Жаростойкие стали и сплавы.

Сталь, устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах (свыше 550 °С), называют окалиностойкой (жаростойкой).

Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния.

Введение в сталь 5—8 % Сг повышает окалиностойкость до 700—750 °С; увеличение содержания Сг до 15—17 % делает сталь окалиностойкой до 950—1000 °С, а при введении 25 % Сг сталь остается окалиностойкой до 1100°С. Легирование сталей Сг в количестве 25 % и алюминием в количестве 5 % повышает, окалиностойкость до 1300 °С. Окалиностойкость зависит от состава стали, а не от ее структуры.

Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12X17, 15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие также жаропрочностью.

ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Жаропрочными называют, стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаро­стойкостью.

Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т. д., работающих при высоких температурах.

Сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки называют жаропрочностью. Чаще жаропрочность характеризуется условным пределом ползучести и пределом длительной прочности.

Жаропрочные стали широко применяют в высокотемпературной технике. Рабочие температуры жаропрочных сталей 500—750 °С.

Стали перлитного класса используют для изготовления крепежа, труб, паропроводов, пароперегревателей и коллекторов энергетических установок, работающих длительное время (10 000—200 000 ч) при температурах 500—580 °С,

Они содержат относительно малые количества углерода и обычно легированы хромом, молибденом и ванадием (12ХМ, 12Х1МФ). Стали этого класса используют в закаленном или нормализованном состоянии. Температура отпуска должна быть выше рабочей (660—700 °С).

Стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов применяют для изготовления деталей энергетического оборудования (лопатки, турбинные диски, роторы и т. д.), длительно работающих при температурах 600 – 620^оС. Высокохро­мистые стали марок 15Х11МФ, 15Х12ВНМФ помимо высокой прочности обладают высокой жаростойкостью.

Стали применяются после закалки и последующего отпуска в интервале температур 650—750 °С. Сталь мартенситного класса 15Х11МФ применяется после закалки на воздухе (масле) от 1050—1100°С и отпуска при 680—750 °С.

Для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания применяют, хромокремнистые стали мартенситного класса, полу­чившие название

сильхромов. Наиболее известны сильхромы 40Х9С2 и 40Х10С2М. Стали применяют после закалки в масле от 1000—1050 °С и отпуска при 720—780 °С с охлаждением на воздухе, или в воде.

Стали аустенитного класса применяются для изготовления роторов, дисков, лопаток газовых турбин, клапанов дизельных двигателей, работающих при температурах 600—700 °С.

Аустенитные жаропрочные стали со структурой твердых растворов, например 10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР и 09Х14Н19В2БР, применяют в закаленном состоянии. Закалку проводят в интервале температур 1100—1160°С в воде или на воз­духе. После закалки стали приобретают умеренную прочность и высокую пластичность (при 700 °С).

Для достижения высокой жаропрочности аустенитные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением подвергают терми­ческой обработке, состоящей из двух последовательных опера­ций, приведенных ниже.

Закалка от 1050—1200 °С в воде, масле или на воздухе.

2. Старение при 600—850 °С. Предназначено для выделе­ния дисперсных фаз из твердого раствора, упрочняющих сталь.

Сталь 45Х14Н14В2М применяют после отжига при 820 °С (охлаждение на воздухе) для изготовления клапанов авиационных двигателей и в газотурбостроении для крепежа.

Для изготовления различных деталей газотурбинных устано­вок, работающих при небольших нагрузках (турбовозы, газовые стационарные турбины), а также для крепежных деталей приме­няют сталь 40Х15Н7Г7Ф2МС. Упрочнение стали достигается закалкой от 1170— 1190 °С в воде (на воздухе) и старением при 800 °С в течение 8— 10 ч.

Жаропрочные сплавы на железоникелевой основе. К этой группе сплавов относятся сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов (W, Ti и др.) в железоникелевой основе.

Сплавы на железоникелевой основе применяют для изготовле­ния деталей паровых и газовых турбин. Так, например, для из­готовления турбинных лопаток и дисков, и других деталей, работающих при 500—750 °С, применяют сплав ХН35ВТЮ. Наилучшие жаропрочные свойства сплав полу­чает после первой закалки от 1150—1180°С на воздухе, второй закалки от 1050 °С на воздухе и старении при 830 °С 8 ч.

Жаропрочные сплавы на никелевой основе. Жаропрочные стали, на основе никеля нередко называют нимониками. Эти сплавы на­ходят широкое применение в различных областях техники (авиа­ционные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппарато - строение и т. д.); предназначены для изготовления рабочих лопаток, турбинных дисков, колец, крепежа с длитель­ным сроком службы, сопловых лопаток и других деталей газовых турбин, работающих при температуре до 850 °С.

Наиболее широко используют никелевый сплав ХН77ТЮР (ГОСТ 5632—72), который после закалки от 1080—1120°С обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью. После закалки и старения при 700°С сплав получает высокую жаропрочность.

Часто используют сплав ХН70ВТЮ, обладающий хо­рошей жаропрочностью и достаточной пластичностью при 700— 800 °С.

Сплав ХН65ВМТЮ получил широкое применение для лопаток и крепежных деталей газовых турбин. После двойной закалки от 1220 °С и 1050 °С на воздухе и старения при 850 °С сплав имеет высокую жаропрочность.

Никелевые сплавы широко применяют в литом виде.

Для повышения жаростойкости никелевые сплавы подвергают алитированию.

ХН77ТЮР— 19 – 22% хрома, 2,4 – 2,8% титана, 0,6 – 1,0% алюминия, 0,02% углерода, 0,01% бора, основа – никель.

ХН35ВТЮ – до 0,08% углерода, 12 – 15% хрома, 33 – 37% никеля, 2,4 – 3,2% титана, 2 – 4% вольфрама, 0,7 – 1,7% алюминия, 0,02% бора.

ХН65ВМТЮ - до 0,025% углерода, 15 – 17% хрома, 3,5 – 4,5% молибдена,

2,0 – 2,8% титана, 8,5 – 10% вольфрама, 1,0 – 1,5% алюминия, 0,01% бора, основа - никель.