строение (557054), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Разработка сплавов сопряжена со значительными трудностями, связаннымн с необходимостью устранения ряда существенных недостатков, присущих хрому, главными из которых являются: хладноломность (при г ( (О,!... 0,2) Т»в хром и почти все разработанные на его основе современные сплавы в литом, рекрнсталлизованном, сварном состояниях становятся хрупкими); чрезвычайная чувствительность к примесям внедрения, особенно н азоту, приводящая н постепенному охрупчиванню в результате их растворения в хроме при высонотемпературной выдержке на воздухе; низкая стойкость к механическим и термическим ударам, особенно в рекристаллизованном состоянии.
В связи с малой растворимостью в хроме элементов внедрения (растворнмость О, С, 5), Н в сумме не превышает 0„000! »6) в сплавах на его основе всегда имеется избыток этих примесей, что обусловливает образование ими хрупких фаз внедрения, а прн рекристаллнзации — еще и дополнительных выделений фаз внедрения в виде хрупких прослоек по границам зерен. Это ослабляет границы, стимулирует зарождение на них трещин, уменьшает сопротивление их распространению и в большинстве случаев приводит н хрупким разрушениям.
Для производства хромовых сплавов используют высокочистые сорта хрома — иодндный, элентролитический. Более доступен для широного применения электролитичесний хром, процесс получения которого не так сложен и менее дорог, чем иодидного. Чистоту элентролнтнчесного хрома при необходимости повышают дополнительной очистной путем нагрева в атмосфере очищенного водорода (( 1!00 ... 1600 'С). Выплавка сплавов производится в индукционных или дуговых вакуумных печах в атмосфере очищенного инертного газа (Аг или Не).
Плавка в вакууме затруднена из-за летучести хрома вследствие высокой упругости его пара. Мелкозернистая структура сплава снижает температуру перехода в хрупкое состояние, Для этого при изготовлении прутков, полос, труб и т. п. применяют быстроходную предварительную деформацию литых заготовок при 1000... !600 'С. Прессование является единственным методом, обеспечивающим деформацию хрома н его сплавов без разрушения.
После прессования температура хладноломности уменьшается на несколько сот градусов, например, для электролитичесного хрома на 400... 600 'С. Окончательная деформация для получения нагартованного состояния осуществляется в мягкой оболочке из малоуглеродистой или нержавеющей стали прн 600... 800 'С. В качестве защиты от окисления и охрупчивания хрома и его сплавов при нагреве под деформацию или термическую обработку используются атмосферы инертного газа или водорода, которые не образуют с хромом устойчивых твердых растворов и не влияют на его свойства. Применяют также прогрессивные методы защиты специальными технологическими самосмазывающимися покрытиями, обеспечивающими безокислнтельный нагрев, которые механически удаляются с поверхности полуфабриката после пластической деформации.
Создание оптимальной структуры у хромовых сплавов осуществляется легированием основы небольшими количествами металлов 1ПА — ЪА групп и РЗМ (Ег, Т1, Та, Н1, Ч, 1.а, г', Се, 5)д, Об). Благодаря высокому химическому сродству их н примесям внедрения происходит очистка сплава вследствие образования дисперсных фаз типа карбидов, боридов, нитридов, оксидов легирующих элементов, равномерно распределенных по границам зерен.
При этом введением до 0,5... ! % (ат.) Т1, 2г, Н1, Та и др. активных карбидо-, боридо- и нитридообразователей не только повышается низкотемпературная пластичность, но н одновременно повышается жаропрочность вследствие высокой г„, и дисперсности выделяемых фаз внедрения. Присутствие РЗМ наряду со снижением температуры хладноломности, существенно уменьшает чувствительность механических свойств рекристаллизованного сплава н величине зерна и на 100 ...
