Коррозионностойкие, жаропрочные, жаростойкие сплавы

Саратовский государственный  технический университет 

имени Ю.А. Гагарина

Кафедра: МСФ

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Материаловедение»:

Коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные сплавы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Коррозионностойкие сплавы

Марки коррозионно – стойких сплавов

Классификация коррозионностойких сталей и сплавов

Хромистые стали

2. Жаростойкие стали и сплавы

Марки жаростойких сталей и сплавов

3. Жаропрочные стали и сплавы

Марки жаропрочных сталей и сплавов

Классификация жаропрочных  сталей и сплавов.

4. Общая классификация и маркировка сталей.
5. Свойства сплавов
6. Применение сталей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коррозионностойкие сплавы. 

Стали, устойчивые против коррозии, – это нержавеющие стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением. К этим сталям относятся следующие марки: 20Х13 (2Х13), 08Х13 (0Х13), 25Х13Н2 (2Х14Н2, ЭИ474). Они применяются для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов), деталей, работающих в слабоагрессивных средах (при атмосферных осадках, в водных растворах солей, органических кислот); высокая коррозионная стойкость обеспечивается после термической обработки и полировки.

Марки коррозионностойких сплавов    

Сталь марки 14Х14Н12 (1Х17Н2, ЭИ268) применяется в основном в химической и авиационной промышленности; обладает достаточно удовлетворительными технологическими свойствами.   

Сталь марки 15Х25Т (Х25Т, ЭИ439) применяется в производстве теплообменной  аппаратуры (труб, соединительных фланцев, вентилей, кранов), работающей в агрессивных  средах; используется в качестве заменителя стали марки 12Х18М10Т при изготовлении сварных конструкций, работающих в  более агрессивных средах, чем  среды, рекомендуемые для стали  марки 08Х17Т; не рекомендуется применение этой стали (15Х25Т) при температурах +400–700 °C. 08Х21Н6М2Т идет на изготовление деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности – уксуснокислых, сернокислых и фосфорнокислых; марки 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т используются для производства сварных конструкций, работающих в условиях действия кипящей фосфорной, серной и 10 %-ной уксусной кислот, а также в сернокислых средах.   

В ряде узлов механизмов подшипники работают в агрессивных  средах и при повышенных температурах. В этих узлах используется в основном коррозионно—стойкая сталь 95×18. Микроструктура коррозионно—стойкой стали 95 × 18 – скры—тоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды, а микроструктура аналогичной стали 11 × 18 М – скрыто—и мелкокристаллический мартенсит и избыточные карбиды, но игольчатый мартенсит в стали 11 × 18 М не допускается. В случае работы подшипников при температурах от —200 °C до +120 °C наилучший комплекс механических и антикоррозионных свойств используемых сталей имеет место при следующем режиме термической обработки: подогрев – до +350 °C, окончательный нагрев при +1070 °C ± 20 °C, закалка – в масле с температурой от +30 до +60 °C, обработка холодом – при —70 °C и отпуск – от +150 до +160 °C.   

Как показала многолетняя  практика применения в различных  отраслях промышленности, коррозионная стойкость сталей зависит от многих факторов:   

1) от используемых легирующих элементов – хрома, никеля, алюминия, титана, молибдена, их сочетаний и процентного содержания в сплавах; например высокими антикоррозионными свойствами обладают хромомолибде—новые и хромомолибденованадиевые стали марок 15ХМ, 20ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА;   

2) от термической или химико—термической обработки;   

3) от качества обработки поверхности сталей и деталей, работающих в агрессивных средах («зеркальные» поверхности, как правило, более устойчивы к коррозии, чем шероховатые).

Классификация коррозионно-стойких  сталей и сплавов. 

 

Коррозионная  стойкость может быть повышена, если содержание углерода свести до минимума, если ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы в таком количестве, при котором скачкообразно повысится электродный потенциал сплава.

Важнейшими  коррозионно-стойкими техническими сплавами являются нержавеющие стали с  повышенным содержанием хрома: хромистые  и хромоникелевые. На рис. 20.1 показано влияние количества хрома в железохромистых сплавах на электрохимический потенциал сплава.

