Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

— сплавы на никелевой основе, имеющие особые преимущества по сравнению со сплавами на базе др. элементов VIII гр. периодич. системы Менделеева — отсутствие полиморфизма, относительно высокая кислотостойкость и жаростойкость, а также образование соединений типа Nis (Al, Ti) с кристаллич. структурой, подобной структуре твердого раствора.

Литейные сплавы имеют более высокие пределы длит, прочности, чем те же сплавы в деформированном состоянии. Это связано с дендритной структурой литейных сплавов и возможностью образования в процессе кристаллизации карбидных и борид- ных фаз по границам зерен в виде псевдоэвтектики, затрудняющих развитие трещин по этим границам. Торможение малой пластич. деформации, отвечающей пределу ползучести литеиных жаропрочных сплавов, практически такое же или неск. выше, чем деформируемых сплавов. Литейные сплавы имеют большие возможности легирования, тогда как в деформируемых сплавах оно ограничено необходимостью применения горячей пластич. деформации, весьма затрудненной при сильном легировании. В связи с этим температурный уровень жаропрочности литейных сплавов на 50—100° выше, чем у деформируемых сплавов.

По сравнению с деформируемыми литейные жаропрочные никелевые сплавы обладают большей технологичностью, особенно при изготовлении деталей сложной формы. К недостаткам существующих литейных сплавов следует отнести их более низкую ударную вязкость по сравнению с деформируемыми сплавами.

По способу структурного упрочнения литейные жаропрочные никелевые сплавы можно разделить на сплавы с карбидными упрочнениями и сплавы с интермета л лидным упрочнением. Первый тип сплавов немногочислен и неперспективен в отношении повышения хар-к жаропрочности. Второй тип сплавов является в наст, время основным среди литейных никелевых сплавов.

Сплав нимокаст 75 не имеет высокой жаропрочности, он применяется для изготовления жаростойких деталей. Сплавы хастелой В и С имеют высокую коррозионную стойкость в к-тах. Хастелой С имеет более высокую жаростойкость, чем хастелой В, и применяется для изготовления жаростойких деталей (лопаток соплового аппарата реактивных двигателей и др.). Сплав ВЛ7-45У применяется для изготовления лопаток соплового аппарата.

Сплав ВХН1 применяется для наплавка клапанов выпуска авиац. двигателей.

Осн. упрочняющей фазой в сплавах нимокаст 75 и ВЛ7-45У является карбид типа Me2SCe, в сплаве ВХН1 — карбид типа Ме7С8, в сплавах хастелой В и С — двойной карбид Ni8(Mo, Сг),С.

Высокие хар-ки жаропрочности как литейных, так и деформируемых никелевых сплавов достигаются в осн. созданием в них упрочняющей а'-фазы (часто обозначают Y'-фазы) типа Nis (Al, Ti), ее количеством, степенью дисперсности, распределением и формой выделения. Упрочненный и термически стойкий твердый раствор в этих сплавах создается легированием их элементами Со, Сг, W, Мо, Ni, тормозящими развитие диффуз. процессов в твердом растворе, а также процессами диффуз. обмена между ним и фазами выделения.

В зависимости от легирования параметры элементарной ячейки фазы типа Nis (Al, Ti) могут отличаться от твердого раствора, что является источником образования дислокаций в пограничных областях между ними. Лучшая сопряженность между фазой Ni3 (Al, Ti) и твердым раствором, а также более высокая термич. стойкость сплавов достигаются при одинаковых или мало отличающихся параметрах кристаллич. решеток. Существуют никелевые сплавы с упрочнением иными интерметаллидными фазами. В малоуглеродистых никелевых сплавах, содержащих ниобий, при 650— 800° образуется упрочняющая метастабильная фаза Ni3Nb со структурой, подобной твердому раствору, как и фаза Ni3 (Al, Ti). При более высоких темп-рах образуется стабильная фаза Ni3Nb с орторомбич. структурой. Известен ряд литейных сплавов этого типа (ЕРЕ 10, GPMJ и др.), содержащих до 0,05% С, 20% Сг, 5—6% W и Мо и 6,5% Nb. Эти сплавы обладают хорошими литейными св-вами при отливке на воздухе. Предел их 100-ча- совой длит, прочности при 870° равен И —12 кг/мм2. Ряд малоуглеродистых Н. с. л. ж., содержащих железо, упрочняется фазами типа АВ2 (фазами Лавеса), где В — преим. железо, а А — W, Мо, Nb, Ti. Существуют Н. с. л. ж. с комбини- ров. упрочнением фазами NiaMe и фазами Fe2Me (сплав ВЖЛ9 и др.).

