НІКЕЛІВІ СПЛАВИ ЛИВАРНІ СМАКОміцні
- Сплави на нікелевій основі, що мають особливі переваги в порівнянні зі сплавами на базі ін. елементів VIII гр. періодич. системи Менделєєва - відсутність поліморфізму, відносно висока кислотостійкість і жаростійкість, а також утворення сполук типу Nis (Al, Ti) з кристалічними. структурою, подібною до структури твердого розчину.
Ливарні сплави мають більш високі межі довжини, міцності, ніж ті ж сплави в деформованому стані. Це пов'язано з дендритною структурою ливарних сплавів та можливістю утворення в процесі кристалізації карбідних і борідних фаз по кордонах зерен у вигляді псевдоевтектики, що ускладнюють розвиток тріщин по цих кордонах. Гальмування малої пластич. деформації, що відповідає межі повзучості литеїних жароміцних сплавів, практично таке ж або дек. вище, ніж сплавів, що деформуються. Ливарні сплави мають великі можливості легування, тоді як у сплавах, що деформуються, воно обмежене необхідністю застосування гарячої пластич. деформації, дуже утрудненої при сильному легуванні. У зв'язку з цим температурний рівень жароміцності ливарних сплавів на 50-100 ° вище, ніж у сплавів, що деформуються.
У порівнянні з деформованимиливарні жароміцні нікелеві сплавимають більшу технологічність, особливо при виготовленні деталей складної форми. До недоліків існуючих ливарних сплавів слід віднести їх нижчу ударну в'язкість порівняно з сплавами, що деформуються.
За способом структурного зміцнення ливарні жароміцні нікелеві сплави можна розділити на сплави з карбідними зміцненнями і сплави з інтермета л лідним зміцненням. Перший тип сплавів нечисленний і неперспективний щодо підвищення хар-к жароміцності. Другий типсплавів є в наст, час основним серед ливарних нікелевих сплавів.
Сплавнімокаст75 не має високої жароміцності, він застосовується для виготовлення жаростійких деталей. Сплави хастел В і С мають високу корозійну стійкість в к-тах. Хастела С має більш високу жаростійкість, ніж хастела В, і застосовується для виготовлення жаростійких деталей (лопаток соплового апарату реактивних двигунів та ін). Сплав ВЛ7-45У застосовується виготовлення лопаток соплового апарату.
Сплав ВХН1застосовується для наплавлення клапанів випуску авіації. двигунів.
основ. зміцнюючою фазою в сплавах німокаст 75 і ВЛ7-45У є карбід типу Me2SCe, в сплаві ВХН1 - карбід типу Ме7С8, в сплавах хастел В і С - подвійний карбід Ni8(Mo, Сг),С.
Високі хар-ки жароміцності як ливарних, і деформованих нікелевих сплавів досягаються в осн. створенням у них зміцнюючої а'-фази (часто позначають Y'-фази) типу Nis (Al, Ti), її кількістю, ступенем дисперсності, розподілом та формою виділення. Зміцнений і термічно стійкий твердий розчин у цих сплавах створюється легуванням їх елементами, Сг, W, Мо, Ni, що гальмують розвиток дифуз. процесів у твердому розчині, а також процесами дифузів. обміну між ним та фазами виділення.
Залежно від легування параметри елементарного осередку фази типу Nis (Al, Ti) можуть відрізнятися від твердого розчину, що є джерелом утворення дислокацій у прикордонних областях між ними. Найкраща сполученість між фазою Ni3 (Al, Ti) і твердим розчином, а також більш висока терміч. стійкість сплавів досягаються при однакових або відрізняються параметрах кристаллич. грат. Існують нікелеві метали з зміцненням іншими інтерметалідними фазами. У маловуглецевих нікелевих сплавах,містять ніобій, при 650 - 800 ° утворюється зміцнююча метастабільна фаза Ni3Nb зі структурою, подібною до твердого розчину, як і фаза Ni3 (Al, Ti). При більш високих темпах утворюється стабільна фаза Ni3Nb з орторомбіч. структурою. Відомий ряд ливарних сплавів цього типу (ЕРЕ 10, GPMJ та ін), що містять до 0,05%, 20% Сг, 5-6% W і Мо і 6,5% Nb. Ці сплави мають гарні ливарні св-вами при виливку на повітрі. Межа їх 100-годинної довжини, міцності при 870° дорівнює І -12 кг/мм2. Ряд маловуглецевих Н. с. л. ж., що містять залізо, зміцнюється фазами типу АВ2 (фазами Лавеса), де В - переважно. залізо, а А - W, Мо, Nb, Ti. Існують Н. с. л. ж. з комбінірів. зміцненням фазами NiaMe та фазами Fe2Me (сплав ВЖЛ9 та ін).
