Жаропрочный сплав: Жаропрочные сплавы | ВИАМ

Жаропрочные сплавы | ВИАМ



Жаропрочные сплавы | ВИАМ

Перейти к основному содержанию

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Отдел продаж:
+7(499) 263-85-20 общий
+7(499) 263-89-62 металлы
+7(499) 263-86-41 неметаллы

РУEN

Всего сплавов: 95

ВЖ172Л

Состав

Характеристики

Механические свойства

температура испытания, С	предел текучести, МПа	временное сопротивление, МПа	относительное удлинение, %	термическая обработка
20	800	1000	7. 0	—

Длительная прочность

Описание

Применение

Источники информации

Что такое жаропрочные сплавы, как получают и где применяют

Жаропрочные сплавы и стали отличаются высокой сопротивляемостью к пластической деформации. Это означают, что такие материалы выдерживают температурное воздействие и окислителей. Жаростойкие металлические сплавы используются для изготовления конструкционных элементов, которые эксплуатируются в сложных температурных условиях. Такие материалы отличаются механической прочностью, сопротивляемостью воздействию коррозийным процессам.

Компания КВАРТО поставляет слитки , прутки , полосы , плиты из термостойких сплавов:
40ХНЮ-ВИ ХН78Т, ХН70 ХН60, ХН70МВТЮБ , ХН50МВТЮБ , ХН60МВТЮБ , ХН65МВ (ЭП567), ХН65МВУ (ЭП760) (хастеллой), ЧС4-ВИ (03Н18К9М5ТЮ) и другие.

Терминология.

Жароустойчивость сплавов – это устойчивость к структурному разрушению при нахождении в газообразных агрессивных средах под действием температуры. Тут подразумевается способность выдерживать определенное время механическое и температурное воздействие. Жаропрочные металлические материалы деформируются до определенного предела, что не вызывает структурные разрушения.

Предел ползучести – это сочетание предела деформации, времени воздействия температуры и нагрузки. В отношении прочности действует соотношение степени напряжения к времени его действия. Так рассчитывается ее предельный показатель.  Длительная прочность жаростойких, жаропрочных сплавов – это устойчивость длительному температурному воздействию.

Ползучесть – это напряжения, которые действуют на материал постоянно, провоцирует непрерывную деформацию жаропрочных изделий из металла. Теплоустойчивостью материалов называют возможность их использования при температуре до 600 градусов по Цельсию.

Стандартизация.

Технологические определения для жаростойких и жаропрочных сталей, технические требования к ним содержатся в отраслевых стандартах ГОСТ. Тут содержится информация о химическом составе, физических свойствах материалов, а также требования к изделиям из них. Существует несколько отраслевых стандартов:

• ГОСТ 5582–75 жаростойких сталей и сплавов;

• ГОСТ 24982–81 для коррозиестойкого проката;

• ГОСТ 5632-72 жаропрочных сплавов;

• ГОСТ 23705–79 для кованых и горячекатаных прутков;

• ГОСТ 18143–72 жаростойких прутков и проволоки.

Это справочная информация жаропрочных сплавов, которая не только регламентирует требования к материалам, но и содержит рекомендации по возможным погрешностям. Это касается самих материалов (например, допустимый процент примесей в них), включая высоколегированные жаростойкие нержавеющие стали, но и сортамента, изделий, изготавливаемых из них.

Стандарты ГОСТ определяют, где используются марки жаропрочных сплавов.

В перечисленных выше нормативных документах указывается состояние поверхности сортамента (например, с окалиной или без). Кроме того, отраслевые стандарты регламентируют маркировку материалов и изделий из них в соответствии с химическим составом, физическими и механическими характеристиками. Также существуют международные стандарты. Они отличаются от ГОСТ терминологией, обозначениями, но выполняют такие же функции.

Сертификация.

Для подтверждения соответствия требованиям отраслевых стандартов проводится анализ характеристик жаростойкости, химического состава, физических свойств. Также исследуются параметры сортамента, его состояние и внешний вид. Для этого используется специальное оборудование и приспособления.

По их результатам выдается документ установленного образца, который называется сертификатом. Его наличие гарантирует, что изделия или сортамент обладает заявленной устойчивостью к высоким температурам или жаропрочностью, а также отвечает другим требованиям. При этом не существует единого стандарта, который позволяет рассчитывать эксплуатационный ресурс готовых изделий. Прогнозы основываются на характеристиках исходных материалах и фактическом состоянии деталей, сортамента (трубы, лента, пруток, плита), конструктивных элементов.

Температурная устойчивость материалов.

Изделия из жаростойкого металла эксплуатируется при высокой температуре, от 550 градусах по Цельсию в газовых средах. При этом должна нагрузка отсутствует или является слабой. Такие изделия характеризуются устойчивостью к коррозии. Жаропрочные стальные сплавы выдерживают высокую температуру в определенном промежутке времени. При этом они находятся в сложно-напряженном состоянии, характеризуются высоким сопротивлением коррозии при эксплуатации в газовых средах.

