Никелевых жаропрочных

/ — алюминиевые сплавы; 2 — титановые сплавы; 3 — ферритные сплавы с 1,25% Сг и 0,5% Мо; 4 — аустенитные стали; 5 — аустенитные стали с карбидным упрочнением; б — ауствкитные стали с интерметаллидным упрочнением; 7 — деформированные никелевые жаропроч ные сплавы; 8 — литые никелевые жаропрочные сплав!* 9 — молибденовые сплавы

Обычные алюминиевые сплавы используют при температурах до 200° С. Композиционные материалы с алюминиевой матрицей, армированной углеродными и борными волокнами, можно применять для работы при температурах до 450° С. Традиционные никелевые жаропрочные сплавы используют при температурах до 1050° С. В этом случае коэффициент относительной жаропрочности Граб/Гщ, будет равен 0,76ТПЛ. Композиционные материалы волокнистого строения, т. е. армированные вольфрамовыми волокнами, а также никелевые и кобальтовые эвтектические сплавы, которые армированы нитевидными кристаллами игольчатой или пластинчатой формулы, могут работать до температуры 1150° С, т. е. 0,8ГПЛ. Уровень максимальных работ температур дисперсноупроч-ненных никелевых сплавов составляет 1200—1300° С, или 0,9Г„Л [81 ]. Достижение такого высокого уровня рабочих температур никелевых сплавов оказывается возможным, во-первых, при ус-

деформируемые никелевые жаропрочные сплавы с интерметал-лидным упрочнением—ЗИ437А, ХН77ТЮР(ЭИ437Б), ХН70ВМТЮ (ЭИ617), ЭИ826, ЭИ867, ЭП109, ЭИ929, ЖС6КП;

снижает. Существенное влияние на сопротивление У. оказывает качество механич. обработки поверхности, оно тем выше, чем более однородным и прочным является металл. Наклеп, остаточные напряжения, термич. воздействия, возникающие при обработке точением, фрезерованием и шлифовкой, в сочетании с образуемым при этом микрорельефом могут уменьшать на порядки числа циклов, необходимые для усталостного разрушения, на десятки процентов пределы усталости и заметно увеличивать рассеяние. Особенно чувствительными в этом отношении являются высокопрочные стали, титановые сплавы и никелевые жаропрочные стали; для ослабления влияния механической обработки на их усталостные свойства используются отделочные процессы, дающие высокое качество поверхности и снижающие остаточные напряжения (полирование, гидрохонинг, виброгалтовка).

------никелевые жаропрочные 2—306

Никелевые жаропрочные сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами: невысокой жидкотекучестью и небольшой усадкой (2 ... 2,5 %). Кроме того, сплавы, содержащие титан и алюминий, склонны к образованию оксидных плен, а также активно взаимодействуют с газами печной атмосферы (в никелевых сплавах при температуре 1600 °С растворяется до 0,5 % кислорода и до 43 см3/100 г металла водорода), что приводит к газовой пористости при кристаллизации отливок.

лотый магнезит со стеклом и другие компоненты. Расход флюса составляет 5 ... 10 % от массы расплава, толщина слоя флюса, покрывающего зеркало ванны, должна быть 10 ... 15 мм. Раскисление никелевых сплавов проводят порошком алюминия (2 кг/т) или марганцем и титаном. Растворенные газы (в основном водород) удаляют продувкой расплава инертными газами (аргоном или гелием) и другими способами. Для повышения уровня эксплуатационных свойств никелевые жаропрочные сплавы модифицируют бором (0,01 ... 0,03 %) и цирконием (0,03... 0,1%).

Никелевые жаропрочные сплавы широко используются при изготовлении отливок для авиационной, ракетной техники и для других отраслей машиностроения. Из этих сплавов изготовляют лопатки газовых турбин, работающих при 800 ... 1200 °С и более, лопатки сопловых аппаратов, камер сгорания, сопел и корпусов двигателей и другие жаропрочные изделия летательных аппаратов.

— никелевые: жаропрочные 212, 216, 218, 219; жаростойкие 212, 215, 217; магнитные 214, 217, 219; с молибденом и железом 214

Никелевые жаропрочные сплавы отличаются от аустенитных сталей более высокими механическими свойствами при комнатной температуре. Сплав ЭИ437А обладает, например, следующими показателями: ат > 60 кГ/мм*; ов > 100 кГ/мм2; б5 > 25%; ij; > > 28%; ак >8 кГ-м/см* [16, 17].