200 'С повышает температуру ренристаллнзации. Склонность хрома н хладноломкости можно уменьшить также моно- н комплексным легированием значительными количествами элементов ЧПА — ЧП1А групп (Ке, Оз, Кп, Ге, Со), оказывающих тан называемый <рениевый эффект». Природа этого эффента связана с увеличением пластичности сплавов в присутствии указанных элементов в связи с появления механизма двойникования более благоприятным распределением образующихся ренийсодержащнх сложных оксидов, а также с уменьшением чувствительности к углероду. а1 огюн 1",сг у" к 3 Й и о о с з 3 н о о о юв о сс сс й оо 1о. о о о о яюа й 1 2,1 У й й Легируюсиий сегмент % гию1 к о 71 1 3 Рис. 1бб.
Влияние легярумв(их влемеитов иа отнссительнув прочность хрома в интервале температур ббб-(брб 'С бра „ бг (гегеау) 'О О1 42 Пеюрующий теменю, % 1еес1 и К 3 и о « й 3 и и и и ве Рнс. 1б4. Внияиие легяроваина не температуру начала рекрнсталлнаацнв хрома ее„нпе ма о 1 о о сакс оо со оо счо о с со ай Ьк м « р (-,О-,.~ О сч со со со оо о :::.-.) о о о со о 288 При создании жаропрочных сплавов на основе хрома используют преимущегр бр 2 тшп'е ственно механизмы твердога растворного и дисперсионноуе 1 го упрочнения.
Промышлен2Е ные хромовые сплавы принято 12иисй разделять иа две группы: ма- лолегированные пластичные а 2 у ( е 1а уе уа гера ги типа ВХ вЂ” 1,ВХ вЂ” 1И, ВХ вЂ” 2, Х вЂ” 2И и высоколегирован- В Х вЂ” 21л ннческся чнстотм (ВХ 1Й) (1) в его сплава НЫЕ, КОтОрЫЕ, В СВОЮ ОЧЕрЕдЬ, вх-у (и делятся на пластичные типа ВХ-4 и малопластичные типа М вЂ” 140, М вЂ” 142, М вЂ” 146. Основными легирующими элементами большинства отечественных и зарубежных промышленных сплавов обеих групп служат У, Т1, %, Хг, '(1(, Мо, Н1, Та, РЗЭ (чаще ВСЕГО 1').
г На рис. 153 приведены сравнительные данные по влиянию еирующих элементов на относительную прочность хрома л(Ов, ве ег/(Ув. лег) ° ВаНаДИй И ТаНТаЛ ИНТЕНСИВНО УПРОЧНЯЮТ ТВЕР дый раствор уже при небольших количествах — 0,5... 2 % (ат.), причем сохраняют значительный эффект упрочнения в области 1000 ... 1300 'С. Эффект твердорастворного упрочнения вольфрамом, молибденом, рением используется до более высоких значений концентраций этих элементов, так как растворимость их в хроме значительно больше., Цирконий разупрочняет хром, но, анало- 282 гично титану, ниобию и танталу, в малых количествах существенно увеличивает температуру начала рекристаллизации (рис.
154), тогда как вклад других элементов (Мо, (12, Ре, В и др.) невелик. Титан, цирконий, ванадий, гафний, РЗЭ снижают г'„,л и повышают низкотемпературную пластичность из-за рафинирующей очистки хрома от примесей внедрения. Положительное влияние иттрия при легировании в пределах 0,3... 1,0 % проявляется также в повышении жаростойкости хромовых сплавов и снижении загрязнения азотом, вследствие образования в присутствии иттрия более прочной и плотной защитной оксидной пленки, уменьшающей доступ кислорода и азота к внутренним слоям основы. В основном существующие промышленные сплавы хрома по структуре представляют собой малолегированные твердые растворы с дисперсными выделениями упрочняющих фаз, которые образуются в результате взаимодействия этих элементов с примесями внедрения. Исключение составляют высоколегированные промышленные сплавы на основе хрома систем Сг — це, Сг — Н1, Сг — Кн, Химический состав и механические свойства ряда отечественных хромовых сплавов приведены в табл.