Жаропрочные стали появились в результате развития ракетной техники. Они использовались для производства элементов реактивных двигателей для самолетов. Их основой являются: алюминий, титан, железо, никель, медь, кобальт. Чаще всего используются жаропрочные нержавеющие сплавы на основе никеля. Они делятся на деформируемые, порошковые, литейные. Эти сложные жаропрочные литейные легированные сплавы выдерживают длительные динамические, статические нагрузки при воздействии температуры до 1100 градусов по Цельсию.

Наивысшая жаропрочность обеспечивается путем добавления тугоплавких материалов. Такие металлы трудо- и энергоемки в производстве, поэтому применяются в особых случаях. Они способны выдерживать до 3000 градусов по Цельсию.

Эксплуатационные, технологические свойства.

В жаростойких материалах из металла наибольшую ценность представляет способность сопротивляться коррозии, находясь в газообразной среде под воздействием температуры.

Но важны не только эксплуатационные свойства, но и технологические характеристики, которые определяют особенности производства изделий из жаропрочной нержавеющей стали и жаростойких сплавов. Это касается пластичности, которая позволяет обрабатывать материал под давлением после нагрева, а также литейных характеристик: текучести и пористости. Для сварки таких материалов используются высоколегированные соединения. Они также применяются для наплавки.

Классификация.

Материалы, выдерживающие высокую температурную и физическую классифицируются по нескольким системам. Но зачастую используется следующая:

• жаростойкие стали эксплуатируются при температуре до 1350 градусов по Цельсию. Сопротивляемость коррозии обеспечивается хромом. Его содержание может достигать 29%;

• жаропрочные материалы – способны выдерживать до 1100 градусов по Цельсию;

• теплостойкие – выдерживают до 600 градусов по Цельсию при условии отсутствия нагрузки.

Помимо эксплуатационных свойств, жаропрочные металлические сплавы классифицируются по технологии производства.

Специфика применения.

Из жаростойких сплавов изготавливаются элементы реактивных двигателей для авиации, а также газотурбинных установок:

• лопатки сопла;

• кольца;

• диски для турбин.

Также сложные жаропрочные литейные легированные сплавы используются при изготовлении металлургического оборудования. Это и присадки, которые используются при проведении сварочных работ. Из жаростойких марок сплавов металлов производится сортамент: лента, трубы, листы, полосы, пруток, нити и круги. Все это еще называют полуфабрикатом. Он широко применяется в различных отраслях, а также в хозяйстве. Изделия из таких материалов прочны, износостойки, практичны в эксплуатации.

Трубы, изготовленные из таких материалов, применяются для транспортировки горючих жидких и газообразных сред. Из них монтируются магистрали промышленного и бытового печного оборудования. Также сортамент применяется в производстве энергетических установок и авиационного оборудования.

Новый жаропрочный сплав для жидкостных ракетных двигателей

Автор: 

Александр Константинович Николаев, профессор, д. т. н.; e-mail: [email protected]

Успешное решение проблемы создания ракетного двигателя многократного применения во многом зависит от подбора соответствующих надежных и высококачественных материалов. Медным жаропрочным теплопроводным сплавам в этой связи отводится особая роль.

Развитие современной ракетной и космической техники, и в частности жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) требует значительного увеличения общего ресурса надежной работы его основной части — первой ступени. Надежная работоспособность ЖРД в течение нескольких часов открывает известную перспективу его многоразового использования. Решение такой важнейшей проблемы позволит успешно реализовать ряд народнохозяйственных экономических и технических задач как обороны страны, так и мирного исследования космоса, позволит создать новые более совершенные конструкции ракетной техники.

В этой связи особая роль отводится медным жаропрочным теплопроводным сплавам, так как из них изготавливаются все напряженные в тепловом отношении детали и элементы конструкций ракетного двигателя, которые во многом выполняются биметаллическими [1]. Таким образом, теплопроводность — основное свойство медных жаропрочных сплавов, но далеко не единственно требуемое. Большое значение имеют и механические свойства в интервале температур 20–600°С. Естественно также, что с увеличением общего ресурса работы двигателя существенно возрастут требования к показателям жаропрочности (длительная прочность, ползучесть и т. д.).

При этом необходимо учитывать, что биметаллические конструкции элементов двигателя должны практически бездефектно свариваться с нержавеющей сталью и, главное, паяться с ней высокотемпературным припоем по оребренной огневой стенке из медного жаропрочного сплава. Давление, которое испытывают материалы при работе двигателя, составляет много сотен атмосфер.

Необходимость выполнения паяных соединений требует от медного жаропрочного сплава не только воспринимать высокотемпературный припой, но, что самое главное, диктует необходимость нагрева сплава и его охлаждения по заранее заданной программе. Последнее значительно усложняет задачу разработки, что связано со специфическими особенностями сплавов этой группы. Все они относятся к особой группе так называемых дисперсионно твердеющих сплавов, которые упрочняются в результате строго определенных параметров термической обработки: закалки от предплавильной температуры с предельно возможной скоростью охлаждения и старения в течение нескольких часов в зависимости от температуры 440–500°С [2]. Как следует из особенностей реализации паяных соединений деталей конструкции ЖРД, они далеко не соответствуют оптимальной термообработке таких сплавов (см. ТУ 48–21–588–87 и ТУ 1844–435–74667731–2014).