де Me1 = Ni, Fe, З, Si, a Me2 = Сг, W, Мо, Nb. Ці карбіди виділяються переважно. за межами зерен. Температурна область стійкості Ме23Св до -1050 °, подвійних карбідів 1000-1300 °. Зміцнення меж зерен сплавів досягається також мікролегуванням, зокрема легуванням бором, мало розчинним у нікелі та його сплавах. Введення вуглецю та бору сприяє також покращенню ливарних св-в сплавів.
У зв'язку зі зниженням темп-ри плавлення нікелю мн. легуючими елементами, що входять у ливарні сплави, їх температура плавлення знаходиться в межах 1270 - 1380 °. Міжосьові ділянки сплавів обога
щени елементами, що знижують темп-ру плавлення нікелю, - вуглецем, алюмінієм, титаном, хромом, молібденом. Осі дендритів збагачені вольфрамом, що підвищує темп-ру плавлення нікелю.
На поверхні рідких нікелевих сплавів, що містять алюмінії і титан, вище температури ліквідусу і до 1650 ° на повітрі утворюється тверда еластична плівка, яка, потрапляючи в відливається деталь у вигляді полон, викликає зниження механіч. хар-к. Окисна плівкаповністю усувається при виливку деталей у вакуумі. Окисна плівка, що утворюється на поверхні розплавленого окисленого сплаву, відновлюється у вакуумі, зокрема внаслідок взаємодії з вуглецем, з утворенням окису вуглецю.
Якість ливарного сплаву залежить від первинної дендритної структури: 1) розмірів зерен (макрозерен) та їх розподілу; 2) розмірів та розподілу відростків дендритів (мікрозерен); 3) внутрішньодендритної ліквації; 4) розподілу та форми мікроструктурних складових; 5) дефектів кристаліч. структури (вакансій, дислокації та дефектів упаковки), що утворюються в процесі лиття та при терміч. обробці.
Формування ливарної структури в основному залежить від температури розливання і швидкості кристалізації, що визначається багато в чому темної форми. При відливанні деталей з високих температур, а також з малою швидкістю кристалізації утворюються великі макро-і мікрозерна. Дуже сильно розвинені лікваційні явища. Первинні мікроструктурні складові грубо дисперсні. Карбіди титану, які зазвичай мають поліедрич. форму, що виділяються між осями дендритів у вигляді подовжених частинок і можуть навіть утворювати замкнуту або напівзамкнену жорстку сітку. Сплави з такою структурою мають знижені механіч. хар-ки.
Виливок деталей з температурою металу трохи вище температури солідуса, а також з більшою швидкістю кристалізації забезпечує утворення більш високодисперсних і рівномірно розподілених структурних складових (мікро- і макрозерен і первинних фаз виділення). Лікваційні явища при цьому слабо розвиваються; сплав має високу щільність і вищі св-ва. Розливання сплавів з низьких температур (вище температури ліквідусу на 60-150 °) проводиться при плавці у вакуумі. Н. с. л. ж. мають досить широкий інтервал кристалізації, щосприяє при виливку деталей без достатнього живлення та при повільній кристалізації утворенню міжкристалів. пористості. Відносно швидка дендритна кристалізація забезпечує щільну будову виливка без міжкристалліч. пористості.