Одна из таких особенностей — несоразмерно малая жаропрочность титана при сравнении, например, с никелем. Температура плавления никеля 1455° С, а титана 1668° С. Никелевые жаропрочные сплавы могут работать при температурах до 900—1000° С, в то время как для титановых жаропрочных сплавов температура применения ограничивается пока 450—600° С.

Состав дисперсионно твердеющих никелевых жаропрочных сплавов (нимоник), % (ГОСТ 5632—72)

Основные жаропрочные свойства некоторых никелевых жаропрочных сплавов приведены также в табл. 78 и рис. 354.

Таблица 78 Жаропрочные свойства некоторых никелевых жаропрочных сплавов

Кроме высоких коррозионных свойств, сплавы хастеллой обладают и высокими механическими свойствами (ств>90 кгс/мм2, .о"о,2>40 кгс/мм2) при высокой пластичности, что делает их ценным конструкционным материалом. Ешс более высокие механические свойства (ств«120 кгс/мм2) можно получить термической обработкой, аналогично той, которую применяют для никелевых жаропрочных сплавов: закалка+старение при 800°С. Однако максимальное упрочнение соответствует минимуму коррозионной стойкости, поэтому упрочняющая термическая обработка рекомендуется не всегда.

металла на качество лопаток из никелевых жаропрочных сплавов приведено в табл. 47.

Независимо от частоты питающего тока принцип работы всех индукционных тигельных печей основан на индуктировании электромагнитной энергии в нагреваемом металле (токи Фуко) и превращении ее в тепловую. При плавке в металлических или огнеупорных тиглях, изготовленных из электропроводных материалов, тепловая энергия передается к нагреваемому металлу также стенками тигля. Индукционные тигельные печи применяют для плавки алюминиевых, магниевых, медных, никелевых жаропрочных сплавов, а также сталей и чугунов.

26. Механические свойства некоторых литых никелевых жаропрочных сплавов при повышенных температурах

замены никелевых жаропрочных сплавов (нимоников) в качестве материала лопаток газовых турбин в зоне высоких температур и тепловых потоков реактивного двигателя. Такую замену можно было бы осуществить, применив композит с повышенным сопротивлением ползучести при существующем уровне рабочих температур. Однако более заманчива перспектива получения эквивалентных свойств материала при температурах на 200—300 К выше существующих, что позволило бы значительно увеличить мощность двигателя. Именно при таких высоких температурах важным фактором становится совместимость упрочнителя и матрицы, т. е. их способность нести нагрузку без разрушения композита за счет взаимодействия.

Результаты, приведенные в табл. 19, 20, свидетельствуют о существенном повышении длительной прочности никелевых жаропрочных сплавов в результате армирования их вольфрамовой проволокой.

В процессе плавки Н. сильно поглощает-восстановит, газы, к-рые даже при их не-значит. содержании вызывают хрупкость металла при горячей обработке. Установлено, что 100 г Н. при темп-ре 1500° поглощают до 500 см3 газов, из к-рых 90%. приходится на окись углерода, 2,3% — на углекислый газ, 3,5% — на водород и. 4,2% —на азот. Скопление окиси углерода и водорода вызывает растрескивание Н. при горячей обработке давлением. При: выплавке никелевых жаропрочных сплавов также происходит энергичное поглощение кислорода, азота и водорода. Часть этих газов адсорбируется и, выделяясь при застывании металла, ухудшает последующую горячую обработку давлением;

другая чаеть, вступая в реакцию с Сг, Ti, А1 и др. элементами, находящимися в жаропрочном сплаве, образует окислы, нитриды, карбонитриды, к-рые также отрицательно влияют на горячую обработку давлением и на пластич. св-ва сплавов при высоких темп-pax, а также на эксплуатац. стойкости деталей. Поэтому в последнее время выплавку никелевых жаропрочных сплавов производят в вакууме в индукционных высокочастотных печах, дуговых печах с расходуемым электродом; в ряде случаев производят дегазацию выплавленного в обычной печи металла, применяя вакуумирование при его разливке. Кислород и азот в результате взаимодействия с расплавленным металлом образуют труднорастворимые тугоплавкие окислы, к-рые состоят в основном из окислов алюминия, хрома, титана. Эти окислы при застывании металла обволакивают кристаллы и являются причиной пленистости и ухудшения механич. и технологич. св-в. Кроме того, азот образует нитридные или карбо-нитридные тугоплавкие включения, к-рые уменьшают пластичность сплава.