Однако эффект дисперсионного твердения паяных конструкций из всех применяемых в ЖРД медных сплавов оставляет относительно слабое, но все же влияние на механические свойства (они почти в два раза превосходят свойства нелегированной меди в отожженном состоянии, оставляя теплопроводность на неожиданно высоком уровне).

Синтезируя новый сплав, решили назвать его «сплавом 50» в ознаменование пятидесятилетнего юбилея образования предприятия «ГДЛ-ОКБ», которое возглавил В. П. Глушко [1]. При этом было решено использовать более чем двадцатилетний опыт создания медных жаропрочных тепло- и электропроводных сплавов самого разнообразного назначения. За этот период времени были разработаны и внедрены в народное хозяйство кристаллизаторы полунепрерывного и непрерывного литья самого разнообразного назначения, монтажные и обмоточные проводники электрического тока, успешно используемые до сих пор в атомной промышленности, электроды контактной макро- и микросварки в машиностроении и электронике, троллейные провода на железнодорожном транспорте и Московской монорельсовой дороге, пружинящие контакты штепсельных разъемов ответственного назначения, различные пресс-формы и штампы литья под давлением и еще многие изделия, требующие необычного сочетания таких противоречивых свойств, как электро- и теплопроводность и жаропрочность.

Особо рассматривая и анализируя уже синтезированные к этому времени сплавы, используемые в паяно-сварных конструкциях ЖРД (БрХ, БрНХТ, БрНЦр, БрКоКрХ, БрХЦрТ двух составов), можно было бы обобщить и представить наработанное в следующем виде. Для сплавов, представляющих собой твердые растворы, жаропрочность определяется непосредственно прочностью межатомной связи. Легирующие элементы, повышающие прочность межатомной связи, которая может характеризоваться модулем упругости или температурой плавления, увеличивают и жаропрочность сплавов. К таким элементам относятся Ni, Co, Fe, V, Nb. Для большинства двойных сплавов на основе меди прочность межатомной связи понижается с увеличением концентрации легирующего элемента. Поэтому при значительном повышении рабочих температур (более 0,5 Тпл) максимум жаропрочности смещается в область разбавленных твердых растворов, которые по сравнению с концентрированными имеют более высокую тепло- и электропроводность.

Все легирующие элементы в той или иной степени повышают температуру начала рекристаллизации, которая характеризует способность сплава противостоять температурным воздействиям, т. е. свойство, с которым непосредственно связана жаропрочность. Малые добавки к меди легирующих элементов, имеющих высокую энергию связи с дефектами рекристаллизации как двойных, так и более сложных сплавов (Zr, Ti).

В сплавах, в основе которых лежат тройные или более сложные системы, необходимо обращать внимание на образование термически стойких и прочных соединений в результате химического взаимодействия легирующих элементов. Это позволяет обеспечивать высокую прочность и жаропрочность материала. При образовании химических соединений, не содержащих атомов металла-растворителя, значительно замедляются диффузионные процессы и связанное с ними растворение фаз- упрочнителей, их коагуляция с ростом температуры, а, следовательно, и разупрочнение. Примером этого являются сплавы систем Cu-Ni-Be, Cu-Co-Be, Cu-Ni-Al, Cu-Ni-P, Cu-Co-Si, Cu-Cr-Nb и др. Как правило, в таких системах при оптимальном соотношении легирующих элементов резко возрастает тепло- и электропроводность, что объясняется уменьшением растворимости компонентов в меди в твердом состоянии в результате их взаимного влияния. Жаропрочность сплавов можно значительно повысить, усложняя выделяющуюся в процессе старения фазу или вводя в состав сплавов небольшие добавки (как правило, не более сотых долей процента), позволяющие повысить температуру рекристаллизации или «отравить» вакансии и, следовательно, затормозить диффузионные процессы в сплаве. Такое модифицирование обычно замедляет старение и, возможно, несколько уменьшает прочностные свойства при комнатной температуре, но соответственно повышает жаропрочность. В этой связи следует отметить, что замедление диффузионных процессов в дисперсионно твердеющих сплавах этим или иным методом (снижение степени деформации, использование сплавов в литом состоянии, некоторое повышение температуры старения) приводит к качественно тому же результату — повышению жаропрочности.

Для изделий удлиненной эксплуатации в широком интервале температур (в том числе за пределами температур старения) наиболее эффективно применение многофазных сплавов. В них при кристаллизации и распаде пересыщенного твердого раствора образуются две или более мелкодисперсные фазы, одна из которых обеспечивает необходимый эффект старения, а другие, практически не растворяясь в основе и препятствуя росту зерен, — необходимую жаропрочность и малый темп разупрочнения при нагреве до температур выше температуры старения. К таким сплавам относятся сплавы систем Cu-Ni-Si-Cr и Cu-Co-Si-Cr, в которых фазами-упрочнителями соответственно являются Ni₂Si, Co₂Si, Co₃Si, Cr₃Co₅Si₂.