Терміч. обробкою ливарних жароміцних нікелевих сплавів можна перерозподілити легуючі елементи у твердому розчині дендритів та між фазами, а також створити нові структурні складові.
Зі збільшенням вмісту алюмінію в сплавах тем-ра розчинення основної зміцнюючої фази підвищується і дорівнює - 1000 ° при вмісті 1% А1; 1100 ° при 2% А1; 1150 ° при 4-4,5% А1; 1200° і вище за ^ 5,0% А1.
У процесі тривалості роботи сплавів при високих темп-рах відбувається коагуляція а'-фази; пластич. деформація (повзучість) високолегованих сплавів при високих темпах викликає поряд з коагуляцією а'-фази зрощування її частинок. Що рівень діючих напруг, то більше повзучість і дифуз. рухливість атомів, отже, і швидкість процесу коагуляції зміцнювальних фаз, інтермету лідів і карбідів. У різних країнах застосовується серія ливарних жароміцних нікелевих сплавів інтерметалідним зміцненням з різним співвідношенням легуючих елементів. Більшість сплавів характерна наявність вуглецю. Ливарні сплави німокаст 80 і 90, аналогічні хімічним. сост. деформуються сплави німонік 80 і 90, також містять вуглець. Алюміній та титан містяться у всіх сплавах, за винятком сплаву хайнесаллою 294, де міститься алюміній без титану. Зміцнення твердого розчину створюється гол. обр. молібденом та рідше вольфрамом.
Більшість сплавів містить кількість кобальту. Залізо представлене у вигляді домішки, тому що воно знижує жароміцність. Як зазначалося вище, межі зерен зміцнюються малимикількостями бору чи бору разом із цирконієм, які впливають гальмування дифузійних процесів за межами зерен.
Висококоророчні сплави типу ЖС6 з доповнить легуванням бором і кремнієм, що утворюють у сплаві тверді частинки боридів і подвійних карбідів, застосовують при виготовленні штампів для гарячого пресування жароміцних сплавів.
Механич. обробка викликає поверхневу наклеп жароміцних сплавів і утворення залишкових напруг, що може призвести до передчасного. руйнування деталей за високих темп-рах у процесі роботи. Зняття залишкової напруги в ливарних сплавах типу ЖС проводиться при відпалі в нейтральному середовищі при 950° протягом 2 год.
Особливий клас ливарних жароміцних нікелевих сплавів становлять жароміцні сплави, що мають підвищення. опором зносу при високих темпах. Ці сплави повинні мати не тільки високу межу довжини, міцності, але і високу опірність зносу, яка підвищується при створенні в них борідних і карбідних фаз, а також ін. твердих фаз, включених в жароміцну основу сплаву.
Хороша зварюваність характерна для сплаву ВЖЛ8 (аналог сплаву GRM235), який рекомендується для зварюваних соплових лопаток. Сплав ВЖЛ8 перевищує за жароміцністю ливарні кобальтові метали типу ЛК4.
Поверхні литих і деформованих сплавів, взаємодіючи з окислювальним середовищем, окислюються і збіднюються легуючими елементами на визнач. глибину. В результаті поверхневий шар сплаву стає маломіцним. Помітне збіднення легуючими елементами поверхні лопаток зі сплавів ЖС6-К після експлуатації протягом 200-600 год. відбувається на глибину 50-100 мк. Подібне явище має місце і за терміч. обробці металу ЖС6-К до 0,15 - 0,35 мм. Щоб уникнути зниження стійкості деталі при роботі в умовах високихтемп-р цей шар має видалятися. Для підвищення жаростійкості сплавів розроблені різні способи термохіміч. поверхневої обробки. Найбільш перспективними щодо цього є слід. методи захисту поверхні сплавів проти збіднення легуючими елементами: алітування, хромоалітування, емальування тощо.
У високожароміцних ливарних сплавах, що працюють в окислі, середовищі без поверхневого захисту, не використовуються повністю ресурси живучості, створені легуванням, литтям і терміч. обробкою.
Літ.: Лайнер Ст І., Гальванічні покриття легких сплавів, М., 1959. Н. Б. Гаршина.