Химический состав, марки сплавов. Назначение, условия работы. Обосновать параметры термической обработки и структурные изменения после нее

жаропрочных аустенитных сталях с интерметаллидным упрочнением при повышенных температурах.[3]

Аустенитные жаропрочные стали со структурой твердых растворов предназначенные для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого давления, работающих при 600-700 ^ОС, применяют в закаленном состоянии. Закалку проводят от 1100-1160 ^оС в воде или на воздухе. После закалки стали приобретают умеренную прочность и высокую пластичность (σ₁₀₀ = 250+260 МПа при 700 ⁰С).[1]

Определенный интерес представляют стали ЭИ696А и ЭИ696, предназначенные для изготовления деталей, работающих до 750⁰С, а иногда и до более высоких температур (800⁰ С), таких как сварные узлы, лопатки и диски газовых турбин. При содержании около 20% Ni в этих сталях находится примерно 3-4 % упрочняющей γ’-фазы, т. е. интерметаллида Ni_з(Al, Ti) с г. ц. к. решеткой, который обеспечивает средние прочностные и высокие пластические свойства при повышенных температурах.

Сталь ЭИ696А с пониженным содержанием титана (2,5%) и алюминия (0,5%) содержит минимальное количество упрочнителей Ni_з(Al, Ti), имеет высокие пластические свойства и поэтому способна к сварке. Наоборот, сталь ЭИ696М (до 1,6 % молибдена, 2,9 % титана, 0,8% алюминия и 23% никеля) содержит 4,5-5,5% упрочняющей γ’-фазы, которая обеспечивает более высокие прочностные свойства, но более низкую пластичность. Поэтому сталь ЭИ696М хуже сваривается, чем менее легированная сталь ЭИ696А.[3]

Обосновать параметры термической обработки и структурные изменения после нее.

Для достижения высокой жаропрочности аустенитные стали с интерметаллидным упрочнением подвергают термической обработке, состоящей из двух последовательных операций, приведенных ниже.

1. Закалка от 1050-1200 ⁰С в воде, масле или на воздухе. Такую закалку проводят для растворения карбидных и интерметаллидных фаз в твердом растворе (аустените) и получения после охлаждения высоколегированного твердого раствора.

2. Старение при 600-850 ⁰С. Оно предназначено для выделения дисперсных фаз из твердого раствора, упрочняющих сталь. Температура старения не должна вызывать заметной коагуляции избыточных фаз.

С увеличением легированности сплавов элементами, тормозящими процессы диффузии, температура старения возрастает. Для максимального и равномерного выделения интерметаллидных фаз иногда применяют ступенчатое старение, например, двойное: сначала при более высокой температуре, а затем при более низкой (или наоборот).[1]

Таблица 2. Режимы термической обработки и механические свойства жаропрочных сталей с интерметаллидным упрочнением

[2]

Сплав ХН35ВТЮ для достижения высокой жаропрочности подвергают двойной закалке. Цель первой закалки – получить зерно определенного размера и перевести избыточную γ’ – фазу в твердый раствор. Охлаждение при закалке сплава проводят на воздухе, во время которого частично выделяется γ’- фаза. При температуре второй закалки (1050⁰С)   небольшая часть фазы γ’ остается нерастворенной, а кроме того, остаются карбиды хрома, причем частицы этих фаз укрупняются. При охлаждении на воздухе при повторной закалке и последующем старении γ’- фаза выделяется в виде дисперсных включений размером 200-500. В результате этих структурных изменений упрочненный сплав наряду с дисперсными включениями содержит в структуре и определенное количество более крупных выделений. Такая структура обеспечивает более высокую прочность и необходимый запас пластичности. После однократной закалки прочность и жаропрочность будут несколько