Пожалуй, для обоснования состава сплава, намеченного для решения поставленной проблемы, показанной выше, вполне достаточно, если не считать, что физические и механические свойства в широком температурном интервале эксплуатации изделий лимитированы еще и технологическими свойствами. Эти сплавы должны тем или иным способом сварки бездефектно свариваться между собой, а также с металлическими материалами иных основ. Это могут быть различные стали, в том числе нержавеющие, титановые, никелевые и другие сплавы.

В качестве присадочных материалов при сварке плавлением в тех случаях, где это требуется, используются специальные материалы на медной основе с повышенными сварочно-технологическими свойствами. Пайка теплообменников осуществляется медными или медносеребряными высокотемпературными припоями в течение 5–30 минут. Скорость охлаждения конструкции после пайки лимитируется их габаритами или габаритами контейнеров, где осуществляется, например, пайка в вакууме или атмосфере защитных газов. Она, как правило, сравнительно низкая и составляет в среднем 12–20°С/мин. в интервале критических температур (от температуры пайки, например 960–1000°С, до заданной контрольной температуры 600°С). Для нового сплава не противопоказан еще и отпуск при температуре 500–520°С в течение нескольких часов.

Синтезирование нового сплава не было связано с перебором легирующих компонентов, как это обычно бывает при определении состава такого сплава, о котором идет речь. За основу разработки был выбран самый прочный и жаропрочный сплав из тех, которые относились к группе сплавов, рекомендованных для паяносварных конструкций, — БрКоКрХ. Недостатком сплава была недостаточная для данного назначения теплопроводность. Было решено, последовательно ограничивая легирование сплава, оставлять при этом такое соотношение легирующих компонентов, которое обеспечивало бы свойства сплава, приближенные к желаемым. Однако все же хотелось определить все, на что способен новый сплав, и обязательно с учетом пределов легирования, необходимых для надежного воспроизводства сплава более или менее стабильного состава от плавки к плавке в условиях промышленного производства. Для этого было необходимо главным образом изменить морфологию выделений фаз Cr₃Si и Cr₃Co₅Si₂, уменьшить их размер, увеличить равномерность распределения и замедлить процесс их коагуляции. Подобное воздействие на фазу Co₂Si не имело сколько-нибудь заметного влияния на основные свойства, так как процесс старения не определяет в данном случае эксплуатационных свойств сплава данного назначения. Поэтому было решено исследовать влияние на сплав выбранной композиции (система медь-кобальт-кремний-хром) микродобавок поверхностно-активных элементов как одного из путей активного влияния на структуру сплавов [3–7]. При этом рассуждали следующим образом:
а) атомы малых добавок поверхностно-активных элементов, располагаясь в области межфазных границ, могут снижать различие между параметрами решеток фазы выделений и матрицы. При этом возрастают размеры частиц, для которых сохраняется когерентность между этими фазами;
б) можно замедлить диффузионные процессы в системе в результате взаимодействия атомов микродобавки с дефектами кристаллической структуры [3, 7];
в) изменение поверхностной энергии частиц может привести к изменению их формы;
г) за счет снижения скорости самодиффузии меди по границам зерен замедляется коагуляция частиц фазовых составляющих.

После испытаний образцов, прошедших обработку по режиму пайки, можно сделать вывод о том, что поверхностно-активные добавки к основному составу сплава практически не влияют на температурную зависимость теплопроводности. В зависимости от добавки теплопроводность сплава находится в пределах:

• при 20°С — 65–69% от теплопроводности меди;
• при 400°С — 82–84% от теплопроводности меди;
• при 525°С — 83–85% от теплопроводности меди;
• при 600°С — 79–82% от теплопроводности меди.

Влияние добавок на жаропрочность значительно более заметно (рис.  1 — [8]). Она увеличивается практически пропорционально убыванию величины обобщенного статистического момента атомов добавки m_c или возрастанию критерия ∆m = mpc – mgc, где mpc и mgc — обобщенные моменты атомов соответственно растворителя (меди) и добавки.

Рис. 1. Влияние малых добавок на время до разрушения образцов сплава в зависимости от величины обобщенного статистического момента атомов

Анализируя результаты этих исследований, а также оценивая стоимость и дефицитность добавок с учетом прогнозов на поведение жаропрочных сплавов при сварке и в промышленном металлургическом производстве, пришли к выводу о целесообразности дополнительного легирования композиции медь-кобальт-кремний-хром магнием.

Химический состав нового медного жаропрочного теплопроводного сплава № 50 приведен в табл. 1, а технические данные и технологические свойства — в табл.  2.

