Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение табл. Si

Наименование материала

и марка

а0,2»

кГ/мм2

Ф. %

НВ, кГ/мм2

Область применения

Монель-металл

18-31

30-50

130

Для деталей оборудования нефтеперерабатывающей и

(НМЖМц28—2 5—1 5)

130

фармацевтической промышленности, насосов рудничных

вод, для деталей, работающих в концентрированных ще

63 -7 7

лочах, морской воде и т д.

Для клапанов насосов, пружин и других деталей высо

Монель К

10—25

20-30HRC

56-81

кой прочности и коррозионной стойкости

Монель 3

1 -4

320

Для литых деталей, работающих в агрессивных средах

21-31

при трении и скольжении

Никонель

35-5 0

145

Для деталей, работающих в окислительных средах при

210

высоких температурах

Хастеллой А (ЭИ4601)

40-4 8

40-5 4

Для деталей оборудования, работающих в соляной и

серной кислотах

Хастеллой В (ЭИ461

40—45

230

Для изготовления деталей, работающих в соляной кис

лоте до температуры кипения, а также в кислотах фос

форной, серной и др.

Хастеллой С (ЭП375)

38-46

25-5 0 180

Для деталей, работающих в среде хлора и хлористых

солей, азотной, фосфорной, уксусной, муравьиной кисло

тах и их солях

Хастеллой D

30—39HRC Для литых деталей, работающих в горячих растворах

серной кислоты

Хастеллой F

86HRC Для деталей оборудования, работающих в сильных

кислотах

Хастеллой W

Для изготовления деталей газотурбинных двигателей

Хастеллой X

» » » » »

Нионель

63 62—90HRB

Для изготовления емкостей. Для хранения фосфорной

и серной кислот горячих растворов каустической соды

Иллиум С

7 5

168

Для высокопрочных литых деталей в химическом ма

шиностроении. Хорошо сопротивляется воздействию сер

ной, фосфорной, азотной и органических кислот

4. Жаропрочные сплавы

Сплавы на основе никеля получили широкое применение как

жаропрочные материалы в современных турбинах и реактивных

двигателях. Основой этих сплавов является система Ni Сг

Fe. В качестве легирующих присадок для придания сплавам

необходимых жаропрочных

свойств вводят Ti, Al, Мо, W, Nb,

С, В, Ва, Са, Zr, Се.

Влияние различных элементов

на длительную прочность и твер

дость сплавов Ni—Сг—Fe при

800° С показано на рис. 118 {9].

Все жаропрочные сплавы в за

висимости от их назначения де

лят на деформируемые и литей

ные. Ниже дано описание струк

туры и свойств указанных групп

сплавов.

Деформируемые

жаропрочные сплавы

Состав, физико-механические

свойства и важнейшие области

применения отечественных дефор

мируемых жаропрочных сплавов

даны в табл. 53 [9].

Основой всех этих сплавов яв

ляется сложнолегированный (С,

Fe, Al, Nb, Мо, W, Ti) твердый

раствор никеля, характеризующийся высокой прочностью и тер

мической стабильностью.

Повышенная прочность и жаропрочность сплавов обеспечи

ваются образованием высокодисперсных частиц упрочняющих

фаз а'-фазы (часто обозначается у'-фаза типа Ni3(Al, Ti

г)-фаза (Ni3Ti), TiAl3, карбидов и боридов типа TiC, Сг7С3,

СГ5В3 a -фаза) Мо, Сг W Ni 4В3 и др.

Типичная структура жаропрочного никелевого деформируемо

го сплава показана на рис. 117 атласа. Подробно структура раз

личных сплавов и их поведение при термообработке описаны в

монографии [103].

За последние годы достигнуто значительное повышение жаро

прочных свойств сплавов и их эксплуатационной надежности в

изделиях. Это получено за счет применения более чистых пер

вичных металлов (Ni, Сг, Ti, Nb, W, Мо) свободных от вредных

легкоплавких и хрупких примесей Bi, Pb, Sb, Sn, резко снижаю

щих жаропрочность сплавов, а также совершенствования техно-

Рис. 118. Влияние различных эле

ментов на длительную 100-ч)

прочность и твердость сплавов

Ni Сг Fe при 800° С

222

Состав и механические свойства жаропрочных деформируемых сплавов [9]

Т а б л и ц а 53

с —

Механические свойства

Марка сплава

ГОСТ 5632—6

Заводская мар

сплава

Химический состав, %

Термическая обработка

Температура

испытания, °С

сч

г?