Рис 20.1. Влияние хрома на потенциал  сплавов 

Хромистые стали.

Содержание  хрома должно быть не менее 13% (13…18%).

Коррозионная стойкость  объясняется образованием на поверхности  защитной пленки оксида  .

Углерод в нержавеющих сталях является нежелательным, так как он обедняет раствор хромом, связывая его в карбиды, и способствует получению двухфазного состояния. Чем ниже содержание углерода, тем  выше коррозионная стойкость нержавеющих  сталей.

Различают стали ферритного класса 08Х13, 12Х17, 08Х25Т, 15Х28. Стали с повышенным содержанием хрома не имеют фазовых превращений в твердом состоянии и поэтому не могут быть подвергнуты закалке. Значительным недостатком ферритных хромистых сталей является повышенная хрупкость из-за крупнокристаллической структуры. Эти стали склонны к межкристаллитной коррозии (по границам зерен) из-за обеднения хромом границ зерен. Для избежания этого вводят небольшое количество титана. Межкристаллитная коррозия обусловлена тем, что часть хрома около границ зерна взаимодействует с углеродом и образует карбиды. Концентрация хрома в твердом растворе у границ становится меньше 13% и сталь приобретает отрицательный потенциал.

Из-за склонности к росту  зерна ферритные стали требуют  строгих режимов сварки и интенсивного охлаждения зоны сварного шва. Недостатком  является и склонность к охрупчиванию при нагреве в интервале температур 450…500^oС

Из ферритных сталей изготавливают  оборудование азотно-кислотных заводов (емкости, трубы).

Для повышения механических свойств ферритных хромистых  сталей в них добавляют 2…3 % никеля. Стали 10Х13Н3, 12Х17Н2 используются для  изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих в агрессивных средах.

После закалки от температуры 1000^oC и отпуска при 700…750^oС предел текучести сталей составляет 1000 МПа.

Термическую обработку для  ферритных сталей проводят для получения  структуры более однородного  твердого раствора, что увеличивает  коррозионную стойкость.

Стали мартенситного  класса 20Х13, 30Х13, 40Х13. После закалки и отпуска при 180…250^oС стали 30Х13, 40Х13 имеют твердость 50…60 HRC и используются для изготовления режущего инструмента (хирургического), пружин для работы при температуре 400…450^o, предметов домашнего обихода.

Стали аустенитного класса – высоколегированные хромоникелевые стали.

Никель – аустенитообразующий элемент, сильно понижающий критические точки   превращения. После охлаждения на воздухе до комнатной температуры имеет структуру аустенита.

Нержавеющие стали аустенитного класса 04Х18Н10, 12Х18Н9Т имеют более высокую коррозионную стойкость, лучшие технологические свойства по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, лучше свариваются. Они сохраняют прочность до более высоких температур, менее склонны к росту зерна при нагреве и не теряют пластичности при низких температурах.

Хромоникелевые стали  коррозионностойки в окислительных средах. Основным элементом является хром, никель только повышает коррозионную стойкость.

Для большей гомогенности хромоникелевые стали подвергают закалке с температуры 1050…1100^oC в воде. При нагреве происходит растворение карбидов хрома в аустените. Выделение их из аустенита при закалке исключено, так как скорость охлаждения велика. Получают предел прочности  = 500…600 МПа, и высокие характеристики пластичности, относительное удлинение  = 35…45%.

Упрочняют аустенитные стали холодной пластической деформацией, что вызывает эффект наклепа. Предел текучести при этом может достигнуть значений 1000…1200 МПа, а предел прочности – 1200…1400 МПа.

Для уменьшения дефицитного  никеля часть его заменяют марганцем (сталь 40Х14Г14Н3Т) или азотом (сталь 10Х20Н4АГ11).

Аустенитно-ферритные  стали 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т являются заменителями хромоникелевых сталей с целью экономии никеля.

Свойства сталей зависят  от соотношения ферритной и аустенитной фаз (оптимальные свойства получают при соотношении – Ф:А=1:1 ). Термическая обработка сталей включает закалку от температуры 1100…1150^oC и отпуск-старение при температуре 500…750^oC.