Количество а'-фазы определяется не только содержанием взаимно замещающих титана и алюминия, но и содержанием элементов, входящих в твердый раствор и влияющих на растворимость алюминия и титана в сплаве. Кобальт частично замещает никель в а'-фазе (при наличии в сплаве достаточного содержания алюминия, молибдена и вольфрама). В сплавах системы Ni—Со—Сг—Ti—Al кобальт в а'-фазу не входит. В существующих Н. с. л, ж. количество а'-фазы изменяется в зависимости от легирования в пределах 6—55%. Температурный уровень жаропрочности возрастает от 700 до 1 100° с увеличением количества а'-фазы. Многие Н. с. л. ж. дополнительно упрочнены карбидными фазами, для чего в них вводится углерод (^0,25%). Углерод способствует также рафинированию в процессе плавки благодаря его сильному раскисляющему действию. Карбиды титана, образующиеся в этих сплавах в процессе кристаллизации между осями дендритов, способствуют размельчению зерен, что имеет важное значение для повышения сопротивления термическим напряжениям и повторным нагрузкам. Из числа малых добавок положит, влияние оказывает церий, существенно уменьшающий содержание серы и благотворно влияющий на состояние границ зерен, а также бор (0,01—0,03%) и Zr около 1 %, упрочняющие границы зерен. В зависимости от содержания хрома, вольфрама и молибдена в сплавах образуются карбиды типа Me23Ce, MejMegC,

где Me1 = Ni, Fe, Со, Si, a Me2 = Сг, W, Мо, Nb. Эти карбиды выделяются преим. по границам зерен. Температурная область устойчивости Ме23Св до —1050°, двойных карбидов 1000—1300°. Упрочнение границ зерен сплавов достигается также микролегированием, в частности легированием бором, мало растворимым в никеле и его сплавах. Введение углерода и бора способствует также улучшению литейных св-в сплавов.

В связи с понижением темп-ры плавления никеля мн. легирующими элементами, входящими в литейные сплавы, их темп-ра плавления находится в пределах 1270— 1380°. Межосные участки сплавов обога

щены элементами, снижающими темп-ру плавления никеля, — углеродом, алюминием, титаном, хромом, молибденом. Оси дендритов обогащены вольфрамом, повышающим темп-ру плавления никеля.

На поверхности жидких никелевых сплавов, содержащих алюминии и титан, выше темп-ры ликвидуса и до 1650° на воздухе образуется твердая эластичная пленка, к-рая, попадая в отливаемую деталь в виде плен, вызывает снижение механич. хар-к. Окисная пленка полностью устраняется при отливке деталей в вакууме. Окисная пленка, образующаяся на поверхности расплавленного окисленного сплава, восстанавливается в вакууме, в частности в результате взаимодействия с углеродом, с образованием окиси углерода.

Качество литейного сплава зависит от первичной дендритной структуры: 1) размеров зерен (макрозерен) и их распределения; 2) размеров и распределения отростков дендритов (микрозерен); 3) внутридендритнои ликвации; 4) распределения и формы микроструктурных составляющих; 5) дефектов кристаллич. структуры (вакансий, дислокации и дефектов упаковки), образующихся в процессе литья и при термич. обработке.

