Основные принципы легирования

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. Часто высокому сопротивлению ползучести сопутствует большая склонность к охрупчиванию в процессе работы. Результат сочетания этих двух взаимиопротивоположных свойств — сопротивления пластической деформации и пластичности в условиях длительной работы при высокой температуре—в основном зависит от того, в какой степени химический состав и режим термической обработки обеспечивают прочность твердого раствора и стабильность структуры стали.

Термически обработанные стали неаустенитного класса, предназначенные для длительной работы при высоких температурах, имеют структуру, состоящую из твердого раствора — феррита и вторичных фаз (карбиды, интерметаллические соединения). Эффективность легирования как средства улучшения сопротивления ползучести и длительной прочности стали этого класса зависит в первую очередь от способности легирующих элементов упрочнять твердый раствор — феррит. Наиболее эффективным элементом является молибден. Большое влияние па жаропрочные свойства феррита оказывает также вольфрам. Этот элемент, так же как и молибден, хорошо растворяется в феррите. Большой атомный радиус вольфрама приводит к сильным искажениям кристаллической решетки. Легирование вольфрамом увеличивает силы связи феррита.

повышения прочности феррита

легирование должно затормаживать диффузионные процессы

Кроме повышения прочности феррита, легирование должно затормаживать диффузионные процессы и способствовать стабилизации феррита. Меньшая жаропрочность твердых растворов на основе а-железа при температурах выше 500 °С по сравнению с твердыми растворами на основе у-железа связана с различной 12 интенсивностью происходящих в них диффузионных процессов. Поэтому жаропрочные неаустенитные стали следует легировать такими элементами, которые способны существенно затормозить в них диффузию.

Интенсивность диффузионных процессов определяется главным образом характером и величиной межатомных связей. На основании данных о влиянии элементов на силы связи феррита можно считать, что интенсивность диффузионных процессов в феррите существенно уменьшается при легировании ниобием, молибденом и хромом.

Большое значение для повышения жаропрочности стали имеет также вторичная (избыточная) фаза, свойства и геометрические особенности которой определяются не только химическим составом, но и термической обработкой. В сталь следует вводить элементы, которые, кроме упрочнения твердого раствора, способствуют также образованию термически стойких мелкодисперсных карбидов или интерметаллических соединений. Эти включения препятствуют развитию сдвиговых процессов при пластической деформации, затрудняют диффузионные процессы перераспределения легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой и, следовательно, упрочняют сталь.