Жаропрочные сплавы на основе никеля и

Тугоплавких металлов.

 

Детали и установки, работающие при температурах выше 700°С, изготовляют из сплавов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов.

Сплавы на основе никеля (содержащие более 55 % Ni) по жаропрочным свойствам превосходят лучшие жаропрочные стали. Их рабочие температуры составляют 800—1000°С. Примерно такими же, а иногда и несколько более высокими свойствами обладают сплавы на кобальтовой основе. Никелевые, а также кобальтовые сплавы имеют не только высокую жаропрочность, но и высокую жаростойкость.

 

Жаропрочные сплавы на основе никеля .

Никелевые сплавы используют в деформированном и литом состоянии. Преимущественно их применяют в деформированном виде. По структуре эти сплавы разделяют на гомогенные (нихромы, инконели) и гетерогенные (нимо-ники). Общим для всех сплавов на основе никеля является минимальное содержание углерода (0,06—0,12 %).

Нихромы. Это сплавы, основой которых является никель, а основным легирующим элементом — хром (ХН60Ю, ХН78Т).

Нихромы не обладают высокой жаропрочностью, но они очень жаростойки. Поэтому их применяют для ненагруженных деталей, работающих в окислительных средах, в том числе и для нагревательных элементов.

Нимоники. В состав этих сплавов, кроме хрома, добавляют титан, алюминий, молибден, вольфрам и т. д. При термической обработке они образуют с никелем (кобальтом, хромом) дисперсные интерметаллидные фазы типа (Ni, Со, Сг)₃Тi, (Ni, Со, Сг)₃А1, упрочняя нимоники. Состав некоторых дисперснотвердеющих сплавов приведен в табл. 14 (ГОСТ 5632—72). Типичная термическая обработка их—закалка с 1050—1100°С на воздухе, отпуск — старение при 600—800 °С, 12—16 ч.

Кобальтовые сплавы. Применяют редко вследствие большой дефицитности кобальта, хотя они по свойствам лучше сплавов на основе никеля. Сплав ЭИ416 содержит: 0,35—0,45 % С; 18—21 % Сг; 3,5—4,8 % Мо; 3,8— 5,8 % W. Сплав ЛК4 (виталлиум) содержит 0,20—0,35 % С; 25—30 % Сг; 1,5— 3,5 % Ni и 4,5—6,5 % Мо. Из этого сплава детали изготавливают прецизионными методами литья. Его применяют для лопаток соплового аппарата реактивных двигателей. Кобальтовые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость и хорошее сопротивление истиранию.

 

Жаропрочные сплавы на основе тугоплавких металлов

К тугоплавким металлам относятся вольфрам, рений, тантал, молибден, ниобий. Некоторые их свойства приведены в табл. 15. Сплавы на основе этих металлов обладают максимальной жаропрочностью до 2500^oС.

Таблица 14, Химический состав, %, диспервионнетвердеющих никелевых жаропрочных еплавев (нимоник)

Марка	Сг	Тi	А1	Прочие элементы
ХН77ТЮ	19—22	2,3—2,7	0,55—0,95	<0,01 Се
ХН77ТЮР	19—22	2,4-2,8	0,60—1,00	<0,01 В
ХН70МВТЮБ *1	16-19	1,9—2,8	1,0-1.7	2,0—3,5 W; 0,01 В;0,02 Се
ХН55ВМТФКЮ *1	9—12	1,4-2,0	3,6—4,5	4,5—6,5 W,12— 16 Со; 0,02 В
Нимоник 90	18—21	2,0—2,8	0,8—1,2	15—21 Со
Нимоник 100 *2	10—12	1—2	4—6	18— 22 Со; 2,0 Fe

*¹Содержит 4—6 % Мо

*² Содержит 4,5—5.5% Мо.

