ж) технологические характеристики (горячая пластичность слитков, штампуемость, обрабатываемость резанием, гибка, шлифуемость, жидкотекучесть, устойчивость против термических трещин и термоциклирования и др.) должны обеспечивать возможность изготовления полуфабрикатов и изделий на современном оборудовании.
Необходимость получения комплекса свойств жаропрочных сталей и сплавов требует принятия компромиссных решений. Так, при повышенных температурах сопротивление ползучести и длительная прочность выше у сплавов с крупным зерном. Однако крупное зерно снижает пластичность сплава и сопротивление циклическим нагрузкам и сопротивление разрушению. Величина зерна оказывает большое влияние на структуру сплава и, как следствие этого, на склонность его к хрупкому разрушению. Чем крупнее зерно, тем меньше протяженность границ, по которым выделяется карбидная фаза, но увеличивается вероятность образования по границам зерен сплошной карбидной сетки, охрупчивающей сплав.
В то же время выделение карбидов по границам зерен приводит к повышению растворимости элементов в приграничной зоне твердого раствора, которая, будучи свободной от выделений, способствует релаксации напряжений и уменьшает вероятность зарождения пограничных трещин. Как правило, на основе длительных поисков подбирается такой режим термической обработки, при котором формируется структура, обеспечивающая оптимальный комплекс свойств.
Жаропрочные сплавы на основе никеля.
Чистый никель имеет низкую длительную прочность порядка 40 МПа при 800°С, 100 ч и низкую стойкость к газовой коррозии при высоких температурах. Основные жаропрочные свойства никелевых сплавов достигаются в результате комплексного легирования. Структура таких сплавов является многофазной, и это позволяет сочетать в них самые разнообразные свойства, отвечающие требованиям современного машиностроения. Химический состав и свойства некоторых никелевых сплавов приведены в табл. 30.43.
Легирующие элементы, вводимые в жаропрочные сплавы на никелевой основе, можно разделить на несколько групп.
Группа 1. К ней относятся элементы, упрочняющие γ-твердый раствор на основе никеля: хром, кобальт, молибден, вольфрам, ванадий, гафний. Помимо упрочнения твердого раствора, хром играет активную роль в защите сплавов от окисления; молибден, вольфрам, ванадий образуют в сочетании с хромом различные карбидные фазы типа Ме7С3, Ме23С6 и Ме6С.
Группа 2. К ней относятся алюминий, титан, ниобий и тантал. Эти элементы не только упрочняют твердый раствор, но и образуют с никелем интерметаллидное соединение часто сложного состава, например (Ni,Co)3 (Al, Тi, Nb, Та); помимо интерметаллидной фазы, карбидообразующие элементы этой группы образуют карбиды типа МеС. Алюминий так же, как и хром, образует защитные окисные пленки, что также повышает, окалиностойкость сплавов.
Группа 3. К ней можно отнести углерод, бор, цирконий и элементы из группы лантанидов — лантан, церий, неодим и др., которые вводятся в малых количествах—10-1 и 10-2 %. Элементы вводят для образования фаз внедрения, упрочнения границ зерен за счет образования сегрегации по границам зерен и специальных фаз. Кроме того, эти элемента обеспечивают рафинирование металла от вредных примесей и влияют на кинетику фазовых превращений, изменяя морфологию выделяющихся фаз.
Элементы первой группы влияют на упрочнение сплавов в результате изменения электронной структуры твердого раствора. Это в свою очередь понижает энергию дефектов упаковки, снижает диффузионную подвижность атомов, вызывает локальные изменения электронной структуры вблизи атомов растворенных элементов.
Учет влияния электронной структуры для прогнозирования фазового состава и прочности сложных сплавов базируется на представлениях Л. Полинга об электронных дырках. Легирование изменяет электронную структуру основы, влияя на ее свойства, и создает предпосылки для образования определенных фаз. Оказалось, что эффект упрочнения, связанный с одинаковой величиной упругих искажений, тем выше, чем больше разность валентностей растворителя и растворенного элемента. Это подтверждает большое значение изменения электронного строения сплавов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.