В связи с непрерывным повышением параметров пара, используемого в паровых турбинах, и развитием газовых турбин и реактивных двигателей проблема создания сплавов с заданными свойствами, способных длительно работать при высоких температурах, стала одной из наиболее важных проблем металловедения и металлургии. Поэтому за последнее десятилетие проблема жаропрочности получила большое развитие. Выполнено много работ по изучению ползучести, релаксации и длительной прочности различных сталей и сплавов.
Жаропрочные стали
Известные механизмы пластической деформации можно подразделить на две группы: сдвиговые процессы и процессы пластической деформации, вызванные относительным перемещением зерен, блоков и границ зерен.
Легирование стали целесообразно, если оно обеспечивает существенное изменение свойств стали в желательном направлении и если оно экономично. В жаропрочных сталях легирование в первую очередь должно повышать сопротивляемость во времени пластическому деформированию и разрушению под на-грузкой при высоких температурах. Однако не все стали, обладающие высокими жаропрочными свойствами, пригодны для длительной работы при высокой температуре.
В проблеме жаропрочности сплавов не меньшее значение, чем ползучесть, имеет длительная прочность. Механизм процесса разрушения при ползучести (длительная прочность) еще недостаточно изучен и по этому вопросу нет единого мнения. Многие из выдвинутых гипотез не нашли экспериментального подтверждения.
Влияние хрома на длительную прочность и сопротивление ползучести для хромомолибде- нованадиевой литой стали, полученное обработкой литературных данных и данных ЦНИИТ- МАШ. Пределы длительной прочности определены по трем зависимостям (lga—lgt; igCT-T(20 + + lgt); a— lgt) и представлены на графике как средние величины из трех значений.
Влияние углерода. Механизм влияния углерода на жаропрочные свойства перлитных сталей еще не ясен. Исследованиями, 11 проведенными М.
Для изготовления деталей современных энергетических агрегатов на параметр пара 540—565°С применяют малолегированные дешевые хромомолибденованадиевые стали перлитного класса. За последние 5—8 лет советскими исследователями разработано несколько вариантов теплоустойчивых перлитных сталей, удовлетворяющих требованиям современного энергетического машиностроения. В настоящее время для изготовления литых и кованых деталей турбин, работающих при 540—565 °С, применяют стали, химический состав.
Вероятность образования карбидов металлами тем больше, чем больше у них атомный радиус. При одинаковом атомном радиусе, как например у вольфрама и молибдена, сказывается меньший ионизационный потенциал у последнего, вследствие че-го он «активнее», чем вольфрам образует карбиды в стали. При переходе от хрома к ванадию и титану увеличивается атомный радиус и уменьшается разность ионизационных потенциалов элемента и железа, следовательно, титан является более сильным карбидообразуюшим элементом, чем ванадий и хром.
Влияние малых добавок. Малые добавки щелочноземельных и редкоземельных поверхностно активных (горофильных) элементов оказывают весьма заметное влияние на жаропрочные и другие свойства низколегированных хромомолибденовых и хро- момолибденованадиевых перлитных сталей. К таким элементам относятся: кальций, барий, магний, церий, лантан, а также комплексы элементов в виде сплавов: «Мишметалл» (20—25% La, 50—55% Се, 10% Nd и др.
Влияние бора. Бор не образует специальных карбидов. Он растворяется в а-фазе по механизму замещения.
Влияние ниобия на сопротивление ползучести и на длительную прочность хромомолибденованадиевой перлитной стали.
Влияние титана. Титан относится к очень сильным карбидообразуюшим элементам и образует в сталях весьма устойчивый карбид TiC. Легирование титаном в количестве свыше 2,5% приводит к образованию интерметаллидов (титанидов) типа Fe2Ti.
Влияние кобальта. Кобальт не образует специальных карбидов, не участвует в образовании других карбидов и не входит в заметных количествах в их состав.
Влияние ванадия. Ванадий является сильным карбидообра- зующим элементом, образующим карбиды VC и V4C3. Его влияние существенно сказывается на повышении предела текучести стали вследствие измельчения зерна и образовании мелкозернистых карбидов, а также на повышении сопротивления ползучести, особенно при введении ванадия в хромомолибденовые стали.
Введение в сталь различных элементов, даже в очень незначительных количествах, оказывает влияние на структуру, свойства и на процесс производства стали. Например, ванадий и титан вводят преимущественно как легирующие добавки для получения определенных свойств стали, но уже в процессе плавки благодаря высоким раскисляющим свойствам они улучшают качество стали.