Таблица 2. Основные технические данные и технологические свойства сплава № 50 промышленного производства

Температура плавления, °С	1075
Плотность, кг/м3	8,9 × 103
Температура литья при полунепрерывном методе, °С	1260 – 1310
Температурный интервал деформирования, °С	при ковке 950 – 700; при прессовании 950 – 700; при прокатке 950 – 700
Режим термической обработки холоднокатаных листов	750 °С 1 час
Режим пайки издели	Нагрев до температуры 980 ± 10°С, выдержка 30 мин., охлаждение до температуры 600°С со скоростью 13 – 15°С в минуту, а затем до комнатной температуры на воздухе или в воде, потом следует отпуск при температуре 510°С – 2 часа.
Температура начала рекристаллизации (деформация 50%), °С	500
Холодная штамповка	Сплав хорошо штампуется в холодном состоянии при вытяжке до 30 – 40 %.
Штамповка сложных деталей переменного сечения	Производится в несколько переходов с промежуточными отжигами при температуре 750°С в течение одного часа.
Свариваемость	Способ сварки — аргоно-дуговая. Свариваемость со сталью удовлетворительная (проверена на технологической пробе). В качестве присадочного материала рекомендуется сплав БрНЦрТ.
Паяемость	Пайка серебряным припоем. Растекаемость припоя хорошая в вакууме — примерно 1×10–2 мм рт.cт.  При пайке со сталью или Cr-Ni сплавами рекомендуется паяемую поверхность сплава № 50 покрывать медью примерно 10–15 мкм или никелем толщиной примерно 5–7 мкм. Качество паяемых соединений хорошее (паяные швы плотные, эрозии основного металла не наблюдается). На технологических паяных пробах зафиксирована высокая прочность соединений. Сварка по месту пайки и по облуженному металлу не приводит к образованию трещин.

При пайке со сталью или Cr-Ni сплавами рекомендуется паяемую поверхность сплава № 50 покрывать медью примерно 10–15 мкм или никелем толщиной примерно 5–7 мкм. Качество паяемых соединений хорошее (паяные швы плотные, эрозии основного металла не наблюдается). На технологических паяных пробах зафиксирована высокая прочность соединений. Сварка по месту пайки и по облуженному металлу не приводит к образованию трещин.

Определены основные схемы промышленного производства листов из сплава (крупногабаритных горячекатаных листов и холоднокатаных отожженных листов обычного размера), прессования, волочения и термической обработки прутков. Естественно, что начало всему было положено с качественной и трудоемкой технологии плавки сплава № 50 и литья слитков. Учитывая довольно сложный состав сплава, его начали плавить в вакуумных печах различных конструкций и массы слитка, затем последовала плавка в открытой печи ИЛК-1,5 с полунепрерывным литьем слитка и электрошлаковый переплав (ЭШП) (расходуемой заготовкой в этом случае служил слиток открытой плавки). Такие же параметры, как температура нагрева слитков под прокатку и прессование, дробность деформации, суммарная степень деформации, параметры и режимы термообработки и некоторые другие могли быть приняты в соответствии с технологией производства полуфабрикатов из других низколегированных медных сплавов, например, из хромовой бронзы.

Далее следует привести краткий обзор важнейших свойств нового сплава, определяющих конструкционную работоспособность и эксплуатационную надежность новейшего изделия.

При изготовлении изделий, для которых разрабатывается сплав, зачастую применяется многократная штамповка с разовой холодной деформацией в 20% с промежуточными отжигами при 750°С в течение 1 часа каждый. Кроме обычных характеристик по диаграммам растяжения определяли равномерное удлинение и удлинение образца до образования шейки (табл. 3).

Результаты измерений показали, что режим термической обработки практически не влияет на величину модуля упругости. Величина модуля упругости горячекатаных образцов несколько выше, чем у термически обработанных (режимы пайки), что, по-видимому, определяется наличием текстуры деформации в исследуемых образцах (131520 МПа и 126420 МПа соответственно).

Длительная прочность — одно из основных требований к сплаву, необходимых потребителю. Поэтому испытания на длительную прочность в настоящей работе проводили наиболее тщательно. Для обработки полученных результатов использовали методы математической статистики. После термической обработки, имитирующей основную высокотемпературную пайку, среднее значение времени до разрушения образцов сплава № 50 составляет 468 мин (7 часов 48 минут).
Скорость ползучести сплава после того же режима пайки при температуре 600°С и напряжении 60 МПа составляет не более 14,6×10–5  %/мин.

Затем необходимо привести данные по зависимости свойств сплава № 50 в литом состоянии, что практически соответствует свойствам сварных соединений (табл.  4). Также уместно привести данные о влиянии температуры на механические свойства сплава (табл. 5).

В табл. 6 приведены некоторые определяющие работоспособность будущих изделий решающие свойства нового сплава в сравнении с наиболее широко применяемой до сих пор хромовой бронзой БрХ0,8. Сравнительные испытания проводились при заданных критических параметрах — рабочая температура 600°С и рабочая нагрузка 60 МПа (требования конструкторов).

Приведенные в статье основные свойства сплава № 50 являются вполне достаточными для довольно полного представления о новом совершенном материале для высококачественного изготовления огневых стенок камер сгорания и других ответственнейших деталей ЖРД. Наиболее подробно свойства этого сплава отражены в утвержденном ведущими отраслевыми предприятиями паспорте. Все это вместе с совершенной технологией промышленного производства полуфабрикатов обеспечивает существенно длительный ресурс эксплуатации изделий, их высокое качество и надежность.

