Коррозионностойкие никелевые сплавы
К никелевым сплавам с повышенной коррозионной стойкостью относятся сплавы Ni-Fe-Mo и Ni-Cr-Mo-Fe (типа хастеллой), содержащие не более 0,10-0,12% С. Эти сплавы имеют в основном структуру однородных твердых растворов, обладают высокой коррозионной стойкостью и применяются главным образом для изготовления химической аппаратуры, деталей авиационных двигателей и др. Кроме того, коррозионностойкие никелевые сплавы хорошо свариваются, имеют сравнительно высокую прочность и пластичность в сварных соединениях и рекомендуются в качестве присадочного материала для сварки других сплавов. По механическим свойствам сплавы типа хастеллой близки к жаростойким, никелевым сплавам.
Жаропрочные никелевые сплавы
Основную группу никелевых сплавов составляют жаропрочные сплавы с высокими пределами длительной прочности и ползучести при температуре 800°С и выше. Большую роль в развитии этих сплавов сыграли сплавы Ni-Cr-Ti, содержащие в различных количествах алюминий и другие легирующие элементы. В Англии, где эти сплавы были исследованы раньше, чем в других странах, жаропрочные никелевые сплавы получили название нимоников, в США — инконелей и др.
По мере увеличения в сплавах Ni-Cr содержания титана и алюминия возрастают их характеристики длительной жаропрочности, так как эти элементы, как видно из диаграмм состояний Ni-Al-Ti (см. рис.) и Ni-Cr-Al-Ti (см. рис. 70), образуют упрочняющие избыточные фазы h(Ni3Ti), g‘(Ni3Al) и Ni3(Al,Ti). Усложнение химического состава никелевого твердого тугоплавкими легирующими элементами, такими как вольфрам, кобальт, молибден и ниобий, при наличии достаточного количества упрочняющих фаз еще больше повышает жаропрочность никелевых сплавов.
|
|
|
Сплав ЭИ-437А (ХР77ТЮ, 20% Cr, 2,5% Ti, 0,7% Al, аналог нимоника 80) при 800° С примерно в четыре раза более жаропрочен, чем нелегированный никель. Структура этого сплава представляет сложный твердый раствор хрома, титана и алюминия в никеле, из которого при искусственном старении выделяется около 10% дисперсных частиц упрочняющей фазы Ni3(Al,Ti).
Повышение жаропрочности сплавов возможно в результате микролегирования сплава ЭИ437А О,01% В (сплав ЭИ437Б). Сотые доли процента бора повышают предел длительной прочности при 800°С до s100 = 200 МПа. Согласно современным представлениям, небольшие по размерам атомы бора [атомный радиус бора равен примерно 0,09 нм] образуют вокруг различных несовершенств кристаллического строения, главным образом на границах зерен и в приграничных областях, устойчивые атомные сегрегации или боридные фазы, которые упрочняют границы зерен твердого раствора и повышают жаропрочность сплава.
|
|
|
Легирование сплава ЭИ437А молибденом (4%) ведет к дальнейшему повышению предела длительной прочности при 800°С до s100 = 220-230 МПА(сплав ЭИ444). Одновременное введение в сплав вольфрама, молибдена и бора при увеличении содержания алюминия (сплав ЭИ617) повышает предел длительной прочности до s100 = 270 МПа.
В сложнолегированном никелевом сплаве ЭИ617, содержащем около 2% Al и 2% Ti, количество жаропрочной фазы - упрочнителя Ni3(Al,Ti) увеличивается до 16-20%. Как показывают исследования, она может растворять в себе вольфрам и молибден.
Наконец, самые высокие характеристики жаропрочности при 800°С (s100 = 450 МПа)имеют никелевые сплавы ЭИ929 (10% Cr, 1,7% Ti, 4% Al, 5% Mo, 5,5 %W, 14,5% Co, 0,02% B) и ЭИ867(10% Cr, 4% Al, 10% Mo, 5% W, 4,6% Co, 0,02% B). Характерная особенность химического состава этих сплавов заключается в том, что они содержат пониженное количество хрома (10%), что компенсируется повышенным содержанием алюминия, а также — кобальт, который не только повышает предел длительной прочности, но одновременно способствует сохранению на достаточно высоком уровне показателей пластичности сплавов в процессе длительной работы при высоких температурах. Особенно стабильны в процессе работы при высоких температурах (900° С) характеристики прочности и пластичности сплава ЭИ929. Основным упрочнителем сплава ЭИ867, не содержащего титан, является - g‘-фаза (Ni3А1), количество которой, как и в других сплавах, зависит от скорости охлаждения сплава при закалке. При охлаждении на воздухе с температуры закалки (1200—1220° С) выделяется около 27% упрочняющей фазы. Быстрое охлаждение сплава в воде с температуры закалки фиксирует лишь 15% упрочняющей фазы. Наиболее удачное, сочетание жаропрочности и пластичности сплав ЭИ867 имеет в том случае, когда после воздушной закалки следует старение при 950°С в течение 8 ч с последующим охлаждением на воздухе. Обычно высокотемпературную закалку сплавов проводят в инертной среде (аргон и т. д.), чтобы предотвратить обеднение поверхностных слоев изделий из этих сплавов алюминием и хромом.
|
|
|
Эффективное упрочнение при старении закаленных жаропрочных никелевых сплавов в результате выделения g‘-фазы достигается при соблюдении следующих условий: 1) объемная доля фазы-упрочнителя должна быть не менее 30%; 2) если объемная доля выделений составляет примерно 30—40%, то среднее расстояние между частицами упрочнителя должно быть равно примерно 50 нм. При выделении фаз-упрочнителей в большем количестве (до 40—50%) среднее расстояние между частицами уже не имеет существенного значения; 3) прочность частиц фаз-упрочнителей должна существенно превышать прочность распадающейся матрицы, которая одновременно должна сохранять достаточную пластичность; 4) наконец, между кристаллическими решетками матрицы и фазы-упрочнителя должно соблюдаться хорошее геометрическое соответствие; для обеспечения стабильности структуры сплава при высоких температурах разница в периодах решетки матрицы и фазы-упрочнителя должна быть не более 1 %.
|
|
|
Определенный интерес представляет американский сплав инконель Х-550, имеющий примерно те же показатели жаропрочности, что и нимоник 90, но содержащий вместо 18% Со только 0,9% Nb при более низком содержании алюминия. Наличие в этом сплаве значительного количества малоперспективного легирующего элемента железа, по-видимому, оправдано возможностью использования в качестве шихтового материала феррохрома. Инконель Х-550 обладает хорошей технологичностью при обработке давлением, легко сваривается и широко используется в качестве обшивочного листового материала в конструкциях ракет и сверхзвуковых самолетов.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 767; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!