ио

-эГ

осГ

ХН77ТЮ ЭИ 43 7 А

19—22Сг, 2 ,3 —2,7Ti 0 55—

0,95Al, 4Fe, 0 6С, 0 6Si,

0,4Mn, 0 OlCe, остальное Ni

Закалка с 1080 ц 10° С, выдержка,

8 ч, охлаждение на воздухе, старение

при 700:1 10° С в течение 16 ч, ох

лаждение на воздухе

700

19000

100

60 25

285

ХН77ТЮР ЭИ437Б

19-22СГ 2 ,3 —2,7Ti, 0 ,5 5 -

0, 95A1, 4Fe, 0,6C, 0,6Si,

0 4Mn, 0 OlBa, 0 01 Ce,

0, 01 В, остальное Ni

То же

700

19800

100

285

ХН70ВМТЮ ЭИ 61 7

13—16Cr, 2—4Mo, 1,8—2 3Ti,

1 ,7 -2 3Al, 5—7W, 5Fe, 0,1 2C,

0 6Si, 0, 5Mn, 0 ,02Ce, 0,02B,

0,1 — 0 5V, остальное Ni

Закалка с 1190± 10° С, выдержка

2 ч

800

20000

114

14,5

1 5—3 310

ХН70МВТЮБ

ЭИ598

16—19Cr 4—6Mo, 1 ,9 —2,8Ti,

1 — 1, 7A1, 2—3 5W, 5Fe, 0 ,1 2C,

0 6Si, 0, 5Mn, 0, 02Се, 0,01В,

0 5—l,3N b, остальное Ni

Закалка с 1200±10° С, выдержка

5 ч, охлаждение на воздухе, повтор

ный нагрев под закалку до 1070 + 10° С,

выдержка 8 ч, охлаждение на возду

хе, старение при 800 ±10° С в тече

ние 1 6 ч, охлаждение на воздухе

800

19500

105

—

302

ЭИ826

13—16Cr, 2 5—4Mo, 1 ,7—

2, 2Ti, 2 ,4 —2 9A1, 5—7W

5Fe, 0 12C, 0 ,6Si, 0 5Mn,

0 02Ce, 0 015B, 0, 1 -0 5V

остальное Ni

Нагрев в течение 2 ч, закалка с

1210*10° С. выдержка 2 ч, охлажде

ние на воздухе, повторный нагрев под

закалку до 1050° С, выдержка 4 ч,

охлаждение на воздухе. Старение при

800 ±10° С, охлаждение на воздухе

850

900

20000

105

2 311

ВЖ36—30

ЭИ929

9—1 2Cr, 4—6Mo, 1,4—2Ti,

3 6—4,5AI, 4 5—6,5W , 5Fe,

0 12C, 0 ,5Si, 0 ,5Mn, 0 02B,

0 ,2—0 8V, 0 IBa, остальное Ni

Закалка 1220 + 10° С, выдержка 2 ч,

охлаждение на воздухе, повторный

нагрев под закалку до 1050+10° С,

выдержка 4 ч, охлаждение на возду

хе, старение при 850±1 0° С, выдерж

ка 8 ч, охлаждение на воздухе

900

—

110

6—12

8 -1 2

—

320

ЭИ867

8 5—10,5Cr 9—11 5Mo,

4, 2—4, 9A1, 4—6W 4Fe,

4—6Co, 0, 1C, 0 6Si, 0 3Mn,

0,02Се, 0,02В, остальное Ni

Закалка с 1220±10°С, выдержка

4—6 ч, охлаждение на воздухе, ста

рение, при 950 ь 10° С в течение 8 ч,

охлаждение на воздухе

20300

115

80 12—25

15—25

ХН67МТЮ

ЭИ 445

17—20Cr, 4—5Mo, 2 ,2 —2,8Ti,

1 1 ,5A1, 4—5W 4Fe, 0 08C,

0 6Si, 0 5Mn, 0 01 Ce, 0 01B,

остальное Ni

Закалка с 1200° С, охлаждение на

воздухе, старение при 850° С в тече

ние 1 5 ч, охлаждение на воздухе

24000

105

2 0-3 0

20—30 10

логии выплавки (включая вакуумный переплав) и обработки

сплавов.