Аустенитно-ферритные стали  не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением: трещины могут  возникать только на аустенитных участках, но ферритные участки задерживают их развитие. При комнатных температурах аустенитно-ферритные стали имеют твердость и прочность выше, а пластичность и ударную вязкость ниже, чем стали аустенитного класса.

Кроме нержавеющих сталей в промышленности применяют коррозионно-стойкие  сплавы – это сплавы на никелевой основе. Сплавы типа хастеллой содержат до 80 % никеля, другим элементом является молибден в количестве до 15…30 %. Сплавы являются коррозионно-стойкими в особо агрессивных средах (кипящая фосфорная или соляная кислота), обладают высокими механическими свойствами. После термической обработки – закалки и старения при температуре 800^oС – сплавы имеют предел прочности  МПа, и твердость  . Недостатком является склонность к межкристаллической коррозии, поэтому содержание углерода в этих сплавах должно быть минимальным.

 

2. Жаростойкие стали и сплавы

 

       Жаростойкость (окалиностойкость) – это способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.

Если изделие работает в окислительной газовой среде  при температуре 500..550^oC без больших нагрузок, то достаточно, чтобы они были только жаростойкими (например, детали нагревательных печей).

Сплавы на основе железа при  температурах выше 570^oC интенсивно окисляются, так как образующаяся в этих условиях на поверхности металла оксид железа  (вюстит) с простой решеткой, имеющей дефицит атомов кислорода (твердый раствор вычитания), не препятствует диффузии кислорода и металла. Происходит интенсивное образование хрупкой окалины.

Рис. 20.2. Влияние хрома на жаростойкость  хромистой стали

Для повышения жаростойкости  в состав стали вводят элементы, которые образуют с кислородом оксиды с плотным строением кристаллической  решетки (хром, кремний, алюминий).

Степень легированости стали, для предотвращения окисления, зависит от температуры. Влияние хрома на жаростойкость хромистой стали показано на рис.20.2.

Чем выше содержание хрома, тем  более окалиностойки стали (например, сталь 15Х25Т является окалиностойкой до температуры 1100…1150^oC).

Высокой жаростойкостью обладают сильхромы, сплавы на основе никеля – нихромы, стали 08Х17Т, 36Х18Н25С2, 15Х6СЮ. 