Литература

1. Глушко В. П. Ракетные двигатели ГДЛ-ОКБ. М.: АПН, 1975. С. 56.
2. Николаев А. К. Дисперсионное твердение — эффективное направление синтеза конструкционных сплавов // РИТМ. 2011. № 3. С. 31–35.
3. Николаев А. К., Розенберг В. М. Сплавы для электродов контактной сварки. М.: Металлургия. 1978. С. 96.
4. Розенберг В. М., Николаев А. К. Совершенствование технологии производства полуфабрикатов из цветных металлов и сплавов. Научные труды института «Гипроцветметобработка». Вып. 50, М.: Металлургия. 1977. С. 50–67.
5. Архаров В. И. и другие. Ф. Х.М. М. АН СССР, 1972 г. № 5, С. 3–9.
6. Новиков И. И. Теория термической обработки. М.: Металлургия. 1978. С. 392.
7. Шевакин Ю. Ф., Розенберг В. М., Николаев А. К. Материалы 15 сессии Научного Совета «Новые процессы получения и обработки металлических материалов». Киев. Изд. ИЭС им. Патона. 1979. С. 36.
8. Задумкин С. Н. Ж. Н.Х. АН СССР. Т. 5. Вып. 8. 1960. С. 1892–1895.

Источник журнал «РИТМ машиностроения» № 8-2019

Жаропрочные сплавы – Неоникель

Жаропрочные сплавы

Мы поставляем широкий ассортимент жаропрочных сплавов, что делает Неоникель идеальным выбором для компаний, работающих в условиях высоких температур.

Наши жаропрочные сплавы используются в различных областях, обеспечивая стойкость к высокотемпературной коррозии в следующих средах:

Знакомство с линейкой жаропрочных сплавов NeoNickel

Сплав 321 представляет собой стабилизированную титаном аустенитную нержавеющую сталь, обычно используемую для работы в диапазоне температур от 540°C до 870°C. Стойкость к окислению до 870°C.

Для рабочих температур около 870°C можно использовать стабилизирующую обработку при 844°C – 900°C с воздушным охлаждением, чтобы обеспечить оптимальную стойкость к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под действием политионовой кислоты.

Сплав 347 имеет несколько улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с нержавеющим сплавом 321 в сильно окислительных средах. Сплав 347 стабилизирован ниобием. Он предпочтителен для водной коррозии и низкотемпературных сред из-за его хорошей устойчивости к межкристаллитному разрушению.

Как 347, так и 321 обладают хорошей стойкостью к коррозионному растрескиванию под действием политионовой кислоты, встречающемуся на нефтеперерабатывающих заводах. Стойкость к высокотемпературному окислению в сочетании с хорошей устойчивостью к ползучести до 816°C

Аустенитная нержавеющая сталь с хорошей стойкостью к окислению до 1038°C. При частом циклировании сплав устойчив к окислению до 1010°С.

Сплав 309/309S не рекомендуется для сред с высокой степенью науглероживания.

Хорошая стойкость к сульфидированию с умеренной прочностью при высоких температурах.

Аустенитная нержавеющая сталь с более высоким содержанием хрома и никеля по сравнению с другими высокотемпературными аустенитными нержавеющими сортами. Отличная стойкость к окислению до 1094°C.

Хорошая устойчивость к сульфидированию и другим формам высокотемпературной коррозии. 310S широко используется в умеренно науглероживающих атмосферах, встречающихся в нефтехимической среде.

В более жестких науглероживающих средах в печах для термообработки используются RA330® или RA333®. Сплав 310S часто используется при криогенных температурах до – 235°С

Усовершенствованная микролегированная аустенитная нержавеющая сталь с добавлением церия. Сплав обладает превосходной прочностью по сравнению с другими аустенитными нержавеющими марками. Он имеет вдвое большую прочность, чем нержавеющая сталь 309/309S и 310S при температуре выше 870°C, и превосходную стойкость к окислению до 1094°C.

253 MA® может уменьшить искажения и увеличить срок службы вашего оборудования.

253 MA® зарекомендовал себя как предпочтительный сплав для изготовления емкостей для пиролиза биомассы и отходов для энергетических установок.

Рабочая лошадка аустенитных жаропрочных сплавов. Обладая высокой температурой плавления, сплав демонстрирует хорошую прочность в сочетании с отличной стойкостью к науглероживанию и окислению до 1150°C.

Эти свойства улучшаются при номинальном содержании кремния 1,25%.

RA330® был разработан, чтобы выдерживать термический удар при жидкостной закалке. Этот сплав находит широкое применение в высокотемпературных промышленных средах, где основным требованием является хорошая устойчивость к комбинированным эффектам науглероживания и термоциклирования.

RA330® остается полностью аустенитным при всех температурах и не подвержен охрупчиванию из-за образования сигма-фазы.

Аустенитный жаропрочный сплав, предназначенный для использования в высокотемпературных конструкциях. Прочность 800H/HT достигается за счет контролируемых уровней содержания углерода, алюминия и титана, а также минимального отжига при 1148°C для достижения размера зерна в пять или более крупных размеров. Стойкость к окислению при высоких температурах до 982°C

Сплав на основе никеля с превосходной стойкостью к науглероживанию и хорошей стойкостью к окислению при повышенных температурах до 1095°С.

Сплав 600 имеет полезную стойкость к сухому хлору и газам HCL при умеренно повышенных температурах.

