РОЛЬ ХРОМА В ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВАХ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

THE ROLE OF CHROMIUM IN HEAT-RESISTANT NICKEL-BASED ALLOYS

Madina Takisheva

master, Department of Nanotechnology and Metallurgy, Karaganda state University,

Kazakhstan, Karaganda

Vitaly Kulikov

scientific adviser, Candidate of technical sciences, professor, Karaganda state University,

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является влияния хрома на свойства жаропрочных сплавов на основе никеля. Была изучена роль хрома в жаропрочных сплавах на никелевой основе и основное назначение легирования стали 38Х2МЮА хромом.

ABSTRACT

The purpose of this work is the influence of chromium on the properties of heat-resistant nickel-based alloys. The role of chromium in heat-resistant nickel-based alloys and the main purpose of alloying 38X2MYA steel with chromium were studied.

Ключевые слова: хром, жаропрочные сплавы, жаропрочные сплавы на основе никеля.

Keywords: chromium, superalloy, heat-resistant nickel-based alloys.

Жаропрочный сплав относится к очень специфической породе материалов. Это сплав, который может выдерживать высокие температуры, высокие нагрузки и сильно окисляющие атмосферы. К этой группе относятся сплавы на основе никеля и хрома. Эти сплавы должны изготавливаться опытными профессионалами, так как металл трудно формовать и обрабатывать традиционными методами.

Жаропрочные сплавы представляют собой группу никелевых, железоникелевых и кобальтовых сплавов. Они обладают превосходными термостойкими свойствами и сохраняют свою жесткость, прочность, ударную вязкость и стабильность размеров при температурах, значительно превышающих другие аэрокосмические конструкционные материалы. Жаропрочные славы также имеют хорошую стойкость к коррозии и окислению при использовании в реактивных двигателях при высоких температурах.

Наиболее широко применяют жаропрочные сплавы на основе никеля, по сравнению с железом или кобальтом. Они широко используются из-за их высокой температурной производительности и стойкости к окислению [1].

Жаропрочные сплавы на основе никеля выбираются для использования в определенных областях применения из-за их характеристик. Эти сплавы обладают исключительным сочетанием высокотемпературной прочности, ударной вязкости и устойчивости к разрушению в коррозионных или окислительных средах. Среди важных характеристик - сопротивление ползучести при высоких температурах, хорошая стабильность поверхности, а также устойчивость к коррозии и окислению. Благодаря этим характеристикам они широко используются в авиационных и энергетических турбинах, ракетных двигателях, на ядерных энергетических установках и на предприятиях химической обработки и в других сложных условиях.

Никель и хром работают вместе и являются популярной основой для жаропрочных сплавов. Они известны своей исключительной коррозионной стойкостью, а также своими высокотемпературными характеристиками. Однако есть и другие характеристики, которые делают жаропрочные сплавы на основе никеля и хрома такими технически превосходными.

Роль хрома. Состав этих сплавов должен быть точным, чтобы придать желаемые свойства. Хром растворяется в никеле, образуя твердый раствор, на котором основаны сплавы. Необходимо добавить нужное количество хрома, так как небольшие количества (менее 7%) повышают чувствительность никель-хромового сплава к окислению. При добавлении более 7% и примерно до 30% ситуация меняется на противоположную, что придает сплаву стойкость к окислительным средам.

Добавление хрома к жаропрочным сплавам придает прочность и коррозионную стойкость. Для наиболее выдающихся из технически превосходных сплавов он составляет примерно 20% состава [2].

Например, основное назначение легирования стали 38Х2МЮА хромом – увеличение прокаливаемости. Прокаливаемость – это глубина проникновения закаленной зоны. За глубину прокаливаемости принимают расстояние от поверхности закаленного изделия до слоя со структурой, состоящей из 50% мартенсита и 50% троостита. Также легирование хромом повышает твердость и прочность стали, незначительно снижая её пластичность, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает устойчивость к истиранию и увеличивает стойкость к коррозии. Весь полученный при легировании хромом комплекс свойств, обеспечивает надежную работу детали при тяжёлых условиях эксплуатации. Диаграмма прокаливаемости стали 38Х2МЮА представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Полоса прокаливаемости стали 38Х2МЮА

Высокотемпературные характеристики. Жаропрочные сплавы, созданные на основе никеля и хрома, являются предпочтительным материалом для работы при высоких температурах. Это связано с тем, что при температурах выше 540°C обычные стали и титановые сплавы становятся более уязвимыми для коррозионного воздействия. При правильном сочетании элементов сплав может показать прочность при 1000°C, превышающую прочность обычной стали при комнатной температуре. Хотя некоторые тугоплавкие металлы имеют более высокие температуры плавления, чем сплавы на основе никеля, но они не сохраняют такие же прочностные свойства в экстремальных условиях.

Эту впечатляющую характеристику сплаву придают не только никель и хром. Другие композитные элементы включают молибден, который отличается превосходной прочностью и механической стабильностью. Он остается прочным и пластичным при очень высоких рабочих температурах. Жаропрочные сплавы, содержащие молибден, часто используются для таких вещей, как газовые турбины, как в аэрокосмической промышленности, так и на суше [3].

Таким образом, основные требования, предъявляемые к сталям, предназначенным для изготовления измерительного инструмента, следующие: сталь должна быть износоустойчивой, обладать высокой механической прочностью, сопротивлением ползучести и коррозионной стойкостью, особенно при высоких температурах. Эти свойства делают их более сложными в производстве и более дорогими, чем другие сплавы. Присутствие хрома в стали или сплаве повышает их жаростойкость. Поэтому хром - обязательный компонент жаропрочных сталей и сплавов.

Список литературы:

1. Маслёнков, С. Б. Жаропрочные стали и сплавы: Справочник / С.Б. Масленков. -М: Металлургия, 1988. - 191 с.
2. https://www.corrotherm.co.uk/blog/characteristics-you-never-knew-about-nickel-chromium-based-superalloys-
3. Nader El-Bagoury, «Ni based superalloy: casting technology, metallurgy, development, properties and applications» (2016), 152