Строительная энциклопедия

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ СТРОИТЕЛЬСТВО

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

— никель-хромосодержащие сплавы с присадками легирующих элементов — Ti, Al, Сг, Мо, W, Nb, С, В, Ва, Са, Zr, Се, применяемые для изготовления наиболее напряженных деталей газотурбинных двигателей и др. силовых установок, работающих при высоких темп-рах. Никель при 800° имеет длит, прочность за 100 час. ок. 4 кг/мм2, присадка 20% Сг упрочняет твердый раствор сравнительно мало, но повышает окалиностойкость сплава; повышение предела длит, прочности не превышает 25—30%. Введение в нихро- мовые сплавы Ti в количестве 2,5—3% при небольшой добавке алюминия (0,7%) обеспечивает существенное повышение их жаропрочности вследствие образования при умеренных темп-рах высоко дисперсной интерметаллидной у-фазы; в результате процессов дисперсионного твердения повышается сопротивление сплавов пластической деформации как при комнатной, так и при высоких темп-рах. Нек-рое увеличение содержания алюминия (при наличии добавки титана) еще больше повышает жаропрочные св-ва сплавов на никелевой основе вследствие увеличения количества образующихся при термич. обработке дисперсных фаз.

Присутствие хрома в сплавах никеля с алюминием и титаном не меняет механизма превращений в этих сплавах, но сказывается на изменении кривых растворимости— происходит смещение их в сторону меньших концентраций. Кроме того, содержание хрома в этих сплавах изменяет энергию связи атомов в кристаллич. решетке, что сказывается на скорости диффузии хрома и титана и способствует повышению жаропрочности у-фаза в ряде сплавов является неустойчивой метастабильной фазой и при определ. условиях (длит, выдержка при 800° и выше) превращается в устойчивую т)-фазу типа Ni3Ti с гексагональной решеткой; устойчивость у'-фазы зависит от степени легирования. Кроме образования упрочняющих Ni3Al и у'Фаз, в хромонике- левых сплавах при термич. обработке, несмотря на малые содержания углерода, может происходить выделение карбидов титана типа TiC, карбидов хрома типа Сг7С3 Сг23Св и двойных карбидов Ме^Ме^.

Повышение жаропрочности сплавов связано с увеличением количества дисперсных фаз, выделяющихся в результате действия умеренных темп-р, и с их взаимодействием с твердым раствором. Состав интермета л лидных, карбидных, а также бо- ридных фаз меняется в зависимости от легирования и термич. обработки.

В нек-рых случаях небольшие присадки углерода (0,1%) способствуют измельчению зерна при тех же режимах термич. обработки и повышению сопротивления усталости.

Введение Мо или W (или Мо и W вместе) в никельхромотитанистые сплавы или же в никельхромотитаноалюминиевые сплавы способствует дальнейшему повышению жаропрочности в интервале более высоких темп-р; раздельное легирование никельхромистых сплавов различными элементами не столь эффективно, как комплексное.

Во мн. сплавах с низким содержанием углерода в состав упрочняющих фаз не входят W и Мо, если их содержание невелико. Присутствуя в твердом растворе, эти элементы оказывают благоприятнбе влияние, повышая термич. стойкость раствора путем торможения процессов разупрочнения при высоких темп-рах. Они повышают также темп-ру рекристаллизации твердого раствора, кроме того, молибден повышает энергию активации самодиффузии хрома в сплаве.

Вольфрам в жаропрочных хромоникелевых сплавах распределяется по осям дендри- тов, тогда как молибден и ниобий имеют тенденцию к распределению по границам зерен. Присадка небольших количеств бора (0,001—0,05%), а также поверхностно- активных элементов — Се, Са, Ва, Be, Mg, Zr — также способствует повышению жаропрочности сплавов. В зависимости от легирования бор в жаропрочных сплавах образует боридные фазы различного состава: Сг5В3 (Х-фаза); Cr2B; (Мо, Сг, W, Ni)4B3; (Мо, Сг, W, Ni)5B4 (У-фаза). В присутствии бора замедляются диффузионные процессы по границам зерен металла, что повышает прочность сплавов при высоких температурах. Повышенное содержание серы и легкоплавких металлов — Pb, Sn, Sb, Bi, попадающих из шихты, вредно отражается на жаропрочности сплавов и эксплуатационной стойкости деталей, так, напр., рабочие лопатки газовой турбины из сплава ЭИ437А с содержанием 0,0015% свинца имели в пять раз меньший срок службы, чем лопатки из этого же сплава, но содержащие свинца 0,0008%.