Повышение жаропрочных свойств достигается увеличением

содержания алюминия и титана как элементов, вызывающих

100

| 60

600 700 600 900 1000600 700 8 00 900 1 0 00

Температура испытания, "с

Рис. 119» Изменение механических свойств с повышением

температуры некоторых жаропрочных никелевых деформи

руемых сплавов

дисперсное твердение сплавов, введением присадок тугоплавких

металлов (W, Мо, Nb) способствующих торможению диффузи

онных процессов, и, наконец, введением малых добавок В, Са,

Zr и Се, оказывающих существенное влияние на упрочнение гра

ниц зерен и подавление вредного влияния легкоплавких приме

сей [87 88, 104].

224

В СССР наибольшее применение в промышленности получи

ли деформируемые жаропрочные никелевые сплавы марок

ЭИ437А, ЭИ437Б, ЭИ617, ЭИ598, ЭИ929, ЭИ867 и др.

За рубежом широкое применение получили жаропрочные

никелевые сплавы, известные под названием нимоники.

3 U 6 81000

Время, ч

6 в10000

Рис. 120. Длительная прочность жаропрочных сплавов

ЭИ296, ЭИ929 и ЭИ867 [9]

Состав нимоников дан в табл. 54.

Подробно структура и свойства их описаны в моногра

фии [105].

На рис. 119 для сравнения показано изменение механических

свойств с повышением температуры для некоторых жаропрочных

сплавов.

На рис. 120 дана длительная прочность некоторых жаро

прочных сплавов.

В настоящее время из деформируемых жаропрочных никеле

вых сплавов производят прутки, профили, трубы, листы, прово

локу поковки и штамповки, которые используют для изготовле-

15 Заказ 1024

225

Таблица 54

Химический состав жаропрочных сплавов, применяемых за рубежом [9], %

Марка сплава

Мп

Si Сг

Мо

Al Fe Со Ni

Прочие

элементы

Нимоник

DS 0 15 0 9—1 3

2—2 5

17 19

Осталь

36-39

ное

0 ,0 8 -

18-21

0 2 - 0 6

Осталь

0 15

ное

80 0 1 1

1 18—21 1 8 - 2 7

0 5—1 8

5 2 То же

90 0 1

1 5 18-21

1 8 - 3

0 8 - 2

15-21

0 15

18—21 2 3 -3 ,5 1 4 - 2 5

15-21

100

0 3

0 5

10-12 4 5—5 5 1—2

4 - 6 2

18—32 »

105 0,2

13,5— 4 5 - 5 ,5

0 9 - 1 ,5

4 2 - 4 8

18-22

115

0 15

5 15 »

S 588 0 45 1 2

0,8 18 5 4

4Nb

S 590

0 43

1 25 0,4

20 0 4

4 26

20 20

4Nb

Хай нес 99 0 1

1 5

0 7 21

0,05В

N 155,

0 15

1 5

0 5 21 3

2 5 30

20 20

INb, 015N2

HS 95

Рефректалой:

26 0 05 0 7

0 7

18 3 2 8 0 2

20 37

0 05 2

0 2

20 8

4 15 30

80 0 1

0 6

0 7

20 10

С 18В

0 4 0 8

2 5 54

3Nb

ния наиболее теплонапряженных деталей газотурбинных двига

телей и других силовых установок, работающих при высоких

температурах.

Литейные жаропрочные сплавы

Литейные жаропрочные сплавы отличаются от деформируе

мых несколько большим содержанием основных легирующих

добавок (Сг, Мо, W) и в ряде случаев имеют повышенное содер

жание углерода.

Состав, физико-механические свойства и основные области

применения литейных жаропрочных никелевых сплавов приве

дены в табл. 55.

Первую группу составляют сплавы, в которых основными

упрочняющими фазами являются простые и сложные карбиды

(сплавы с карбидным упрочнением)

В сплавах нимоник 75 и ВЛ7—45У основной упрочняющей

фазой является карбид типа Ме2зСб, в сплаве ВХН1 карбид

Ме7С з, в сплавах хастеллой В и С двойной карбид

Ni2(Mo, Сг)3С.

Во вторую группу входят сплавы, в которых упрочнение до

стигается высокодисперсными частицами различных интерме

таллических соединений.

