Что такое жаропрочность? Какими критериями она оценивается? Жаропрочные материалы

Жаропрочность — это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах. Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести. Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочности, ползучесть.

• — предел длительной прочности — наибольшее механическое напряжение, которое выдерживает материал без разрушения при заданных температуре, длительности испытания и рабочей атмосфере;
• — предел ползучести — напряжение, которое вызывает заданную скорость деформации за некоторое принятое время при данной температуре;
• — время до разрушения при заданных напряжении, температуре и рабочей атмосфере.

Жаропрочные материалы.

Жаропрочные материалы — сплавы на основе никеля, железа, кобальта, тугоплавкие металлы и сплавы на их основе, а также некоторые композиционные материалы (сплавы, упрочненные дисперсными частицами тугоплавких окислов или высокопрочными волокнами), обладающие жаропрочностью. Применяются для изготовления лопаток паровых и газовых турбин, наружных деталей сверхзвуковых летательных аппаратов и их обшивки.

По структурному состоянию жаропрочные и жаростойкие стали могут быть перлитными, мартенситными, мартенситно-ферритными и аустенитными. Жаростойкие стали, кроме того, могут быть ферритными, аустенитно-мартенситными и аустенитно-ферритными.

К перлитным сталям относятся хромокремнистые и хромомолибденовые стали (сильхромы).

Мартенситные стали. Увеличение содержания хрома повышает жаростойкость и переводит сталь из перлитных в мартенситные.

Мартенситно-ферритные стали обычно являются выскохромистыми (10−14% Cr), легируются W, Mo, V и другими элементами. В машиностроении эти стали используют для изготовления деталей, предназначенных на значительный срок службы при температурах до 600^oC.

Ферритные жаростойкие стали — это стали с 25−33% Cr. После горячей обработки и отжига при 760−780^oC стали приобретают мелкозернистую структуру. При нагреве выше 850^oC они преобретают крупнозернистую структуру и хрупкость. Нагрев до 475^oC или медленное охлаждение с высоких температур еще более увеличивает хрупкость и уменьшает антикоррозийную стойкость. Хрупкость также увеличивается с повышением содержания хрома.

Аустенитно-ферритные жаростойкие стали. В связи с легированием высокохромистых сталей различными элементами (а также аустенитнообразующими элементами типа Ni) значительное применение получили многие аустенитно-ферритные стали. Аустенитно-ферритные стали обладают большей жаропрочностью по сравнению с высокохромистыми сталями. Основным требованием к этим сталям является стабильность их строения. В аустенитно-ферритных сталях при нагреве на 450−500^oC развивается значительная хрупкость, исключающая их применение для изготовления нагруженных деталей.

Аустенитные стали. Широко распространены хромоникелевые аустенитные стали. Cr обеспечивает жаростойкость, а Ni — аустенитную структуру. Жаростойкие хромоникелевые аустенитные стали содержат мало С; иногда они имеют небольшое количество Ti или Nb для устранения склонности к интеркристаллитной коррозии. Эти стали, помимо высокой антикоррозионной стойкости в агрессивных средах, обладают стойкостью к образованию окалины при работе до 900−1000^oC. Наибольшее применение получили жаропрочные дисперсионно-твердеющие аустенитные стали.

В зависимости от типа упрочнения они подразделяются на две основные группы: .

• 1. аустенитные стали с карбидным упрочнением;.
• 2. аустенитные стали, упрочненные интерметаллическими соединениями.

Упрочнение жаропрочных аустенитных сталей осуществляется в результате дисперсионного твердения. Для этого они подвергаются термической обработке, состоящей из закалки на аустенит и последующего длительного старения при 700−750^oC.