В соответствии с ГОСТ 5632—72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные» к группе жаростойких (окалиностойких) отнесены стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. 
        К сталям и сплавам этой группы предъявляют достаточно сложный комплекс требований, включающий наряду с высоким сопротивлением газовой коррозии хорошую технологичность в металлургическом переделе (изготовление листов, ленты и труб) и при изготовлении сложных сварных конструкций. Требуется также определенный уровень жаропрочности, поскольку в отличие от сплавов сопротивления, используемых для электронагревателей и также обладающих высоким сопротивлением окислению, жаростойкие конструкционные стали и сплавы в процессе эксплуатации обычно испытывают воздействие механических напряжений, хотя бы от собственной массы детали (муфели, экраны, газоходы, опоры, подвески и т.д.). 
        Жаростойкость материалов измеряется изменением массы образца (увеличением массы в результате окисления или уменьшением после стравливания окалины) за определенное время при определенных условиях испытания (обычно при постоянных температуре и составе атмосферы) и выражается величиной изменения массы (г/м²) за данный отрезок времени либо в единицах скорости — [г/(м² ·ч)]. Чем меньше эти величины, тем выше жаростойкость. В случае хорошей жаростойкости скорость окисления при увеличении времени испытания снижается в связи с затуханием процесса. 
        Практически удобной является оценка скорости окисления в мм/год, которая определяется пересчетом величины потери массы по следующей формуле: 
        ν _ок = (Δq/γ · 10³) · 8,7,  
        где Δq - скорость окисления по убыли массы, г/(м² ·ч); γ — плотность стали, кг/м³. 
        Высокое сопротивление окислению обеспечивается обычно не низким сродством компонентов сплава к кислороду, а свойствами слоя оксидов, образующихся на сплаве. Основные требования к защитной окалине — это ее сплошность, низкая диффузионная проницаемость для ионов кислорода в направлении к поверхности раздела металл-окалина и ионов компонентов сплава к поверхности окалина—газовая среда, а также хорошая адгезия окалины с металлом. 
        Обеспечение этих требований зависит не только от состава стали или сплава, но и от условий эксплуатации (температуры, состава и давления газовой среды, продолжительности, наличия теплосмен, уровня механических напряжений и т.п.). 
        Основным элементом, определяющим уровень жаростойкости сталей и сплавов, является хром, образующий защитную пленку, состоящую из Cr₂O₅ или шпинели NiO · Cr₂O₃. или более сложного состава типа (Fe,Ni)O · (Cr,Fe) ₂O₃. 
        Поскольку хром определяет также и коррозионную стойкость сталей, в процессе развития качественной металлургии высоколегированных сталей было установлено, что целый ряд материалов обладает как коррозионной стойкостью, так и жаростойкостью. К таким материалам относятся стали типа 15Х25Т, Х18Н(9-12), 10Х14П4Н4Т и сплав ХН78Т. Поэтому четкую границу между коррозионностойкими и жаростойкими материалами провести нельзя. 
        Безникелевые хромистые стали с 20-25 % Cr относятся к ферритному классу, и жаропрочность их при высоких температурах невысока. Сталь15Х25Т имеет ряд недостатков (в частности, ограниченную свариваемость), что, несмотря на высокую жаростойкость и относительную дешевизну, сдерживает ее широкое применение. 
        Улучшение характеристик хромистой основы было достигнуто: 
        1. введением 2,5-3,5 % Аl, что позволило значительно повысить жаростойкость за счет образования в окалине защитных фаз Al₂O₃ и FeO · (Al,Cr) ₃O₃; 
        2. использованием внепечного рафинирования металла, существенно снижающего количество примесей внедрения и, как следствие, повышающего технологические свойства стали в холодном состоянии. Кроме того, при выплавке стали может быть использовано до 100 % отходов. 
        Наиболее широкое распространение находят хромоникелевые и хромоникельмарганцовистые стали аустенитного класса. Основные преимущества этих сталей — более высокая жаропрочность и хорошая технологичность как в горячем, так и в холодном состоянии, хорошая свариваемость, ремонтоспособность. 
        Из сталей этого класса можно отметить не имеющие зарубежных аналогов экономнолегированные никелем стали 12Х25Н16Г7АР и07Х25Н16АГ6Ф (вторая с улучшенной свариваемостью), нашедшие применение в ракетно-космической технике (сопла, диафрагмы). 
        Легированная алюминием сталь 10Х18Н18Ю4Д имеет высокую жаростойкость до температуры 1100 °С. 
        Сталь 20Х25Н20С2, легированная кремнием, также имеет высокую жаростойкость, устойчива в серосодержащих средах, однако технологичность ее хуже, вероятно, за счет сочетания высокого содержания хрома и кремния. 
        Сплав на железоникелевой основе ХН32Т, являющийся аналогом зарубежного сплава Incoloy 800, обладает высокой структурной стабильностью и предназначен для длительной эксплуатации в аппаратуре нефтехимических производств (листы, трубы) при температурах до 850°С. 
        Сплав ХН45Ю был разработан в результате систематического исследования сплавов системы Fe-Ni-Cr(9-20 %)-Аl(0-4 %). Предложенное оптимальное сочетание легирующих элементов позволило создать экономнолегированный технологичный сплав, обладающий наиболее высокой жаростойкостью из известных в настоящее время сплавов (до 1200—1300 °С) и являющийся полноценным заменителем сплавов на никелевой основе для ряда применений при значительной экономии никеля (до 330 кг на 1 т сплава). 
        Сплавы на никелевой основе могут быть рекомендованы к применению только для весьма ответственных назначений в авиационной и ракетно-космической технике (камеры сгорания, форсажные камеры). 
Классы:

• Хромистые стали ферритного класса 
  
• Хромоникелевая сталь аустенитно-ферритного класса 
  
• Хромоникелевые стали аустенитного класса 
  
• Сплавы на железоникелевой основе 
  
• Сплавы на никелевой основе 
  

Марки жаростойких  сталей и сплавов

№  п/п	Марка	Условное  обозначение	Применение
1	03Х20Ю3НТБ	КО-4	для изготовления слабонагруженных деталей котельников...
2	15Х25Т	ЭИ439	для изготовления деталей печной арматуры с рабочей поверхностью
3	20Х20Н14С2	ЭИ211	для изготовления деталей печных конвейеров, ящиков.
4	12Х18Н9Т	-	для изготовления муфелей  термических печей
5	10Х18Н18Ю4Д	ЭП841	для изготовления деталей
6	20Х23Н18	ЭИ417	для изготовления печного оборудования: муфелей
7	12Х25Н16Г7АР	ЭИ835	в турбостроении для изготовления деталей газопроводов
8	07Х25Н16АГ6Ф	ЭП750	для изготовления штампосварных конструкций сложной схемы
9	20Х25Н20С2	ЭИ283	в печестроении для изготовления листовых деталей
10	ХН32Т	ЭП670	в нефтехимическом машиностроении
11	ХН45Ю	ЭП747	в печестроении для изготовления роликов
12	ХН70Ю	ЭИ652	для изготовления деталей камер сгорания
13	ХН78Т	ЭИ435	в различных областях техники
14	ХН60ВТ	ЭИ868	для изготовления деталей камер сгорания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Жаропрочные стали и сплавы

 

   Жаропрочными называют стали и  сплавы, сохраняющие при повышенных температурах в течение определенного  времени высокую механическую прочность  и обладающие при этом достаточной  жаростойкостью.

В большинстве случаев  жаропрочность оценивается с помощью определения следующих характеристик:

1. Предел ползучести – напряжение, при котором через определенный промежуток времени деформация ползучести при данной температуре получит заранее заданную величину.

При обычной температуре и напряжениях  выше предела упругости   ползучесть не наблюдается, а при температуре выше 0,6Т_пл, когда протекают процессы разупрочнения, и при напряжениях выше предела упругости  наблюдается ползучесть.

В зависимости от температуры скорость деформации при постоянной нагрузке выражается кривой состоящей из трех участков (рис. 20.3):

Рис. 20.3. Кривая ползучести 

 

1. ОА – упругая деформация образца в момент приложения нагрузки;
2. АВ – участок, соответствующий начальной скорости ползучести;
3. ВС – участок установившейся скорости ползучести, когда удлинение имеет постоянную скорость.

Если  напряжения достаточно велики, то протекает  третья стадия (участок СД), связанная  с началом разрушения образца (образование  шейки).

Для углеродистых сталей ползучесть наблюдается  при нагреве выше 400^oС.

Предел ползучести – напряжение, которое за определенное время при заданной температуре вызывает заданное суммарное удлинение или заданную скорость деформации  .

Например МПа, где верхний индекс – температура испытания в^oС, первый нижний индекс – заданное суммарное удлинение в процентах, второй – заданная продолжительность испытания в часах.

2. Длительная прочность – напряжения, вызывающие разрушение металла при заданной температуре за определенный отрезок времени.

Жаропрочные стали и сплавы относятся к третьей группе высоколегированных сталей. Их микроструктура после термической обработки должна состоять из скрыто—и мелкоигольчатого мартенсита или мелкоигольчатого мартенсита и избыточных карбидов легирующих элементов (MoC, CrC, NiC и т. д.).

Марки жаропрочных  сталей и сплавов   

К жаропрочным сталям и  сплавам относятся:   

1) 40Х9С2. Применяется для  изготовления клапанов моторов  и крепежных деталей, работающих  в условиях высоких температур  – около +1000 °C;   

2) Х1560–Н. Используется для изготовления нагревательных элементов (рабочая температура нагревательных элементов +1000–1300 °C);   

3) Х20Н80, Х20Н80–ВИ (выплавляется вакуумно—индук—ционных способом);   

4) Х15Н60–Н—ВИ, Н50К10, Х13Ю4, ОХ23Ю5, ОХ23Ю5А, Ох27Ю5А. Из этих сплавов изготовляют термодатчики и термочувствительные элементы, проволоку и ленту для нагревательных печей, электрических аппаратов теплового действия, микропроволоку для резисторов неответственного назначения; указанные сплавы работают в интервале от +1000 до +1300 °C.   

