Какие стали называются жаропрочными? Посредством чего достигается жаропрочность?

   К жаропрочным относятся стали, обладающие необходимой прочностью при высоких температурах. Жаропрочность достигается введением в состав стали легирующих элементов, повышающих прочность межатомных связей основного твердого раствора (феррита и аустенита), а также образующих вторичные упрочняющие фазы (карбиды, интерметаллиды), обладающие высокой термической стойкостью (устойчивостью против коагуляции при длительном воздействии высоких температур.

Большая роль в получении требуемой жаропрочности принадлежит термической обработке. Последняя должна обеспечивать:

- оптимальное распределение легирующих элементов между твердым раствором и вторичными упрочняющими фазами;

- высокую дисперсность частиц упрочняющих фаз и их равномерное распределение по объему стали (сплава);

13.3.2. 3. Как подразделяются жаропрочные стали?

Жаропрочные стали и сплавы в зависимости от состава и температурной области применения разделяются на 4 основные группы.

  К первой группе относятся перлитные жаропрочные стали, вторую группу составляют хромистые жаропрочные стали мартенситного класса, третью группу составляют хромоникелевые стали аустенитного класса, к четвертой группе относятся жаропрочные сплавы на никелевой основе, предназначенные для работы при температуре до 750-850 ºC.

13.3.2. 4). Охарактеризуйте перлитные жаропрочные стали.

К первой группе относятся перлитные жаропрочные стали, используемые для деталей с рабочей температурой до 570 ºC. Основными легирующими элементами этой группы являются хром, молибден, вольфрам, ванадий и в отдельных случаях титан, ниобий и бор в незначительных количествах. Термическая обработка сталей состоит в нормализации или закалки в масле с последующим высоким отпуском. Широкое практическое применение нашли стали: 12ХМФ, 15Х1М1Ф (корпусные элементы турбин), 34ХМ1А, 25Х2М1ФА, 20Х3МВФА (цельнокованные роторы), 25Х1МФ (крепежные детали) и др.

13.3.2. 5.  Охарактеризуйте хромистые жаропрочные стали.

Вторую группу составляют хромистые жаропрочные стали мартенситного класса, содержащие 12% Cr и другие легирующие элементы (Mo, W, V, Nb, B) в сравнительно небольшиъх количествах. Стали этой группы применяются для деталей, работающих при температурах до 560-600 ºC. Термическая обработика –улучшение. Хромистые жаропрочные стали используются для изготовления лопаточного аппарата паровых и газовых турбин. Применяемые стали: 15Х11МФ, 18Х11МФ5, 20Х12ВНМФ и др.

13.3.2.6. Охарактеризуйте хромоникелевые жаропрочные стали.

Третью группу составляют хромоникелевые стали аустенитного класса, дополнительно легированные молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном и др. Они используются для деталей турбин, работающих при температурах до 700 ºC (стали 08Х16Н13М2Б, ХН35ВТ и др.). Термическая обработка жаропрочных аустенитных сталей состоит из нагрева до высоких температур (1050-1150 ºC) с последующим быстрым охлаждением (аустенизации) и одноступенчатого или двухступенчатого отпуска (старения) в интервале температур 700-850 ºC. В процессе отпуска из аустенита выделяются дисперсные частицы упрочняющих фаз (карбидов, интерметаллидов).

13.3.2. 7. Охарактеризуйте жаропрочные сплавы на никелевой основе.   

К четвертой группе относятся жаропрочные сплавы на никелевой основе (никеля более 50).

Эти материалы применяют в основном для изготовления лопаток турбин реактивных двигателей, которые работают при температурах 700 - 900°С. Никелевые сплавы могут быть разделены на гомогенные (нихромы, инконели), которые служат в основном как жаростойкие материалы, и стареющие (нимоники), имеющие высокую жаропрочность. Нимоники основного состава представляют собой сплав Ni-Cr-Ti-Al (Cr~20%, Al~1%, Ti~2%. Ni – остальное). Для получения высокой окалиностойкости никель легируют хромом, а для повышения жаростойкости – титаном и алюминием. В этом случае при старении закаленного сплава образуется интерметаллидная g¢-фаза типа Ni₃(Ti,Al), когерентно связанная с основным g-твердым раствором., а также карбиды TiC и нитриды TiN, увеличивающие прочность при высоких температурах. Дальнейшее увеличение жаропрочности достигается легированием сплавов молибденом и вольфрамом, повышающими температуру рекристаллизации и затрудняющими процесс диффузии в твердом растворе, который необходим для коагуляции избыточных фаз и рекристаллизации. Добавление к сложнолегированным сплавам кобальта еще больше увеличивает жаропрочность и технологическую пластичность сплавов. Для упрочнения границ зерен g-твердого раствора сплав легируют бором и цирконием. Они устраняют вредное влияние примесей, связывая их в тугоплавкие соединения. Примеси серы, сурьмы, свинца и олова понижают жаропрочность сплавов и затрудняют их обработку давлением. В связи с этим для повышения жаропрочности при выплавке жаропрочных сплавов необходимо применять возможно более чистые шихтовые материалы, свободные от вредных легкоплавких примесей. Использовать нимоники следует только в термически обработанном состоянии. Термообработка состоит из закалки с охлаждением на воздухе от температуры нагрева 1050 - 1150°С. При этом образуется твердый раствор g с решеткой г.ц.к. При охлаждении на воздухе происходит частичное перераспределение Ti и Al внутри решетки твердого раствора g. Этот процесс продолжается при старении при 500 - 600°С. При нагреве на 600 - 850°С наблюдается, как уже отмечалось, выделение g¢-фазы с решеткой ГЦК.. Размер частиц g¢-фазы около 200 – 400А и зависит от длительности нагрева. Повышение температуры приводит к превращению g¢-фазы в стабильную при данных температурах фазу h-Ni₃Ti. Наиболее широко используют никелевый сплав ХН77ТЮР. После закалки от 1080-1120°С сплав имеет структуру, состоящую из пересыщенного g-твердого раствора с ГЦК решеткой, и поэтому обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью, допускающей штамповку, гибку и профилирование. Сплавудовлетворительно сваривается. После закалки и старения при 700 °С сплав получает высокую Сплавудовлетворительно сваривается. После закалки и старения при 700 °С сплав получает высокую жаропрочность.

Никелевые сплавы, объемная доля g¢-фазы в которых превышает 50%, уже нельзя подвергать горячей деформации обычными способами; изделия из них получают методом точного литья.