Наибольшее применение в пром-сти получили деформируемые жаропрочные никелевые сплавы марок ЭИ437А, ЭИ437Б, ЭИ617, ЭИ598, ЭИ826, ЭИ929, ЭИ445 и ЭИ867

В Англии деформируемые жаропрочные никелевые сплавы известны под марками нимоник 80, 80А, 90, 95, 100, 105 и 115 (см. Нимоник), в США — под марками инконель X, инко 550, 700, 713С (см. Инконель), удимет 500, рене 41, К42В. Большинство сов. Н. с. д. ж. не уступает зарубежным сплавам по показателям жаропрочности и вместе с тем не содержит кобальта или его содержание не превышает 5—12% (ЭИ867 и ЭИ929).

Значит, повышение жаропрочных св-в сплавов и эксплуатац. надежности деталей, происшедшее в течение последних десяти лет, было достигнуто в результате применения более чистых шихтовых материалов (Ni, Сг, Ti, Nb, W, Мо), свободных от вредных примесей (Pb, Bi, Sn, Sb, S); повышения содержания элементов (Ti + + Al), вызывающих дисперсионное твердение; присадки тугоплавких элементов (W, Мо, Nb), вызывающих торможение диффузионных процессов; введения малых добавок В, Са, Zr, Се, Ва, способствующих очищению и упрочнению межкристаллич. слоев сплавов; совершенствования технологии выплавки (включая методы электрошлакового и вакуумного переплава); улучшения методов горячей обработки давлением, обеспечивающих однородность структуры готовых деталей; устранения на поверхности деталей обедненного слоя, образующегося вследствие высокого нагрева при термич. обработке

Сплавы ЭИ437А и ЭИ437Б применяются для изготовления рабочих лопаток и дисков газовых турбин. От сплава ЭИ437А сплав ЭИ437Б отличается присадкой небольших количеств бора и более высокой чистотой шихтовых материалов, применяемых для его выплавки.

Св-ва сплавов ЭИ437А и ЭИ437Б в большой степени зависят от режима термич. обработки — темп-ры закалки и старения. Закалка с 1080° с быстрым охлаждением воды обеспечивает умеренную прочность (аь = 65—70 кг/мм2) и высокую пластичность (6 и г|?^=45). В таком состоянии сплавы применяются при изготовлении свариваемых элементов конструкций, к-рые после сварки подвергаются старению. В состаренном состоянии сплавы имеют более высокие прочность и твердость, но пониж. пластичность и ударную вязкость.

Сплавы ЭИ437А и ЭИ437Б обладают незначит. чувствительностью к надрезу, высоким сопротивлением усталости и высоким сопротивлением окислению. Закалка при 1080° с нагревом ок. 8 час. изменяет хим. сост. сплава ЭИ437Б в поверхностных слоях, обедняет их хромом, титаном и алюминием. Поэтому при изготовлении лопаток газовых турбин обедненный слой следует удалять механич. способом или сиец. травлением, включая электролитич. кислотное травление на определенную глубину.

Наиболее высокие жаропрочные и эксплуатац. свойства сплавы ЭИ437А и ЭИ437Б имеют при наличии равномерных зерен диаметром 0,5—1 мм. Разнозернистость сплавов отрицательно сказывается на эксплуатац. стойкости деталей, а также на длит, жаропрочности. Для устранения разнозернистости необходимо строгое соблюдение режимов ковки и штамповки.

Сплавы ЭИ617 и ЭИ598 обладают более высокими хар-ками жаропрочности, чем сплав ЭИ437Б. Они обеспечивают 100-часовую стойкость при 800° и напряжении 25—28 кг/мм2, применяются для изготовления рабочих лопаток газотурбинных двигателей, работающих при 800—850°. Механически обработанные детали подвергают нагреву в атмосфере аргона в течение 2 час. при 950° и дополнит, старению в обычной воздушной среде в течение 8 час. при 800°, после этого они становятся нечувствительными и к надрезу, особенно при 700°. Более высокие жаропрочные св-ва и сопротивление усталости сплав ЭИ617 имеет при повыш. содержании бора (0,01%). Упрочнение сплава ЭИ617 осуществляется за счет образования интерметаллидной у'~фазы, боридной фазы У типа (Мо, Gr, W, Ni)5B4. Кроме того, в карбидном осадке обнаруживаются фазы типа TiC и Ме23Св.

Сплав ЭИ445 предназначен для рабочих лопаток газовых турбин со сроком службы до 1000 час. при 770—850°.

Сплав ЭИ826, являющийся модификацией сплава ЭИ617, обеспечивает 100-часовую стойкость при 900° и напряжении 15 кг/мм2. Применяется для изготовления рабочих лопаток газотурбинных двигателей.

Сплав ЭИ929 обеспечивает 100-часовую стойкость при 900° и напряжен пи 22 кг/мм2.

