые сплавы (особенно ВХ-1 и ВХ-2) охрупчиваются из-за насыщения азотом. С целью предотвращения этого явления применяют электролитическое никелирование, эмалирование, напыление и др.

Сплавам хрома присуща высокая кислотостойкость, они стойки в холодных щелочных растворах средней концентрации. Сплав ВХ-1 стоек также в расплаве стекла. Не корродируют во многих агрессивных средах и продуктах сгорания топлива. Во многих средах их коррозионная стойкость выше, чем никелевых сталей и сплавов никеля.

Недостатком сплавов хрома, ограничивающим их широкое применение, является низкотемпературная хрупкость: температура перехода в хрупкое состояние довольно высока и составляет 130-350°С в зависимости от марки сплава и содержания в нем кислорода и особенно азота. При высоких концентрациях этих примесей температура перехода в хрупкое состояние может повыситься до 500-550°С. Одним из способов повышения механических и эксплуатационных свойств сплавов хрома является комплексное легирование титаном, ниобием и танталом, связывающими примеси внедрения (углерод, азот, кислород) в нерастворимые в хроме соединения (карбиды, нитриды, оксиды).

Добавки вольфрама и молибдена способствуют упрочнению сплавов, приводя к образованию твердых растворов. Введение ванадия в небольших количествах повышает их ударную вязкость. Небольшие (≤ 1%) добавки редкоземельных металлов способствуют измельчению зерна, повышению прочности и коррозионной стойкости, повышению температуры рекристаллизации. Наибольшее повышение пластичности достигается введением металлов цериевой группы, а металлов иттриевой группы – наибольшая работоспособность при высоких температурах.

Сплавы хрома получают плавкой в вакуумных индукционных и дуговых электропечах с использованием высокоглиноземистых огнеупоров, огнеупоров на основе оксидов бериллия или тория для нелегированных сплавов и на основе оксидов иттрия для сплавов, легированных редкоземельными металлами.

Спеченные сплавы хрома изготавливают путем прессования порошковых смесей под давлением 0,3-0,4 ГПа с последующим спеканием в атмосфере водорода при 1450-1500°С.

Заготовки и изделия из сплавов хрома могут быть получены либо горячей обработкой давлением, либо точным литьем (из сплава ВХ-5 только литьем). Затем они подвергаются высоко- и низкотемпературному отжигу в атмосфере водорода или инертного газа высокой чистоты. Готовые изделия не подвергаются термообработке. При использовании специальных режимов сплавы хрома удовлетворительно обрабатываются резанием, хорошо свариваются (кроме сплава ВХ-5); могут свариваться со сталями и другими сплавами контактной, аргонодуговой и электронно-лучевой сваркой.

Из пластичных марок сплавов хрома изготавливают прутки диаметром 10-100 мм, полосы и листы толщиной до 0,5 мм, плакированные коррозионностойкими покрытиями, прессованные трубы диаметром 16-18 мм со стенкой ≤1 мм и длиной до 2-3 м, прессованные трубы диаметром до 3 мм с толщиной стенки 0,5-1 мм и длиной 0,2-0,32 м, а также штамповки, поковки и литые заготовки.

Сплавы ВХ-14, ВХ-24 и композиций Cr + Al₂O₃ (MgO) используют для изготовления изделий, длительно эксплуатирующихся в сильно окислительной среде при 1200-1300°С или кратковременно при 1500-1600°С. Из сплавов ВХ-1, ВХ-2 производят изделия для эксплуатации при 1000-1100°С (с кратковременными нагревами до 1500-1600°С). Из малолегированных сплавов изготавливают также чехлы термопар, пламенные экраны, крепежные детали, внутренние каналы крекинговых установок и т.п.

Высоколегированные сплавы предназначены для изготовления деталей двигателей, котлов и нагревательных печей, эксплуатируемых в продуктах горения высокосернистых топлив, для изготовления химического оборудования, конструкций морских гидротехнических сооружений, деталей топливной и измерительной аппаратуры. Спеченные сплавы применяют в производстве деталей МГД-генераторов, жаростойких поддонов и других деталей термических печей, кокилей для каменного и металлического литья.