Жаропрочные материалы. Сплавы на основе никеля, кобальта и хрома

Под жаропрочностью понимается способность материала длительное время (1…10 часов для ракетостроения, сотни часов – для авиационных турбин, несколько тысяч часов – для стационарных газовых и паровых турбин) сопротивляться деформации и разрушению в области высоких температур. Жаропрочными называют сплавы, которые способны работать под напряжением при повышенных температурах на протяжении некоторого времени и при этом иметь необходимую жаростойкость. Рабочие температуры для таких сплавов составляют от 30 да 50% от температуры плавления, например, для стационарных турбин – это 30%, для авиационных турбин – 45%, для ракетостроения – 50% [1, 2]. Большой интерес к жаропрочным сплавам начал возникать в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это было связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей. Первыми жаропрочными материалами были стали, которые использовали для газотурбинных двигателей. Их разработали в 1936-1938 годах в Германии и предназначались они для работы при температурах 600-700°C. Жаропрочность была достигнута за счет дисперсионного твердения (Ni3Ti) и карбидным упрочнением. Несколько позже были изобретены материалы, стойкость которых сохранялась до температуры 900°C. Добиться этого удалось введением в сталь аустенитного класса сложнолегированных сплавов.

---

Мы делаем срочные курсовые работы на заказ в Краснодаре , заполняйте форму на сайте.

---

. В настоящее время жаропрочные сплавы, работающие при температуре 700-950°С, создают на основе железа, никеля, кобальта. А если необходима работа при температурах несколько выше (до 1200-1500°С), то используют сплавы на основе тугоплавких металлов, например. Наиболее широко распространенными жаропрочными сплавами являются материалы на основе никеля. Они могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Чаще всего применяют никелевые литейные сложнолегированные сплавы. Они могут работать до вполне высоких температур и при высоких статических и динамических нагрузках, например, температура может достигать 1050-1100°C весьма продолжительное время: в течение сотен и тысяч часов [1].

Жаропрочные стали и сплавы как особый вид конструкционных материалов стал интенсивно развиваться в связи с развитием турбостроения. Жаропрочные стали и сплавы – это материалы, которые работают при высоких температурах в течение заданного периода времени в условиях сложнонапряженного состояния. Главной характеристикой, определяющей работоспособность стали или сплава, является жаропрочность. Большой интерес к жаропрочным сплавам начал возникать в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это было связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей. Надежность работы сплава оценивается не только прочностью, но и пластичностью, которую он сохраняет до конца службы. Поэтому еще одной важной характеристикой жаропрочного материала является запас пластичности, который определяется такими показателями, как длительная прочность и ползучесть. Необходимые требования к материалам для изготовления лопаток турбин определены именно развитием конструкции двигателей, постоянным увеличением таких свойств как: жаропрочность, пластичность, сопротивление термической и малоцикловой усталости, стойкость к воздействию газовой среды. Материалы для лопаток турбин современных двигателей должны обладать определенным набором свойств: иметь высокую сопротивляемость разрушению при термической и малоцикловой усталости, которая является в настоящее время основным видом разрушения. Опасность разрушения усугубляется поверхностными реакциями, связанными с газовой коррозией, разупрочнением границы зёрен. Жаропрочные сплавы применяются для изготовления деталей, работающих при температурах свыше 700°С. По сравнению со сталями они более жаропрочны. Сплав на никелевой основе, содержащий кроме хрома (20%) присадки алюминия и титана, используют для изготовления камер сгорания, жаровых труб. Сплав, содержащий 14% кобальта, применяют для изготовления лопаток газовых турбин, работающих при температурах 850-950° С. Никелевые сплавы применяют также для изготовления термопар, нагревательных элементов, реостатов и измерительных приборов, деталей ответственного назначения в химическом машиностроении. В металлокерамических твердых сплавах широко используют кобальт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с. Черепахин А.А. Материаловедение / А.А. Черепахин, И.И. Колтунов, В.А. Кузнецов – М.: КНОРУС, 2011. – 240 с. Основы материаловедения / Под ред. А.В. Смирнова – М.: Машиностроение, 1976. – 436 с. Врублевский А.И. Химия элементов / А.И. Врублевский, Е.В. Барковский – М.: Юнипресс, 2002. – 544 с. Свойства элементов / Под ред. М.Е. Дрица – М.: Металлургия, 1985. – 672 с. Никель, никелевые сплавы – URL: http://промпортал.su/nikel (дата обращения 10.05.2014 г.). Легирование сплавов на никелевой основе – URL: http://mitalolom.ru/2012/04/13/2-legirovanie-splavov-na-nikelevoj-osnove/ (дата обращения 10.05.2014 г.). Алаи С.И. Технология конструкционных материалов / С.И. Алаи, П.М. Григорьев, А.Н. Ростовцев – М.: Просвещение, 1980. – 224 с. Виноградов Ю.Г. Материаловедение / Ю.Г. Виноградов, К.С. Орлов, Л.А. Попов – М.: Высшая школа, 1983. – 256 с. Гольдштейн М.И. Специальные стали / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.В. Векслер – М.: Металлургия, 1985. – 408 с.