Высокие жаропрочные св-ва сплаву придает большое содержание алюминия и присутствие кобальта. Обработка давлением сплава неск. затруднена на первом этане деформации слитка—до получения соответствующей кристаллич. структуры. Применяется для изготовления рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Сплав имеет хорошее сочетание прочности и пластичности, обладает более высокими жаропрочными св-вами, чем сплавы ЭИ617 и ЭИ826 и зарубежные сплавы нимоник 95, нимоник 100, инко 700. Он—один из лучших никелевых сплавов. Повышение содержания углерода до 0,1% улучшает сопротивление усталости при высоких темп-рах (700—800°) и сообщает ему более мелкозернистую структуру после термич. обработки.

Более высокое содержание алюминия и высокая жаропрочность делают горячую обработку сплава более сложной, чем сплавов ЭИ617, ЭИ437Б; при штамповке деталей применяется большее число переходных штампов, нагрев перед штамповкой до 1200°, конец штамповки при 1050°. Сплав ЭИ367 так же как и сплав Э11929, значительно обедняется рядом легируюших элементов (А1, Сг) в поверхностных слоях.

Сплав Э11867 является сложнолегированным сплавом с присадкой алюминия в качестве упрочняющего элемента. Упрочнение этого сплава осуществляется за счет интерметал- лидной фазы NiaAl. По длит, прочности сплав неск. уступает сплаву ЭИ929. При температурах до 800° обладает достаточно высокими пластич. свойствами, при 800—850° пластичность наименьшая. Выше 850—900° разупрочнение сплава невелико, что позволяет применять его даже при 950°.

В процессе освоения деформируемых жаропрочных никелевых сплавов установлено, что наклеп от механической обработки или обработки давлением оказывает отрицательное влияние на характеристики жаропрочности и эксплуатационные свойства сплавов ЭИ437А и ЭИ437Б, ЭИ617, ЭИ867.  

При испытании образцов с поверхностным наклепом на длит, лрочность, термич. стойкость и усталость в поверхностном слое задолго до окончательного разрушения появляются трещины, количество к-рых возрастает с увеличением наклепа. Аналогичные трещины имеют место в эксплуатации по местам неудаленного наклепа и в нек-рых случаях являются причиной преждевременного выхода лопаток из строя. В целях устранения вредного влияния остаточных напряжений в результате наклепа и повышения эксплуатационной стойкости рекомендуется применять к механически обработанным деталям след. режимы термич. обработки. Для сплавов ЭИ437А и ЭИ437Б: нагрев в течение 2 час. при 850° в среде аргона и старение в течение 16 час. при 700°, охлаждение на воздухе; для сплава ЭИ617: нагрев в аргоне в течение 2 час. при 950°, охлаждение вместе с контейнером, старение в течение 8 час. при 800°, охлаждение на воздухе; для сплава ЭИ867: нагрев в течение 2 час. при 950° в среде аргона и охлаждение на воздухе; для сплава ЭИ929: нагрев в течение 1 час. при 950° в среде аргона или азота, охлаждение с контейнером (режим окончательно не установлен).

Лит.: Химушин Ф. Ф., Легирование, термическая обработка и свойства жаропрочных сталей и сплавов, М., 1962; его же, Жаропрочные газотурбинные стали и сплавы, в кн.: Современные сплавы и их термическая обработка, М., 1958; Химушин Ф. Ф., Трусов а Е.Ф., Гаврилюк М. И., Структура и свойства сплава ЭИ437, М., 1955; Придан цев М. В.,3 с т у л и н Г. В., «Сталь», 1957, № 7; Бокштейн С. 3., КишкинС. Т., Мороз Л. М., Исследование строения металлов методом радиоактивных изотопов, М., 1959; Блок Н. И. [и др.], «ЗЛ», 1954, № 8; Кишкин С. Т., Сулима А. М., Строганов В. П., Исследования влияния наклепа на механические свойства и структуру сплава ЭИ437А, М., 1956; Каган Д. Я., Колчинский В. Н., «металловедение и термическая обработка металлов», 1959, № 8, с. 52; Б е т т е р и д ж У., Жаропрочные сплавы типа нимоник, пер. с англ., М., 1961; Та vl or A., Floyd R., «J. Inst. Metals», 1952, v. 80, pt. 1, p. 25, pt. 2, p. 557.

  Медные сплавы. Медно-никелевые сплавы. Мельхиор. Нейзильбер

  Цветные металлы и сплавы. Никель и никелевые сплавы. Титановые сплавы

  ЛЕНТА НИКЕЛЕВАЯ сплавы - никелевая лента НПО, НП1, НП2 НПЗ и НП4 с ...

  КОРРОЗИЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ. Никель и никелевые сплавы. Монель ...

  ЛИСТ НИКЕЛЕВЫЙ сплавы. Листы из никелевых сплавов