Формирование литейной структуры в основном зависит от темп-ры разливки и скорости кристаллизации, определяемой во многом темн-рой формы. При отливке деталей с высоких темп-р, а также с малой скоростью кристаллизации образуются крупные макро- и микрозерна. Весьма сильно развиты ликвационные явления. Первичные микроструктурные составляющие грубо дисперсны. Карбиды титана, обычно имеющие полиэдрич. форму, выделяются между осями дендритов в виде удлиненных частиц и могут даже образовывать замкнутую или полузамкнутую жесткую сетку. Сплавы с такой структурой имеют пониженные механич. хар-ки.

Отливка деталей с темп-рой металла немного выше темп-ры солидуса, а также с большей скоростью кристаллизации обеспечивает образование более высокодисперсных и равномерно распределенных структурных составляющих (микро- и макрозерен и первичных фаз выделения). Ликвационные явления при этом слабо развиваются; сплав имеет высокую плотность и более высокие св-ва. Разливка сплавов с низких темп-р (выше темп-ры ликвидуса на 60—150°) производится при плавке в вакууме. Н. с. л. ж. имеют довольно широкий интервал кристаллизации, что способствует при отливке деталей без достаточного питания и при медленной кристаллизации образованию межкристал- лич. пористости. Относительно быстрая дендритная кристаллизация обеспечивает плотное строение отливки без межкристаллич. пористости.

Термич. обработкой литейных жаропрочных никелевых сплавов можно перераспределить легирующие элементы в твердом растворе дендритов и между фазами, а также создать новые структурные составляющие.

С увеличением содержания алюминия в сплавах темн-ра растворения основной упрочняющей фазы повышается и равна - 1000° при содержании 1% А1; 1100° при 2% А1; 1150° при 4—4,5% А1; 1200° и выше при ^ 5,0% А1.

Дополнит, содержание титана в сплавах неск. повышает темп-ру закалки. Характерной особенностью Н. с. л. ж., содержащих более 4% А1, является невозможность их закалки на твердый раствор даже при больших скоростях. В процессе охлаждения неизбежно выделяется а'-фаза; количество, степень дисперсности и распределение а'-фазы после закалки таких сплавов зависят от скорости охлаждения. Поэтому нек-рые высоколегированные литейные сплавы подвергаются только одинарной термич. обработке: охлаждение на воздухе выше темп-ры растворения а'-фазы. При такой термич. обработке процесс старения происходит при охлаждении на воздухе. Нек-рые литейные никелевые сплавы подвергаются двойной или тронной термич. обработке (закалке с двух теми-р, изотермич. закалке или закалке с последующим старением при темп-ре, равной или выше темп-ры эксплуатации сплава). В сплавах, содержащих углерод, в процессе термич. обработки происходит перераспределение углерода между карбидными фазами. При нагреве под закалку и при старении в титансодержащих сплавах системы Ni—Сг—Al—Ti—W—Мо происходят частичное растворение метастабильно- го карбида титана и связывание растворенного углерода в др. карбидах: до 1000° в карбидах типа Ме23Св (с возможным образованием также карбидов Ме7Са); выше 1000° — в основном в карбидах типа MejMe* С, более устойчивых при этих темп-рах, чем карбиды хрома. В сплавах, не содержащих вольфрама и молибдена, карбиды типа Ме23Св и Ме7С3 устойчивы до —1250°.

В процессе длит, работы сплавов при высоких темп-рах происходит коагуляция а'-фазы; пластич. деформация (ползучесть) высоколегированных сплавов при высоких темп-рах вызывает наряду с коагуляцией а'-фазы сращивание ее частиц. Чем выше уровень действующих напряжений, тем больше ползучесть и диффуз. подвижность атомов, а следовательно, и скорость процесса коагуляции упрочняющих фаз, интермета ллидов и карбидов. В разных странах применяется серия литейных жаропрочных никелевых сплавов интерметаллидным упрочнением с различным соотношением легирующих элементов. Для большинства сплавов характерно наличие углерода. Литейные сплавы нимокаст 80 и 90, аналогичные по хим. сост. деформируемым сплавам нимоник 80 и 90, также содержат углерод. Алюминий и титан содержатся во всех сплавах, за исключением сплава хайнесаллой 294, где содержится алюминий без титана. Упрочнение твердого раствора создается гл. обр. молибденом и реже вольфрамом. 

