строение (557054), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Сплав на основе чистого никеля, упрочненный частицами оксидов тория (Так), назван ТД- никелем. Наличие равномерно распределенных тугоплавких частиц сохраняет упрочняющее действие до более высоких температур, чем в обычных жаропрочных сплавах. Этот материал обладает очень высокой термической стабильностью и нагрев до 1300 'С не приводит н заметному снижению прочности. Сплавы ВДУ вЂ” 1 и ВДУ вЂ” 2, упрочненные тугоплавкими оксидами Так и НЮ„обладают наряду с хорошей жаростойкостью, повышенной жаропрочностью и хорошо сопротивляются термической усталости, что позволяет применять эти материалы для изготовления камер сгорания.
9 2. Жаростойкие н жаропрочные стали Жаропрочные и жаростойкие сплавы заняли прочное место в авиационном двигателестроении. Жаростойкие стали. К жаростойким относятся стали, работаюшне в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах -» 550 'С. Для повышения оналиностойкости сталь легируют элементами (хромом, алюминием и кремнием), имеющими большее сродство к нислороду, чем железо, и образующими на поверхности стали плотные оксидные пленки типа Сг,О„А!,О, и ЯО„хорошо связанные с основой.
Так как диффузия (особенно нислорода) через эти пленки затруднена, наличие их на поверхности приводит к торможению процесса дальнейшего окисления. Стали, легированные Сг и Я, называют сильхромами; Сг и А!— хромалями; Сг — А! — Я вЂ” сильхромалями. Высокое содержание алюминия и кремния в сталях вызывает их охрупчивание, поэтому эти элементы добавляют в небольших количествах. Стали 40Х9С2 н 10Х1ЗСЮ жаростойки до 850 'С. Их применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания и деталей печного отопления, Ферритная сталь 08Х!7Т жаростойка до 900 'С и применяется в теплообменниках. Аустенитные стали 12Х!8Н9Т и 36Х18Н25С2 обладают высокой технологичностью и достаточной прочностью при повышенных температурах.
Они жаростойки до 800 и 1100 'С, соответственно. Сталь 36Х18Н25С2 благодаря добавке кремния обладает высокой жаростойкостью в среде с повышенным содержанием серы, применяется для изготовления сопловых аппаратов и жаровых труб в газотурбинных установках. Жаропрочные стали.
Жаропрочные стали способны работать яод напряжением (в течение заданного промежутка времени) и обладать достаточной жаростойкостью при температурах ) 500 'С. Легирование существенно повышает жаропрочность сталей: во-первых возрастает энергия межатомной связи и следовательно, затормаживаются диффузионные процессы в твердых растворах; во-вторых, вследствие легирования и термической обработки (закалка с последующим старением) формируется специальная гетерогенная структура, состоящая из твердого раствора и вкрапленных в него дисперсных карбидных и интерметаллидных фаз, когерентных с основой.
Стали мартенситного класса (15Х12ВНМФ, 15Х11МФ) используются при температурах до 600 'С. Наиболее сильно повышают жаропрочность вольфрам и ванадий в сочетании с молибденом. Стали используются для изготовления деталей газовых турбин и паросиловых установок. Аустенитные стали обладают большей жаропрочностью, чем мартенситные — их рабочие температуры достигают 700...
750 'С. Они пластичны, хорошо свариваются. По способу упрочнения и структуре аустенитные стали подразделяются на три группы: твердые растворы, не упрочняемые старением; твердые растворы с карбидным упрочнением; твердые растворы с интерметаллидным упрочнением. Стали первой группы (09Х14Н16Б, 09Х14Н18В2БР) применяют в закаленном состоянии и используются для изготовления трубопроводов силовых установок высокого давления, работающих при 600 ... 700 'С.
Аустенитные жароярочные стали с карбидным и интерметаллидиым упрочнением подвергаются закалке с 1050 ...1200 'С в воде, масле или на воздухе и последующему старению при 600 ... 850 'С. Иногда применяют двойную закалку н ступенчатое старение. В аустенитных сталях с карбидным упрочнением 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС высокая жаропрочность достигается введением в хромоникелевый аустенит 0,3... 0,5 е4 С и карбидообразующих элементов (Мо, %', Ч) и др. Структура стали — аустенит и карбиды типа Ме„С, и МеС. Стали используются для изготовления клапанов авиационных двигателей и деталей газотурбинных установок, работающих при температурах до 650 'С. С целью повышения окалиностойкости данные стали подвергают алитированию.
Стали с интерметаллидным упрочиеннем (1ОХ11Н20ТЗР, 10Х11Н23ТЗМР) содержат небольшое количество углерода и дополнительно легированы титаном, алюминием, молибденом и бором. Титан и алюминий образуют основную упрочияющую у'-фазу еен (МвТ! или %вТ!А!). Бор упрочняет границы зерен аустенита. Молибден легирует твердый раствор, повышая энергию межатомной связи. Стали используют для изготовления камер сгорания, дисков и лопаток турбин, а также сварных конструкций, работающих при температурах до 700 'С. Жаропрочные сплавы на железоникелевой основе, например, ХН35ВТЮ, дополнительно легируют хромом, титаном, вольфрамом, алюминием, бором.