К жаропрочным сталям и  сплавам относятся также следующие марки:    

1) ХН60Ю. Применяется для изготовления деталей турбин (из листового проката), работающих при умеренных напряжениях, а также для нагревательных приборов сопротивления;    

2) 20Х23Н18. Идет на изготовление  деталей машин для химической  и нефтяной промышленности, запорной  арматуры для газопроводов, камер  сгорания, а также для нагревательных  приборов сопротивления;   

3) 09Х16Н15М3Б. Используется  в производстве труб пароперегревателей  и трубопроводов высокого давления;    

4) 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н9Т.  Применяются для изготовления  деталей выхлопных систем и  труб (из листового и сортового  проката), сталь 12Х18Н12Т более стабильна  при эксплуатации, чем сталь марки  12Х18Н10Т;   

5) 40Х15Н7Г7Ф2МС. Идет на изготовление  крепежных деталей, работающих  при температуре +650 °C. Жаропрочность сталей и сплавов зависит от состава легирующих элементов, их сочетания и концентрации. ГОСТ 5632–72 рекомендует оптимальные интервалы температур, при которых детали, изготовленные из жаропрочных сталей и сплавов, обладают наибольшей надежностью в работе. Кроме того, в стандарте для каждой марки стали или сплава указаны температура начала интенсивного окалинообразова—ния и срок работы деталей из них – кратковременный, ограниченный, длительный и весьма длительный. За кратковременный срок работы условно принимают время службы детали до 100 ч, ограниченный – до 1000 ч, длительный – до 10 000 ч и весьма длительный – до 100 000 ч.   

Жаропрочные сплавы бывают высоколегированными и прецизионными. Прецизионные сплавы характеризуются  высокой чистотой компонентов, их точным соотношением. Маркировка прецизионных сплавов немного отличается от маркировки легированных сталей и сплавов. ГОСТ 10994–74 регламентирует химический состав, основные физические свойства и области  применения каждого сплава. Выше были перечислены жаропрочные прецизионные сплавы и указаны области их применения – Н50К10, Х13Ю4, ОХ23Ю5, Х15Н60–Н и т. д.

Классификация жаропрочных сталей и сплавов. 

 

В качестве современных  жаропрочных материалов можно отметить перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, никелевые и кобальтоавые жаропрочные сплавы, тугоплавкие металлы.

При температурах до 300^oC обычные конструкционные стали имеют высокую прочность, нет необходимости использовать высоколегированные стали.

Для работы в интервале  температур 350…500^oC применяют легированные стали перлитного, ферритного и мартенситного классов.

Перлитные жаропрочные стали. К этой группе относятся котельные стали и сильхромы. Эти стали применяются для изготовления деталей котельных агрегатов, паровых турбин, двигателей внутреннего сгорания. Стали содержат относительно мало углерода. Легирование сталей хромом, молибденом и ванадием производится для повышения температуры рекристаллизации (марки 12Х1МФ, 20Х3МФ). Используются в закаленном и высокоотпущенном состоянии. Иногда закалку заменяют нормализацией. В результате этого образуются пластинчатые продукты превращения аустенита, которые обеспечивают более высокую жаропрочность. Предел ползучести этих сталей должен обеспечить остаточную деформацию в пределах 1 % за время 10000…100000 ч работы.

Перлитные стали  обладают удовлетворительной свариваемостью, поэтому используются для сварных  конструкций (например, трубы пароперегревателей).

Для деталей газовых  турбин применяют сложнолегированные стали мартенситного класса 12Х2МФСР, 12Х2МФБ, 15Х12ВНМФ. Увеличение содержания хрома повышает жаростойкость сталей. Хром, вольфрам, молибден и ванадий повышают температуру рекристаллизации, образуются карбиды, повышающие прочность после термической обработки. Термическая обработка состоит из закалки от температур выше 1000^oС в масле или на воздухе и высокого отпуска при температурах выше температуры эксплуатации.