В большинстве сплавов этой группы высокая жаропрочность

достигается в основном выделением в высокодисперсной форме

упрочняющей а'-фазы часто обозначаемой типа

№з(А1, Ti) и упрочнением твердого раствора за счет высокого

легирования Сг W Мо, Со и Fe.

Однако в ряде сплавов в упрочнении участвуют и другие

фазы. Так, в малоуглеродистых никелевых жаропрочных спла

вах, содержащих железо, упрочнение достигается фазами типа

АВ2 (фазами Лавеса где A W, Мо, Nb, Ti, В железо. Воз

можно комбинированное упрочнение фазами Ni3Ale и MeFe2.

На рис. 118 и 119 атласа показаны типичные структуры жаро

прочных литейных никелевых сплавов с карбидами и интер-

металлидными упрочняющими фазами.

На этих микрофотографиях хорошо видны выделения упроч

няющих фаз, располагающихся по границам и в межосных

пространствах первичных дендритов. Размер выделений и их

распределение оказывают решающее влияние на механические

свойства сплавов.

При образовании крупного зерна в отливках с грубыми

дендритными осями при литье деталей с высоких температур и

медленном охлаждении карбиды, обычно имеющие полиэдриче

скую форму выделяются в межосных пространствах дендритов в

крупноигольчатой форме или образуют сетку по границам зерен

и сообщают хрупкость всему сплаву

15*

227

Состав и физико-механические свойства жаропрочных литейных сплавов [9]

Таблица 55

Г руппа

Марка сплава

Химический состав, %

Термическая обработка

Температура

испытания, °С

Теплопровод

ность, кал см2 -

сек-град

Коэффициент ли

нейного расшире

ния а 10е,

1 /град

о?

СО*

•зГ

53 6

Хастеллой В

4—7Fe, 26— ЗОМо, I Si, 1Мп, ос

650

—

45 15

тальное Ni

760

—

815

—

40 20

—

э*

40 10—15

11—16

Хастеллой С

13—16Сг, 4—7Fe, 15-19М о, 3,5—

650

5,5W, ISi, lMn, 0,15С, остальное Ni

815

— —

>»

870

—

Нагрев до 950° С, выдержка 5 </, ох 20

__ __

50 7 10

ВС

ВЛ7—45У

19,5—20.5Сг 7 ,5 —8, 5W 23— лаждение на воздухе 700

— —

40 5,5

26Fe, 0 1C, 0 55Si, 0 7Mn, 0 6B,

800

— —

30 10 12

О.

остальное Ni

900

Нагрев до 1150° С, выдержка 7 ч, ох

0,023 11 3 75 8,5 14

ж с з

14—18Cr, 1,6—2 ,2 Ai, 1 ,6—2 3Ti,

лаждение на воздухе 800

0 052

14 6

4 5—6 5W 3—4,5M o, 8Fe, 0 15C,

900

0 064

15 4

0 02В, остальное Ni

Нагрев до 1150° С, выдержка 4 ч,

0,027

12 8

86 3

—

ВЖ36— Л2

19-22СГ, 3.5-4 A 1, 2 3—2,7Ti, охлаждение на воздухе. Нагрев до

800

0,057 15 8 80

4,5

1, 5Fe, 0 06C, 0,03В, остальное Ni 1080° С, выдержка 4 ч, охлаждение

900 0 066

16 5 51

ct 2

ZJ- л)

на воздухе

ЖСб

11, 5— 13, 5Cr, 4 7 -5 2A1, 2 ,2 -

Нагрев до 1200° С, выдержка 4 ч, ох 20 0 025 12 1

104

2 х

2 8Ti, 6—8W 2Fe, 4 -5 5Mo, 0,16C, лаждение на воздухе

800

0 057

14 6 85

0,5 1,5 50

« £

0 02В, остальное Ni

900

0 064 16 0

78 2 ,5

3 28

I l 

1000

—

17 2

48 6 11

l s

ЖС6-К

10 5—1 2, 5Cr, 5 - 6 Al, 2 5—3Ti,

Нагрев до 1200±20°С, выдержка 4 ч,

0 02 10 8 100

2,5 6 ,5

4 5 -5 5W 3 5—4,5Mo, 2Fe, 0 15C, охлаждение на воздухе 800

0 055

14 7

2 5

О х

0 02В, остальное Ni 900

0 06 15 2

1000

—

15,9

4 5

6 5

Таблица 56

Состав и физико-механические свойства жаростойких деформируемых никелевых сплавов [9]