Они упрочняются, как и аустенитные стали, закалкой и старением. Сплав ХН35ВТЮ применяют для изготовления турбинных лопаток и дисков, колец соплового аппарата и других деталей, работающих при температурах до 750 'С. 5 3. Тугоплавкие металлы н сплавы Овщне евеленнн Тугоплавкие металлы приобретают все большее значение для авиационной, ракетной, космической, атомной техники, для приборостроения и радиоэлектроники.
Высокие рабочие температуры () 1000... 1500 'С) и длительный ресурс конструкций делают тугоплавкие металлы незаменимым конструкционным материалом. К тугоцлавким металлам принято относить элементы, температура плавления которых ) 1800 'С. Для промышленности в настоящее время представляют интерес элементы ЧА группы — ниобий и тантал, элементы Ч1А группы хром, молибден и вольфрам и элемент Ч1!А группы — рений. В табл.
26 приведены свойства тугоплавких металлов. Эти металлы относятся к редким и их используют в качестве конструкционных тогда, когда другие материалы не могут быть применены. Тугоплавкие металлы характеризуются большой прочностью межатомной связи, что обеспечивает их высокую жаропрочность. Вольфрам, молибден, рений и хром обладают также высокими значениями модуля упругости. Все тугоплавкие металлы имеют повышенную коррозионную стойкость в различных агрессивных средах, в том числе в парах и расплавах щелочных металлов.
Тугоплавким металлам за исключением хрома присуща малая склонность к испарению в глубоком вакууме. Наименьшую склонность к испарению проявляет вольфрам, наибольшую — хром. Все тугоплавкие металлы имеют низкие коэффициенты теплового расширения. Ниобий и молибден, имея умеренное сечение поглощения тепловых нейтронов, представляют интерес, как конструкционный материал для атомной техники. Наибольший интерес для промышленности представляют сплавы на основе Мо, НЬ, % и Сг. Обладающий многими ценными свойствами Ке в виду малой распространенности и высокой стоимости используется в.основном как легирующий элемент. Свойства тугоплавких металлов в большой степени определяются методом получения, обеспечивающим различную чистоту по примесям внедрения.
со Я ! о с ф о со 8 Я Ф Ф ". а ".- = ж О О О й й Ф с О О. О О со сс «Р 'Д о я сО с ОС О О ОЪ С' О со со Ос ОС О О О Ф О О и сО сЧ О со СЧ ОС О О Ос сО ОС ОС «С О СО О сь о ссь сО С' с«с.,' о 8 и '.О сО сО Ы Я сО Ос' О Ос 17 Ь я О й х 3С7 Ос О со ъ й. г,а и О О а О,О О Ы О. 0« Ф О.О Яо О На с О с" сс О о Й ш ж ж О Ю ь ь со Д о .~ 6 970 Основными методами производства %, Мо и ИЬ являются порошковая металлургия, вакуумно-дуговая, электронно-лучевая, плавка, зонная плавка электронным пучком, дуплекс-процесс, заключающийся в дуговом переплаве слитков, полученных электронно-лучевой плавкой. Степень чистоты по примесям увеличивается при переходе от первого метода к последнему.
Повысить свойства изделий возможно при использовании новых методов формования металлических порошков, к которым относятся холодное и горячее нзостатическое прессование, компактироваиие при помощи взрыва, горячая прокатка и экструзия порошков, а также горячее статическое и динамическое прессование. Для получения компактных тугоплавких металлов используется и метод осаждения из газовой фазы на металлическую или органическую подложку. Таким методом получают кольцевые трубчатые изделия разного назначения. Тугоплавкие металлы и их сплавы относятся к труднообрабатываемым вследствие большого сопротивления пластическому деформированию, низкой технологической пластичности и опасности загрязнения примесями внедрения.
Нагрев и обработку заготовок проводят в защитных средах или вакууме. Тугоплавкие металлы, обладая многими достоинствами, имеют ряд специфических особенностей, затрудняющих их использование в качестве конструкционного материала. Значительно расширит их применение решение таких научно-технических проблем, как хладноломкость, защита от окисления и современные методы соединения. Хладноломкос7иь. Температура порога хладноломкости зависит от чистоты металла (особенио по примесям внедрении), от способа изготовления, микроструктуры и условий испытания. В состоянии высокой чистоты и оптимальной структуры эти металлы могут быть достаточно пластичны в широком диапазоне температур.
Так для Мо технической чистоты (= 0,02 % 0,) температура хладноломкости 300 'С при высокой чистоте (» 0,000! % 0,) она равна — 196 'С. Тугоплавкие металлы группы У1А растворяют крайне малое количество примесей внедрения, в металлах УА группы растворимость в сотни раз больше, с чем и связана меньшая их чувствительность к примесям внедрения и достаточно низкое значение температуры хладноломкости. Превышение предела растворимости примесей в тугоплавких металлах У1А группы приводит к образованию хрупких фаз — оксидов, карбидов, нитридов, особенно опасных в виде пленок или оболочек по границам зерен. Если же содержание примесей меньше предела растворимости, они, находясь в твердом растворе, вызывают уменьшение пластичности, вследствие торможения движения дислокаций и уменьшения сопротивления распространению трещин, поскольку при низких температурах условия для вырывания дислокаций из примесных «атмосфер» неблагоприятны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
