Влияние на жаропрочность сплавов

«Пищевая» нержавейка 20x23н18

Она производится из жаропрочного сплава. Её свойства, как и других жаропрочных сталей тесно связаны с величиной зерна. От величины зерна зависят электрохимические процессы, протекающие в приграничных зонах и распределение примесей вокруг кристалла. Скопление примесей в приграничных объемах ослабляют прочность связей между кристаллами при высоких температурах и может служить причиной резкого снижения жаропрочности.

Влияние величины зерна на сопротивление ползучести

Было изучено на стали 12x18н10т. Крупнозернистая сталь имела более высокое сопротивление ползучести, чем горячекатаная с мелким зерном. При высоких температурах сплав начинает рекристаллизацию. В случае крупнозернистой стали наклон линий на двойной диаграмме не очень крутой, что отражает лучшее сопротивление ползучести. Такие же результаты были получены при испытании хромоникелевой стали 20x23н18 с крупным зерном, которая имеет более высокую жаропрочность, но малую пластичность.

Влияние величины зерна на прочность

При пониженных и комнатных температурах прочностные характеристики сплавов с мелким зерном очень высокие. При повышенных температурах крупнозернистые сплавы показывают лучшую жаропрочность, но не имеют достаточной пластичности. Это положение распространяется на сплавы аустенитной и ферритной структуры.

Влияние инородных примесей в пограничных областях

Механизм взаимодействия примесей недостаточно изучен, установлено, что маленькие доли S, Pb, Bi, Sn, Sb сильно понижают жаропрочные характеристики. Присутствие десятитысячной доли свинца в никель-хромотитанистом сплаве 75−20−2,5 Ti с 0,7% Al, значительно уменьшает жаропрочность сплава. В первую очередь при затвердевании сплава кристаллизуются зерна тугоплавкого вещества, а легкоплавкие примеси, которые не растворяются, скапливаются в пограничных зонах. Они оказывает значительное влияние на качество литых сплавов. У деформированных материалов ослабление прочности при повышенных температурах может быть ещё больше при наличии легкоплавких примесей. Не все примеси оказывают вредное влияние на жаропрочность. Существует группа элементов (вольфрам, молибден, ниобий, бор), присадка которых в небольших дозах, увеличивает прочность пограничных слоев. Также необходимо учитывать возможные изменения концентрации легирующих элементов в пограничном слое после диффузии или образование новых фаз, которые и приводят к потере жаропрочности и снижению пластичности. Разница в величине зерна стали 12x18н10т влияет на процессы выделения карбидов хрома по границам зерен и склонности стали к межкристаллитной коррозии.

Аналогичные изменения в концентрации твердого раствора на границах зерен и у других материалов. Это выявляется различной травимостью зерен после гомогенизации сплава при высокой температуре с последующим нагревом в интервале рабочих температур.

Дисперсионное твердение

Этот процесс напрямую связан с образованием карбидных и интерметаллидных фаз и зависит от величины зерна. Отчетливо этот процесс протекает в аустенитных сталях, закаленных высокими температурами, с грубозернистой структурой. Дисперсионное твердение протекает очень интенсивно при одновременном действии напряжения и температур, гораздо лучше, чем при действии только одних температур. Критическое количество примесей, которые понижают температуру плавления, приводит к межкрметаллитному разрушению.

Разнозернистость материала

Все жаропрочные характеристики высоколегированных сплавов и сталей в большой степени снижаются при разнозернистости материала, когда в образце присутствуют одновременно кристаллы с мелким и крупным зерном. Подобная смесь может возникнуть в изделиях, которые подвергаются горячей обработке давлением, когда металл попадает в под деформацию критических степеней. Грубозернистая структура формируется там, где пластическая деформацию затруднена — при штамповке металла и вследствие неравномерного охлаждения металла во время его деформации. Образцы единой структуры будут обладать более высокой жаропрочностью, чем те образцы, которые имеют разнозернистую структуру. У сплава ЗИ 437 при t° 700 °C с однородной структурой и а=36 кГ/мм2 продолжительность нагрузки до разрушения = 72 часа. Большая часть образцов будет разрушена лишь после 150−200 часов. Если материал имеет разнозернистую структуру — образцы разрушатся в течение 6−30 часов. Соблюдая точно режим штамповки, можно предотвратить появление разнозернистости в деталях. Разнозернистость приводит к отсутствию постоянства свойств и к понижению жаропрочности.

Надрывы

Большая часть образцов будет иметь мелкие надрывы в пределах границ зерён. В зоне крупных зёрен надрывы появляются чаще всего. Исследование позволило установить, что надрывы появляются ещё задолго до разрушения образца. После возникновения первых надрывов жизнеспособность материала при достижении температуры 700−800°С и напряжении 36/15 кГ/мм2 в значительной степени теряется. Сначала возникает неглубокий надрыв на поверхности металла, далее при продолжительном испытании число и глубина надрывов будет постепенно возрастать. Накануне разрушения возникают надрывы внутри материала, их не видно на поверхности. Но, большое количество будет сосредоточено именно ближе к месту разрушения. Как правило, место разрушения не совпадает с местами первых надрывов.

Мелкозернистый металл

Если образцы с разнозернистой структурой под напряжением разрушаются при высокой температуре, то мелкозернистый материал легко удлиняется под таким воздействием. Как следствие — крупнозернистый и малопластичный материал будет растрескиваться по границам зёрен. Потому, изделия с однородной структурой считаются более долговечными. .

Газовая среда

Было предположение, что образование трещин в сплаве явилось результатом воздействия газовой среды. С целью проверки поверхность защищали слоем никеля, толщиной 10 мкм. Никелирование образцов проводилось гальваническим способом. В процессе испытаний выяснилось, что надрывы не отличаются от надрывов на тех образцах, которые не были защищены никелем.

Особенности обработки

Большое влияние оказывает чистота обработки, что подтверждается испытаниями. Из-за местной концентрации напряжений надрывы образуются раньше. Макро- и микроструктура формируются под действием деформирующих сил при горячей обработке давлением. Из-за перегрева поковок турбинных дисков выше 1160 °C, изготовленных из стали ЭИ481, а также более 1170 °C и из стали ЭИ4376 перед штамповкой характеристики жаропрочности снизились. И в том, и в другом случае перегрев вызовет укрупнение структуры, а также межкристаллическое окисление, которое сложно различить под микроскопом. Такое же отрицательное влияние будет оказывать перегревы во время термообработок сложнолегированных жаропрочных сплавов. Поэтому, следует строго соблюдать температурный режим производства.

Во время горячей обработки под давлением измельчается структура. Горячекатаный и горячештампованный материал обладает мелкозернистой структурой и напряжённым состоянием. В случае, если материал подвергнуть старению, то он приобретает высокие механические свойства при различных температурных режимах, однако, при очень высоких температурах имеет низкую жаропрочность. Данный эффект используют с целью получения изделий с более высокими механическими свойствами при умеренных температурах. Это можно назвать термомеханической обработкой.

Купить, цена

На складе ООО «" всегда в наличии высококачественный металлопрокат по оптимальным ценам. Все партии изделий имеют сертификат качества на соответствие требованиям стандартов и техническим условиям эксплуатации. В сертификате отмечен завод-изготовитель, номер чертежей и наименование деталей, марка сплава, номер плавки, механические свойства деталей, химический состав и результаты дополнительных испытаний. Реализация заказов — в самые сжатые сроки. Оптовым покупателям предоставляются льготные скидки.

Наш консультант сэкономит ваше время!

Станислав

Станислав

отдел продаж

+7 (905) 233-21-42