Марка сплава

Химический состав, %

Термическая обработка

Температура

испытания, °С

Жаростой

кость (привес),

г/м*-ч

Теплопровод

ность, кал/см-

•сек-град

Коэффициент

линейного

расширения

а-10е, \;'град

о*

«с*

■s

< 4

ХН78Т 1 9—22Сг. 0, 30Ti, 0 15А1, Нагрев до 1000° С, охлаж

12 8

78 27 5

(ЭИ435)

6Fe, 0 1 2C, остальное Ni дение на воздухе

700

0 064

16 7

40 19

35 10 5

900

0 049 0 076

17 7

1 1

—.

1 5

0,7

1000

0,142

— —

6 5

—

100

—

0 57

1200 0 701

—

2 4

—

1300

—

ХН75МБТЮ

19—22Сг, 0 5Ti, 0.5А1, Нагрев до 11 70° С, охлажде

—

12 4

—

(ЭИ602)

8Fe, 0 1C, 2Мо, INb,

ние на воздухе или в воде

800

—

0 058

—

8 8

6, 5

остальное Ni 900

0 062

0 07 16

—•

4 2

1000

0,264

— —

—

1 1

1100

0 517

—

5 4

—

0 55

ХН60В

23—26Cr, 0, 5Ti, 0 5А1

Нагрев до 1200° С, охлажде 20

_ _

12 7

—

(ЭИ868,

4Fe, 13—16W, 0 1C,

ние на воздухе или в воде

700

0,056

15 6

23 47 —

ВЖ98)

остальное Ni 800

—

21 40

8 3

900

—

0 067

16,4 23

5 2

3,4

1000

— —

14 6 5

—

1,7

1200

0,607

—

4 3

—

0,33

ХН70Ю

26—29Cr, 2 6—3.5А1, То же

_ _

13 1

—

(ЭИ652)

1 Fe, 0 1C, 0 ОЗСе,

700

— 0 055 22 4

— —

0 IBa, остальное Ni

800

— — —

—

— 10,5

900

—

0 064

21 3

—

2 6

1000

— — —

8 6

—

55 4 1 6

1100

0 067

— —

3 8

—

0 67

1200

0 16

—

2 4

—

136

—

0 29

ХН60Ю

15—18Сг, 2 6—3.5A1,

Нагрев до 11 00° С, охлажде 20

— — —

—

(ЭИ559А)

55—58NI, 0 1C. 0 ОЗСе, O.IBa

ние на воздухе

700

— — — 40 —

— —

800

— —

—

900

— —

11 5

— —

1000

— — —

—

2 4

1200

0 133

132

При отливке деталей при незначительном перегреве металла

и с применением больших скоростей кристаллизации образуются

дендриты с тонкими разветвленными осями, что приводит к

дроблению и более равномерному распределению карбидных и

других фаз в сплавах.

Сплавы с такой структурой имеют более высокие механиче

ские свойства.

Весьма эффективное воздействие на изменение упрочняющих

фаз оказывают микродобавки бора, циркония и нитрида хрома

Под влиянием этих добавок дендриты твердого раствора фор

мируются в виде тонкоосных сильно разветвленных кристаллов,

а так как упрочняющие фазы кристаллизуются вторично и рас

полагаются в межосных пространствах дендритов, то это приво

дит к резкому их измельчению и более равномерному распреде

лению по объему отливки. Как было показано в работах [32,

106], первопричиной образования такой тонкой структуры яв

ляется затруднение в росте зерен дендритов, создаваемое вво

димыми добавками, вследствие образования вокруг них прочных

абсорбционных (химических) и барьерных физических пленок,

экранируемых металл от питаемой жидкости.

Так же, как в деформируемых жаропрочных сплавах, суще

ственное влияние на свойства жаропрочных литейных никелевых

сплавов оказывают легкоплавкие и хрупкие примеси S Sb, Bi,

Pb и др.

Применение электродуговой вакуумной плавки и введение

специальных добавок (Се, La и др. позволяют значительно

парализовать их вредное влияние.

5. Жаростойкие сплавы

Ряд никелевых сплавов обладает высокой сопротивляемостью

окислению при высоких температурах.

Состав, механические свойства и области применения жаро

стойких никелевых сплавов даны в табл. 56.