Хорошая стойкость к воздействию каустической соды при повышенных температурах и практически невосприимчивость к коррозионному растрескиванию под действием ионов хлорида.

Никель-хромовый сплав с отличной стойкостью к окислению до 1205°C.
Alloy 601 образует высокоадгезивную окалину из оксида хрома, которая устойчива к растрескиванию даже в тяжелых условиях термоциклирования.

Сплав 601 имеет хорошую жаропрочность (ползучесть и разрыв), сохраняет свою пластичность после длительной эксплуатации и обладает отличной металлургической стабильностью.

Один из самых устойчивых к окислению сплавов, доступных на сегодняшний день, с выдающейся стойкостью к окислению до 1232°C.

Alloy 602 CA® имеет высокую прочность на ползучести до 1232°C, данные о ползучести доступны до 1176°C. Этот сплав практически не имеет роста зерен при высоких температурах.

Суперсплав на основе никеля с превосходной стойкостью к науглероживанию, окислению и горячей коррозии.

RA333® обладает высокой прочностью на разрыв при ползучести и исключительной способностью выдерживать термический удар. Этот сплав обладает хорошей долговременной стойкостью к окислению до 1205°C.

В НеоНикель мы стремимся предоставлять вам продукты и услуги, соответствующие вашим требованиям.

4.5 Жаропрочные сплавы железа, никеля и кобальта

Жаропрочные сплавы железа, никеля и кобальта используются там, где требуются высокотемпературные характеристики, особенно сопротивление ползучести. Эти сплавы обычно выбирают для компонентов газовых турбин, таких как лопатки, турбинные колеса и диски компрессоров последних ступеней, которые подвергаются долговременным вращательным нагрузкам и высоким температурам. Более глубокое понимание систем сплавов позволило модернизировать поковки с помощью механической и термической обработки, чтобы удовлетворить требования высокой прочности в приложениях, отличных от сопротивления ползучести, таких как мало- и многоцикловая усталость и сопротивление росту трещин.

Такие сплавы предназначены для обеспечения высокой прочности при повышенных температурах. Эти характеристики, которые желательны для конечного продукта, делают ковку очень сложной. Кроме того, любая добавка, улучшающая эксплуатационные температурные характеристики, имеет тенденцию снижать обрабатываемость. Чистота сплава также оказывает значительное влияние на способность к горячей штамповке.

Выбор сплава обычно направлен на оптимизацию одного или нескольких из семи свойств:

• Сопротивление ползучести
• Прочность на растяжение
• Реакция на малоцикловую усталость
• Реакция на многоцикловую усталость
• Вязкость разрушения
• Поведение при ползучести
• Циклическое разрушение (взаимодействие ползучести и усталости).

Примером кованого жаропрочного сплава на основе железа является A286 (AMS 5737). Этот и подобные сплавы куются по методике, во многих отношениях аналогичной той, которая используется для аустенитных нержавеющих марок 18-8. Поскольку они легированы реактивными элементами, такими как титан, алюминий, бор или ниобий, они реагируют на циклы растворения и старения, как и специальные марки нержавеющей стали.

Поковочные сплавы на основе кобальта, такие как L605, Alloy 188 и N-155, продолжают использоваться. Сплавы S-816 до сих пор используются для выпускных клапанов бензиновых и дизельных двигателей.

Наиболее распространенными жаропрочными сплавами являются сплавы на основе Ni-Cr-Fe, такие как сплавы 718, 706 и 625. Более высоколегированные материалы на основе Ni-Cr-Co, такие как Waspaloy, сплав 41 и сплав 500, которые очень обладают высокой прочностью и очень трудно поддаются ковке, менее широко используются. Процесс ковки для жаропрочных сплавов очень усовершенствован для контроля температуры, скорости деформации, деформации и состояния сплава. Эти элементы управления необходимы для достижения однородных критических свойств, таких как размер зерна и другие характеристики после термообработки.

Некоторые «супер-суперсплавы», такие как Rene 95, IN 100, Merl 76 и низкоуглеродистый Astroloy, лучше всего ковать с помощью более сложного процесса, который включает начальное уплотнение прессованных заготовок порошка с последующим спеканием, консервированием, а затем горячее прессование для выработки исходных заготовок для ковки. Этот путь P / M (порошковая металлургия) предшествует использованию процесса изотермической или горячей штамповки для получения почти чистых форм. Эти сплавы содержат меньше кобальта и больше химически активных металлов, таких как титан, алюминий, ниобий или вольфрам. Они имеют тенденцию образовывать стабильные карбиды, которые улучшают сопротивление ползучести при более высоких рабочих температурах.

Поковки и процессы из жаропрочных сплавов часто моделируются на компьютере с использованием различных коммерческих кодов. Моделирование сокращает дорогостоящие испытания и дорогостоящие затраты, такие как подготовка материалов и штампов, до разработки инструментов и процессов. Эта практика привела к некоторым замечательным усовершенствованиям процессов поковки и повышению качества.

Типичные сорта поковок и номинальные составы:

Ниже приведены номинальные составы для нескольких жаропрочных сплавов.