Таблица 15. Свойства тугоплавких металлов

Металл	tпл, оС	tрекр, оС	плотность г/см3	Металл	tпл, оС	tрекр, оС	плоность г/см3
V		~1500	19,3	Мо			10,2
Ке			21,0	Nb			8,6
Та			16,2

Молибден и его сплавы. Сплавы на основе молибдена применяют более часто по сравнению с другими тугоплавкими сплавами. В качестве легирующих добавок для повышения температур рекристаллизации в них вводят титан, цирконий, ниобий. Получены опытные сплавы с добавлением рения до 30— 50%.

Сплав ВМ1 содержит ≤0,25 % Zг; ~0,4 % Тi. Сплав ВМ2 легирован цирконием 0,2—0,4 %. Свойства этого сплава при различных температурах следующие:

t, оС	—70
σв, МПа
δ, %

Обладая высокой жаропрочностью, молибден и его сплавы заметно окисляются, начиная с 450 °С. Поэтому необходима их защита от окисления. Основной способ защиты — силицирование. На поверхности сплавов образуется слой МоSi₂ толщиной 0,03—0,04 мм. Этот слой полностью защищает сплав от окисления при 1100—1200 °С. При 1700 °С силицированные детали могут работать до 30 ч.

Вольфрам и его сплавы. Вольфрам — наиболее тугоплавкий металл. Его используют в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах различного назначения:

· в композитных материалах (медь + волокно вольфрама, σ_в= 1500…2000 МПа; Е = 4000 ГПа),

· в электротехнике и электронике (нити накала, эмиттеры, нагреватели в вакуумных приборах и т. п.).

· эрозионные вставки в критические сечения сопел двигателей и т. д.

В качестве легирующих элементов к вольфраму добавляют 0,25—0,4 % Мо; 1,5—12 % Та; 3—35 % Rе. Сплавы вольфрама с рением сохраняют пластичность до —196°С.

Наибольшее повышение жаропрочности вольфрамовые сплавы приобретают при добавлении 1—2 % ТhО₂|.

 

В табл. 16 приведены составы и свойства некоторых из них.

Наиболее простым по составу магнитномягким материалом является чистое железо. Чем меньшее количество примесей в нем содержится, тем выше магнитная проницаемость. Недостатком является низкое электросопротивление. Наклеп, увеличивая коэр­цитивную силу, снижает магнитную проницаемость. Поэтому железо и кремнистые стали всех марок используют в отожженном состоянии.

Материал	Марка	Химический состав *, %	Магнитная прони­цаемость Гс/Э	вз Тл	А/м
началь­ная	максималь­ная
Техниче-	э				18,9
ски чистое	ЭА	—	—
железо	ЭАА	<0,1 С			—
Электроли-	—	<0,\С			19,8	28,5
тическое
железо
Электро-	Э31 \	<0,1С			17,1
техническая	Э310 /	3,351	1 000		17,1	9,6
кремнистая сталь	Э41 1 Э45 /	<0,1С 4,3 §1,	300 600	6000 10000	17,1	—36 20
		0,1 С
Пермендюр	—	50 Со,	1 100		21,42
		1,8У
Низколеги-	45Н	45 N1	1 700—	16 000—	13,5	16—24
рованный
пермаллой
Высоколе-	79Н	78,5 N1	^12 000	100 000	123,3
гированный	79НМ	79,5 N1,	14000—	60000—	6,7	1,6-4,8
пермаллой		3,8 Мо		120 000
Алсифер	—	9,65!,	35 100	> 117 000	9,9	1,76
		5,4 А1

Сплав вольфрама с 5—10 % Ее и 1—2 % ТЮ2 имеет а^800^ л; 150 МПа.

Как и сплавы молибдена, сплавы вольфрама не обладают жаростойкостью при температуре выше 500 °С. Пленки оксидов, образующиеся на поверхности этих сплавов, более чем в три раза превышают объем металлов, поэтому они ра­стрескиваются и отслаиваются.

 

16. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