Скорость ползучести стали с более высоким содержанием вольфрама

Скорость ползучести стали с более высоким содержанием вольфрама (3,9%) практически остается постоянной на протяжении всего испытания (в интервале 1000—8000 час.).

Известно, что 12%-ная хромистая сталь с большим со-держанием кобальта (4,5—5,5%) также не стабильна в процессе длительной работы. Испытания этой стали на ползучесть при 565 °С показали резкое увеличение скорости деформации после 6000 час., поэтому такие материалы не пригодны для длительной работы в условиях высоких температур. Сталь с содержанием кобальта до 3,7% и вольфрама до 2,2% в процессе длительных испытаний (до 5000 час) при 600 °С не проявляет каких-либо признаков нестабильности структуры, а следовательно, и прочностных свойств. Скорость ползучести стали, содержащей кобальт в пределах 1,3—3,7%, непрерывно уменьшается или сохраняется на одном уровне; резкого увеличения скорости ползучести в конце испытания обнаружено не было.

Результаты испытаний при 600 °С и напряжении 8 кГ/мм2, свидетельствуют о том, что кобальт резко уменьшает скорость ползучести стали при введении его в количестве около 2%. Небольшая добавка кобальта (0,40%) совершенно не эффективна; увеличение содержания его с 2 до 3,5% почти не улучшает сопротивления ползучести стали.

Легирование стали кобальтом в количестве 1,31% еще не обеспечивает требуемого уровня сопротивления ползучести; добавка 1,66% Со значительно увеличивает сопротивление ползучести стали. Аналогичные результаты получены и при более высоком напряжении.

Дополнительным подтверждением описанных закономерно-стей влияния кобальта на ползучесть служат результаты испытаний при более высокой температуре (630 °С).

Влияние молибдена на ползучесть сталей ЭИ756 и ЭИ757 исследовано при 600 и 630 °С и напряжениях соответственно 3 и 6 кГ/мм2. Длительность испытаний при 600 °С доведена до 5000 час.

На основании полученных данных можно сделать заключение о том, что сопротивление ползучести стали ЭИ756 при 600 °С непрерывно повышается по мере увеличения содержания в ней молибдена. Наиболее высоким сопротивлением ползучести обладает сталь с 1,34% Мо.

Характер влияния молибдена

Повышение содержания молибдена до 0,85% не приводит к заметному уменьшению скорости ползучести

Характер влияния молибдена на ползучесть стали ЭИ757 (с более высоким содержанием вольфрама) несколько отличен. При введении в сталь 0,4% Мо скорость ползучести резко уменьшается. Повышение содержания молибдена до 0,85% не приводит к заметному уменьшению скорости ползучести.

При более высокой температуре (630 °С) сохраняются те же закономерности влияния молибдена. По-прежнему наблюдается резкое снижение скорости ползучести стали ЭИ756 с 1,34% Мо по сравнению со сталью, содержащей его 0,62%. Сталь ЭИ757 с более высоким содержанием молибдена при этой температуре имеет несколько повышенную скорость ползучести.

Влияние углерода на скорость ползучести 12%-ной хроми-стой стали с вольфрамом и молибденом при 550 и 600 °С проявляется лишь при сравнительно небольшой длительности испытания, причем минимальную скорость деформации (в интервале 500—1000 час) имеет сталь с 0,15% С, обладающая наибольшей кратковременной прочностью. При большой длительности испытания влияние кратковременных прочностных свойств сказывается все меньше, и в интервале 4300—5000 час. стали этого типа с содержанием углерода в пределах 0,08—0,19% имеют практически одинаковую скорость ползучести.

При 600 °С и напряжении 6 кГ/мм2 стабильность стали с 0,08% С оказалась очень низкой и скорость ползучести намного больше, чем сталей с более высоким содержанием углерода.

С точки зрения ползучести содержание углерода в стали 12Х11В2МФ (ЭИ756) менее 0,10% нежелательно. В то же время большое содержание углерода (0,28%) приводит к резкому увеличению скорости ползучести даже у более легированной стали ЭИ757. Поэтому содержание углерода в хромистых сталях полуферритного класса должно находиться в пределах 0,10—0,20%, что и подтверждается практикой приме-нения этих сталей в энергомашиностроении.

Результаты испытаний

в процессе испытания на длительную прочность сохраняют высокую пластичность

Кроме ползучести характеристикой жаропрочности материалов является длительная прочность. Испытания на длительную прочность позволяют определить срок службы материала при данном напряжении и показывают степень пластичности его в условиях ползучести и разрушения при длительном растяжении.

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что 12%-ные хромистые стали в процессе испытания на длительную прочность сохраняют высокую пластичность. Данные по влиянию легирующих элементов на время до разрушения образцов хорошо согласуются с результатами испытаний на ползучесть при той же температуре. Увеличение содержания ванадия в стали снижает время до разрушения образцов. Снижение длительной прочности наблюдается и при увеличении количества титана в стали. Сталь с ниобием или вольфрамом имеет более высокую прочность. Однако увеличение содержания ниобия в стали так-же приводит к значительному снижению времени до разрушения и сталь с 0,71% Nb имеет такую же низкую длительную прочность, как и менее легированная 12%-ная хромомолибденовая сталь.

Более широкое исследование показало, что вольфрам значительно повышает предел длительной прочности при 600 °С. При содержании 3,4% W предел длительной прочно-сти составляет около 15 кГ/мм2, для стали без вольфрама он не более 7. Из приведенных данных очевидна также малая эффективность добавки ниобия в увеличении длительной прочности стали, если сравнить стали с вольфрамом и без вольфрама, легированные оптимальным количеством ниобия с точки зрения повышения сопротивления ползучести.

Металлографическое исследование

образцов с максимальной длительностью испытания выявило в зоне разрушения пластичный излом

Прямые длительной прочности не имеют перелома при продолжительности испытания до 6000 час. Металлографическое исследование образцов с максимальной длительностью испытания выявило в зоне разрушения пластичный излом внутрикристаллического характера. Известно, что перелом прямой в координатах lga—lg т для этого класса сталей в данных условиях испытания не обнаруживается и при 86 более длительном времени до разрушения (10000 час.). Это подтверждается испытаниями стали 12Х11В2МФ (ЭИ756), продолжительность которых доведена до 30 000 час.

На основании вышеизложенного можно заключить, что наиболее эффективным легирующим элементом для исследованного класса сталей является вольфрам, который наряду с повышением сопротивления ползучести существенно увеличивает длительную прочность стали. Молибден также повышает жаропрочные свойства, но он является дефинитным элементом. Кроме того, в стали с большим содержанием вольфрама (4%) влияние молибдена на длительную прочность резко уменьшается и повышенное его содержание может даже привести к некоторому снижению длительной 'прочности стали.