3.4. Жаростойкие и тугоплавкие металлы и сплавы

Жаростойкость (окалиностойкость) - способность металлов и сплавов сопротивляться (сохранять свои механические свойства) газовой коррозии при высоких температурах. Жаростойкие легированные стали содержат в большом количестве легирующие элементы Сr, Al, Si; плотные, прочные и тугоплавкие окисные пленки которых (Сr2О3 , Al2О3 и SiО2), образующиеся на поверхности деталей, обеспечивают защиту металла от дальнейшего окисления. К жаростойким сталям относятся: 08Х17Т, 15Х28, 12Х1МФ, 12Х2МФСР и др.

Влияние содержания в стали хрома на окалиностойкость показано на рис. 3.12. Поскольку все нержавеющие стали содержат хрома больше 13 %, то они являются и жаростойкими.

К тугоплавким металлам и сплавам относят такие, у которых температура плавления превышает 1800 ºС. Из легирующих элементов особое место по эффективности занимает ванадий, причем он гораздо дешевле многих других легирующих элементов. Стали, упрочненные соединением ванадия с азотом, хорошо работают при низких температурах в условиях Крайнего Севера.

Тугоплавкими являются металлы: ниобий Nb, молибден Mo, хром Cr и ванадий W.

Н иобий Nb – это металл плотностью 8570 кг/м³ с температурой плавления 2500 ºС, химически стойкий, хорошо сваривается, используется для легирования химически стойких и жаропрочных сталей, применяемых для изготовления деталей ракет, реактивных двигателей и химической аппаратуры.

Молибден Mo - более плотный (γ=10200 кг/м³⁾ металл, чем ниобий и сталь и имеет очень высокую температуру плавления (2620 ºС). Он используется при легировании сталей, применяемых для изготовления лопаток турбин, нитей электролампочек, деталей авио и автомобилестроения.

Вольфрам - наиболее тугоплавкий (температура плавления 3410 ºС) из металлов. Он входит в состав жаропрочных, сверхтвердых и инструментальных сталей, Из него изготовляют нити накаливания, электронагреватели и электроды.

Жаропрочность - способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению в области высоких температур. Жаропрочность линейно зависит от температуры плавления металла.

В диапазоне 700…950 ºС применяют сплавы на основе железа, никеля и кобальта, а при более высоких температурах (до 1200...1500 ºС) - сплавы молибдена и других тугоплавких металлов.

Детали котельных установок с рабочей температурой до 510 ºС изготовляют из стали 12Х1МФ, а детали газовых турбин и паросиловых установок (600…620 ºС) изготовляют из сталей 18Х12ВМ5ФР и 15Х12ВНМФ.

3.5. Термообработка сталей

С войства металлов и сплавов зависят не только от химического состава, но и от структуры. С помощью термической обработки (нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и подбора различных скоростей охлаждения) можно получить ту или иную структуру (рис. 3.13).

С помощью термической обработки можно:

- выровнять структуру;

- повысить твердость;

- снять напряжения;

- насытить поверхность детали химическими элементами.