Обозначение сплава	Основной элемент	Процентный состав
		АЛ	Кб	Ко	Кр	Fe	Пн	Никель	Ти	Вт
А286	Железо	0,2			15	54	1	26	2
Стеллит	Кобальт			Бал	30	3	1	23		4
Л605	Кобальт			53	20			0		15
С-816	Кобальт			Бал.	20	3	4	20
В 901	Никель	0,2	4		12	36	6	43	3
Астролой	Никель	4		17	15		5	55	4
В 718	Никель	1	5		19	18	3	52	3
Рене 41	Никель	2		11	19		1	55	3
Рене 95	Никель	4	4	8	14		3	61	3	4
Удимет 700	Никель	4		17	15		5	55	3
Васпалой	Никель	1		13	19		4	58	3
МЕРЛ 76	Никель	5		18	12		3	59	4	против

Полный список этих сплавов и соответствующих составов приведен в Справочнике по металлам ASM. Следует связаться с поставщиками поковок, чтобы узнать об их опыте поковки и термической обработки этих классов жаропрочных сплавов.

Вернуться к оглавлению

Жаропрочные сплавы | Товары, услуги

Наша продукция представляет собой материалы, обеспечивающие высокую термостойкость в суровых условиях высокой температуры. Мы предоставляем продукты, отвечающие вашим потребностям.

Мы предлагаем жаропрочные сплавы на основе никеля.
Наша продукция представляет собой материалы, обеспечивающие высокую термостойкость в агрессивных средах, таких как коррозионные среды и среды с высокими температурами. Мы предоставляем продукты, отвечающие вашим потребностям.

Металлические материалы и промышленные товары

• Характеристики
• Приложения
• Спецификации продукта/Обзор

Особенности

Мы предлагаем жаропрочные сплавы на основе никеля.
Наша продукция представляет собой материалы, обеспечивающие высокую термостойкость в агрессивных средах, таких как коррозионные среды и среды с высокими температурами. Мы предоставляем продукты, отвечающие вашим потребностям.

Приложения

• Нефтехимические заводы и т. д.

Спецификации продукта/Обзор

Родственные названия продуктов

МС сплав	Превосходная коррозионная стойкость к фтор-азотной, фосфорной и серной кислотам, а также превосходная коррозионная стойкость при высоких температурах.
МА-Н	Превосходная коррозионная стойкость к расплавленным солям, особенно к расплавленным фтористым солям. Он используется для компонентов реактивных двигателей.
МА-Х (Хастеллой Х)	Сплав с высокой прочностью при высоких температурах и отличной стойкостью к окислению.
MA600, MA600T (Инконель 600)	Обладая превосходной стойкостью к окислению, этот материал используется в промышленных печах, самолетах и ​​ядерных установках.
MA601 (Инконель 601)	Обладая превосходной стойкостью к окислению, используется в печах для термообработки и т. д.
MA625 (Инконель 625)	Материал с отличной стойкостью к окислению и коррозии по отношению к различным кислотам и высокой усталостной прочностью.
MA718 (Инконель 718)	Обладая исключительной прочностью при высоких температурах, он используется в компонентах реактивных двигателей и ракет.
MA706 (Инконель 706)	Обладая высокой прочностью при высоких температурах, используется в компонентах реактивных двигателей и ракет.
MA750 (Инконель Х-750)	Материал, обладающий высокой прочностью при высоких температурах, обычно используется в компонентах газовых турбин.
MA75N (Нимоник 75)	Обладая отличной прочностью при высоких температурах и стойкостью к окислению, он обычно используется в печах для термообработки и т. д.
MA80A (Нимоник 80A)	Обладает более высокой прочностью при высоких температурах, чем MA75N, и используется в условиях высоких нагрузок.
MA90N (Нимоник 90)	Благодаря возможности использования при более высоких температурах, чем MA80A, он используется в реактивных двигателях и компонентах двигателей.
MA263 (нимоник 263)	Обладая высокой устойчивостью к ползучести при высоких температурах, он используется в компонентах реактивных двигателей.
MA-WASP (Васпалой)	Обладая высокой устойчивостью к ползучести при высоких температурах, он используется в компонентах реактивных двигателей и газовых турбин.
MA24 (сплав Haynes 214)	Обладая превосходной стойкостью к высокотемпературному окислению, он используется для обжиговых приспособлений для электронных компонентов и сетчатых лент для печей непрерывного отжига.
MA23 (сплав Haynes 230)	Обладая отличной стойкостью к высокотемпературному окислению и жаропрочностью, он используется в реактивных двигателях и компонентах двигателей.
MA25 (сплав Haynes 25)	Обладая высокой прочностью при высоких температурах, он используется для широкого спектра применений, включая материалы для самолетов и печей.
MA188 (сплав Haynes 188)	Обладая отличной стойкостью к окислению и высокой прочностью, он используется для широкого спектра применений, включая авиационные и газовые турбины.
UMC050	Обладая отличной термостойкостью, износостойкостью и устойчивостью к серной и ванадиевой коррозии, он используется в печах для термообработки и т. д.
MA800 (Инколой 800)	Обладая жаропрочностью и устойчивостью к окислению и науглероживанию, он используется для нефтехимических высокотемпературных реакционных устройств и т. Published by admin View all posts by admin