Большинство сплавов содержит значит, количество кобальта. Железо представлено в виде примеси, т. к. оно снижает жаропрочность. Как отмечалось выше, границы зерен упрочняются малыми количествами бора или бора совместно с цирконием, влияющими на торможение диффузионных процессов по границам зерен.

Вредные примеси, особенно примеси легкоплавких металлов (Bi, Pb, Sb и др.), очень мало растворимые в никеле, образуют легкоплавкую фазу по границам зерен, вызывающую их преждевременное разрушение. Висмут и свинец сильно снижают жаропрочность, даже при наличии их в сплавах в тысячных долях вес. %. Для сплавов типа нимокаст допускается предельное содержание свинца не более 0,005%. Содержание висмута в литейных жаропрочных никелевых сплавах не должно превышать 0,001%.

Высокожаропрочные сплавы типа ЖС6 с дополнит, легированием бором и кремнием, образующих в сплаве твердые частицы боридов и двойных карбидов, применяют при изготовлении штампов для горячего прессования жаропрочных сплавов.

Механич. обработка вызывает поверхностный наклеп жаропрочных сплавов и образование остаточных напряжений, что может привести к преждеврем. разрушению деталей при высоких темп-рах в процессе работы. Снятие остаточных напряжений в литейных сплавах типа ЖС производится при отжиге в нейтральной среде при 950° в течение 2 час.

Особый класс литейных жаропрочных никелевых сплавов составляют жаропрочные сплавы, обладающие повыш. сопротивлением износу при высоких темп-рах. Эти сплавы должны иметь не только высокий предел длит, прочности, но и высокую сопротивляемость износу, к-рая повышается при создании в них боридных и карбидных фаз, а также др. твердых фаз, включенных в жаропрочную основу сплава.

Хорошая свариваемость характерна для сплава ВЖЛ8 (аналог сплава GRM235), к-рый рекомендуется для свариваемых сопловых лопаток. Сплав ВЖЛ8 превосходит по жаропрочности литейные кобальтовые сплавы типа ЛК4.

Поверхности литых и деформируемых сплавов, взаимодействуя с окислит, средой, окисляются и обедняются легирующими элементами на определ. глубину. В результате поверхностный слой сплава становится мало прочным. Заметное обеднение легирующими элементами поверхности лопаток из сплавов ЖС6-К после эксплуатации в течение 200—600 час. происходит на глубину 50—100 мк. Подобное явление имеет место и при термич. обработке сплава ЖС6-К до 0,15 — 0,35 мм. Во избежание снижения стойкости детали при работе в условиях высоких темп-р этот слой должен удаляться. Для повышения жаростойкости сплавов разработаны разные способы термохимич. поверхностной обработки. Наиболее перспективными в этом отношении являются след. методы защиты поверхности сплавов против обеднения легирующими элементами: алитирование, хромоалитирование, эмалирование и т. д.

В высокожаропрочных литейных сплавах, работающих в окислит, среде без поверхностной защиты, не используются полностью ресурсы живучести, созданные легированием, литьем и термич. обработкой.

Лит.: Лайнер В. И., Гальванические покрытия легких сплавов, М., 1959. Н. Б. Г аршина.

  Медные сплавы. Медно-никелевые сплавы. Мельхиор. Нейзильбер

  Цветные металлы и сплавы. Никель и никелевые сплавы. Титановые сплавы

  ЛЕНТА НИКЕЛЕВАЯ сплавы - никелевая лента НПО, НП1, НП2 НПЗ и НП4 с ...

  КОРРОЗИЯ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ. Никель и никелевые сплавы. Монель ...

  ЛИСТ НИКЕЛЕВЫЙ сплавы. Листы из никелевых сплавов