Для изготовления жаропрочных  деталей, не требующих сварки (клапаны  двигателей внутреннего сгорания), применяются хромокремнистые стали  – сильхромы: 40Х10С2М, 40Х9С2, Х6С.

Жаролрочные свойства растут с увеличением степени легированности. Сильхромы подвергаются закалке от температуры около 1000^oС и отпуску при температуре 720…780^oС.

При рабочих температурах 500…700^oC применяются стали аустенитного класса. Из этих сталей изготавливают клапаны двигателей, лопатки газовых турбин,сопловые аппараты реактивных двигателей и т.д.

Основными жаропрочными аустенитными сталями являются хромоникелевые стали, дополнительно легированные вольфрамом, молибденом, ванадием и другими элементами. Стали содержат 15…20 % хрома и 10…20 % никеля. Обладают жаропрочностью и жаростойкостью, пластичны, хорошо свариваются, но затруднена обработка резанием и давлением, охрупчиваются в интервале температур около 600^oС, из-за выделения по границам различных фаз.

По структуре  стали подразделяются на две группы:

1. Аустенитные стали с гомогенной структурой 17Х18Н9, 09Х14Н19В2БР1,12Х18Н12Т. Содержание углерода в этих сталях минимальное. Для создания большей однородности аустенита стали подвергаются закалке с 1050…1100^oС в воде, затем для стабилизации структуры – отпуску при 750^oС.

2. Аустенитные стали с гетерогенной структурой 37Х12Н8Г8МФБ, 10Х11Н20Т3Р.

Термическая обработка  сталей включает закалку с 1050…1100^oС. После закалки старение при температуре выше эксплуатационной (600…750^oС). В процессе выдержки при этих температурах в дисперсном виде выделяются карбиды, карбонитриды, вследствие чего прочность стали повышается.

Детали, работающие при температурах 700…900^oC, изготавливают из сплавов на основе никеля и кобальта (например, турбины реактивных двигателей).

Никелевые сплавы преимущественно  применяют в деформированном  виде. Они содержат более 55 % никеля и минимальное количество углерода (0,06…0,12 %). По жаропрочным свойствам  превосходят лучшие жаропрочные  стали.

По структуре  никелевые сплавы разделяют на гомогенные (нихромы) и гетерогенные (нимоники).

Нихромы. Основой этих сплавов является никель, а основным легирующим элементом – хром (ХН60Ю, ХН78Т).

Нихромы не обладают высокой жаропрочностью, но они очень  жаростойки. Их применяют для малонагруженных  деталей, работающих в окислительных  средах, в том числе и для  нагревательных элементов.

Нимоники являются четвертными сплавами никель – хром (около 20 %) – титан (около 2%) – алюминий (около 1 %) (ХН77ТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН55ВМТФКЮ). Используются только в термически обработанном состоянии. Термическая обработка состоит из закалки с 1050…1150^oС на воздухе и отпуска – старения при 600…800^oС.

Увеличение жаропрочности  сложнолегированных никелевых сплавов  достигается упрочнением твердого раствора введением кобальта, молибдена, вольфрама.

Основными материалами, которые могут работать при температурах выше 900^oC (до 2500^oС), являются сплавы на основе тугоплавких металлов – вольфрама, молибдена, ниобия и других.

Температуры плавления  основных тугоплавких металлов: вольфрам – 3400^oС, тантал – 3000^oС, молибден – 2640^oС, ниобий – 2415^oС, хром – 1900^oС.

Высокая жаропрочность  таких металлов обусловлена большими силами межатомных связей в кристаллической  решетке и высокими температурами  рекристаллизации.

Наиболее часто  применяют сплавы на основе молибдена. В качестве легирующих добавок в  сплавы вводят титан, цирконий, ниобий. С целью защиты от окисления проводят силицирование, на поверхности сплавов образуется слой MoSi₂ толщиной 0,03…0,04 мм. При температуре 1700^oС силицированные детали могут работать 30 часов.