27. Малолегированные сплавы типа ВХ вЂ” 1И, ВХ вЂ” 2 (с суммарным количеством легирующих элементов ( 1 %) обладают относительно невысокой жаропрочностью. Сточасовая длительная прочность сплавов ВХ-1, ВХ-2 с повышением температуры резко падает (рис. 155). Однако, они обладают хорошей низкотемператур- 3 н й в аи ка .Ве Чо а с."' П "о ка «и йо йа а «« 'о "в о~88 ° Й=- с,по м«3 а «3 йо Йа 3, 1 йа Я сс и «с к « 1 о а $2 а «й Ми— ««о ва но с К 3 « «сс «Ю й ий « я « с ам «и ной пластичностью и высокой жаростойкостью.
Хорошо деформируются в горячем состоянии. Выпускаемый сортамент промышленных полуфабрикатов широк: листы, трубы, прутки, профили, штамповки. Они применяются в малонагруженных деталях малоресурсных авиационных двигателей, работающих в окислительных средах при температурах до 1100... 1150 'С длительно и до ! 500 ' С— кратковременно.
В высоколегированных сплавах типа М вЂ 1, М вЂ 1 (с общим количеством легирующих элементов от 1,0 до 5,0 %) достигнуты высокие значения длительной прочности и сопротивления ползу- чести вплоть до 1100... 1300 'С, однако они малопластичны. Высоколегированные сплавы типа ВХ-4 по уровню жаропрочных характеристик уступают предыдущим, но имеют достаточную пластичность и технологичность, хорошие литейные свойства, что облегчает получение полуфабрикатов и позволяет использовать их в качестве жаропрочного конструкционного материала в серийном производстве малонагруженных деталей, получаемых как методами пластической деформации, так и фасонного литья, длительно работающих при циклических нагревах в интервале 600...
1400 'С. Все промышленные сплавы хрома жаростойки на воздухе до температур не ниже 1100... 1200 'С благодаря образованию на поверхности тугоплавкой оксидной пленки Сг,О„ малопроницаемой для кислорода. Однако она не предохраняет от диффузии из окружающей среды азота, которая приводит к охрупчиванию сплавов при сравнительно низких температурах в результате образования нитридов в поверхностных слоях. Малолегированные сплавы хрома теряют пластичность при 20 ... 200 'С после нагрева на воздухе уже при 1 ) 650 'С. Высоколегированные сплавы и особенно сплавы с иттрием допускают более высокие температуры нагрева на воздухе без потери низкотемпературной пластичности.
Сплавы, содержащие иттрий, обладают и более высокой жаростойкостью — до 1300 ... 1500 'С. Для предупреждения от азотного охрупчивания рекомендуется применять защитные покрытия. Наиболее часто используются никелирование, эмалирование, напыление оксидов, интерметаллических соединений и др, Характеристики длительной прочности современных сплавов хрома при 1 )900 'С выше, чем у никелевых сплавов. Хромовые сплавы превосходят никелевые сплавы и стали по коррозионной стойкости в продуктах горения топлива, в азотной кислоте, ее парах.
Причем в продуктах горения топлива, даже при большом избытке воздуха, азотного охрупчивания не наблюдается. Эти свойства привлекают внимание к хромовым сплавам как к возможному варианту замены никелевых сплавов и сталей в деталях и узлах двигателей ЛА. Например, замена никелевых сплавов на хромовые в сопловых и рабочих лопатках авиационных двигателей позволяет значительно увеличить технические характеристики последних, вследствие повышения температуры газов перед турбиной на 100 ... 200 'С при равных напряжениях. Но низкая пластич- во ность сплавов на основе хрома при г (300 'С, наряду с низкой стойкостью к механическим и термическим ударам, в значительной степени затрудняют их внедрение.
Рабочие температуры применения сплавов на основе хрома— до 1100 ... 1150 'С длительно, до 1500 'С вЂ” кратковременно. Хром широко используют как легирующий элемент конструкционных сплавов, а также как основной компонент высокотемпературных и износостойких защитных покрытий на детали из сталей и сплавов на основе никеля и кобальта. Сплавы на основе хрома находят применение в качестве конструкционного материала ряда деталей, в том числе литых, в мало- ресурсных авиационных двигателях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
