жаропрочные сплавы

ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ

обладают способностью выдерживать при высоких температурах (до 2000 °C) длит. мех. нагрузки, а также хим. воздействие. Характеризуются стабильностью структуры, длит. прочностью, высоким сопротивлением ползучести и усталости. Различают Ж. с. на основе Fe, Ni, Co, Cu, Al и тугоплавких металлов W, Mo, Nb и др. (см. табл.). Введение легирующих элементов способствует упрочнению образующихся в Ж. с. твердых растворов, замедлению диффузионных процессов, образованию в сплаве интерметаллидных и карбидных фаз, а также защитных поверхностных пленок. Необходимую для высокой прочности структуру Ж. с. получают при определенных условиях кристаллизации в результате спец. термич. обработки. Наиб. упрочнение Ж. с. вызывает образование мелкодисперсных фаз (карбидов, интерметаллидов, боридов) в твердом растворе сплава. Образующаяся структура Ж. с. затрудняет возникновение и развитие дислокаций и тем самым увеличивает сопротивление сплава деформации. В промышленности наиб. распространение получили Ж. с. на основе Ni. Микроструктура этих сплавов представляет собой твердый раствор (γ-фазу), упрочненный интерметаллидной [Ni₃Al, Ni₃Ti, Ni₃(Ti,Al), Ni₃Nb] и карбидной фазами. Высоколегир. Ж. с. на основе Ni содержат до 50–60% по массе упрочняющей интерметаллидной фазы (γ'-фазы), дисперсные частицы которой разделены тонкими прослойками твердого раствора. При избыточном легировании в процессе эксплуатации выделяются топологически плотноупакованные фазы, способствующие преждеврем. разрушению материала. Ж. с. подразделяют на деформируемые и литейные. Макс. уровень технол. характеристик деформируемых Ж. с. достигается применением спец. методов. Необходимой жаропрочности сплавов добиваются регулированием температуры и продолжительности постадийной термич. обработки, а также скорости охлаждения сплава. Например, для никелевых сплавов термич. обработка включает гомогенизирующий нагрев до 1050–1220 °C в течение 2–6 ч, охлаждение на воздухе или в вакууме с послед. одно- или многоступенчатым старением при 750–950 °C в течение 5–24 ч. Нагрев при температуре гомогенизации переводит составляющие сплава в твердый раствор, а старение при умеренной температуре способствует образованию в этом растворе мелких частиц интерметаллидов, карбидов, боридов, повышающих жаропрочность сплава. Выплавляют деформируемые сплавы в вакууме методами высокочастотной индукции. Например, для никелевых Ж. с. применяют вакуумную плавку с послед. вакуумно-дуговым, электронно-дуговым или плазменно-дуговым переплавом, а также электродуговую плавку и электрошлаковый переплав. При использовании чистых шихтовых материалов такими методами получают металл с миним. содержанием газов, вредных примесей цветных металлов и неметаллич. включений. Выплавленные слитки подвергают деформации. Изготовляют деформируемые Ж. с. в виде прутков, лент, поковок, проволоки или листа. Литейные Ж. с. получают выплавкой шихты в вакуумно-индукционной печи до полуфабриката (прутка). Изделия из литейных Ж. с. изготовляют в основном методом прецизионного литья в вакууме или инертной атмосфере. Полученные изделия подвергают такой же термич. обработке, что и деформируемые Ж. с. Для улучшения физ.-хим. характеристик сплава применяют также способ направленной кристаллизации образующихся после термообработки мелкодисперсных фаз. Литейные Ж. с. содержат, как правило, значит количество углерода и легирующих элементов (таких, как Mo, W, Al, Ti) и по фазовому составу отличаются от деформируемых наличием большего количества упрочняющих интерметаллидов, карбидов и боридов. Ж. с., упрочненные дисперсными частицами тугоплавких оксидов (напр., ThO₂, ZrO₂) или высокопрочными волокнами (напр., из W, Mo, керамики), относятся к композиционным материалам. Такие Ж. с. характеризуются более высокой рабочей температурой (1200–1300 °C) и значит увеличением длит прочности.

Коррозионную стойкость, усталостную прочность и жаростойкость изделий из Ж. с. повышают также методами обработки их поверхности с помощью лазера или электронной пушки (ионная имплантация). Для защиты от воздействия продуктов сгорания топлива и прир. газа поверхность изделий подвергают диффузионной термохим. обработке (эмалированию, напылению тугоплавких оксидов и т. п.). Ж. с. — конструкционные материалы; изделия из них находят широкое применение в самолетостроении, судостроении, газотурбиностроении, ракетно-космич. технике, нефтехим. промышленности.

^{Лит.: Химушин Ф. Ф., Жаропрочные стали и сплавы, М., 1964; Симс Ч., Хагель В., Жаропрочные сплавы, пер. с англ., М., 1976; Масленков С. Б., Жаропрочные стали и сплавы. Справочник, М., 1983. См. также лит. при статьях вольфрама сплавы, железа сплавы, кобальта сплавы, композиционные материалы, никеля сплавы.}

_{В. Б. Киреев}