7 НІКЕЛЬ-ЗАЛІЗНІ СТОПИ

Дисперсійно зміцнені сплави, що містять значну кількість нікелю та заліза, є окремим класом жароміцних матеріалів. Ці сплави використовують в ГТД при виготовленні лопаток, дисків, валів, кожухів, клапанів. В нікель-залізних жароміцних сплавах структура складається з твердого розчину - матриці, що додатково може містити вторинні виділення. В сплавах може міститься /-фаза (№3(А1,Ті)) з ГЦК граткою, у"-фаза типу №3№) з об'ємноцентрованою тетрагональною граткою, Т|-фаза з ГЩП граткою (№3Ті), 6-фаза з орторомбічною граткою (№3ЇЧЬ).

За механізмом зміцнення сплави поділяють на групи:

— сплави, що зміцнюються за рахунок виділень У-фази:

— сплави з вмістом нікелю 25-26% (А-286 (тинидур), V-57), що працюють до 650° С;

— сплави з вмістом нікелю 42-43% (901, 860), для експлуатації

до 815°С.

— сплави, в яких зміцнення пов'язано із частинками у"-фази з ОЦТ-граткою (ЕЧ-706, ВЧ-718), такі сплави мають високі показники властивостей при кріогенних температурах та до 650°С.

— до третьої групи відносять сплави, що, переважно, зміцнюються карбідами, нітридами або карбонітридами (16-25-6, НАШ (містить, Ре-19Сг-10№ - 3,5Мп - 0,3С), СІШБ). Температура експлуатації до 815°С.

— сплави з низьким рівнем зміцнення або незміцнювані (хастеллой X, N-155, ЕЧ-625). Такі сплави переважно є жаростійкими, що працюють до 1100°С.

Для зміцнення твердого розчину до складу сплавів на нікель-залізній основі додають хром (10-25%), молібден (0,9%), титан (до 5%), алюміній (до 2%), ніобій (до7%). Як замінник Мо використовують \¥. Молібден також входить до складу карбідів та У-фази. Хром ефективно зміцнює твердий розчин та входить до складу у'-фази. Проте головна дія - забезпечення стійкості проти окислення. Титан, алюміній та ніобій утворюють з нікелем сполуки типу А3В, що забезпечують підвищений рівень жароміцності нікель-залізних сплавів. Алюміній впливає такожна стійкість до окислення. Введення 0,003-0,03% бора поліпшує технологічність та підвищує жароміцність. Бор та цирконій впливають на енергетику меж зерен і сприяють сфероїдизації вторинних фаз, що виділяються за межами зерен. Вуглець використовують для утворення первинних карбідів типу МС, що перешкоджають надмірному росту зерна при тепловій обробці, та для утворення карбідів сприятливої морфології на межах зерна. Найчастіше до складу первинного карбіду входить титан, проте можуть міститись Мо, N1), V, Zr, Та.

На відміну від промислових сплавів на основі нікелю нікель-залізні із збільшенням вмісту заліза мають:

— нижчі температури розчинення надлишкових фаз;

— підвищену схильність до утворення Т|— та 5-фаз;

— високу схильність до утворення а—,     п—фаз;

— в сплавах із високим вмістом ніобію основною зміцнювальною фазою стає у"—фаза;

— змінюються параметри невідповідності граток матриці та частинок вторинних фаз, через більший атомний діаметр заліза, порівняно із нікелем.

Вибір режиму термічної обробки визначається хімічним складом сплаву та можливими фазами, що приймають участь у зміцненні (табл. 7.1).

Таблиця 7.1 — Фази, що визначають структуру типових нікель-залізних жароміцних сплавів

 

 

 

 

Марка сплаву

Фаза

Температура розчинення (границя стабільності), °С

А-286

у

855

Т (№3№)

915

718

У

915

8

995

706

У' або у

885

т (№3№) або 8(№3№>)

955

901

У

940

т ОВД

995

Пиромет 860

У

Т (№3ТІ)

995 995

Термічна обробка нікель-залізних сплавів передбачає проведення гартування (обробку на твердий розчин) та старіння. Метою старіння є створення ефективного зміцнення за рахуноквиділення частинок фаз У та У'. Старіння може проводитися як в одну так і в дві стадії. У випадку ступінчастого старіння, наприклад для сплаву ЕЧ718, проводиться нагрівання до 720°С, витримка 8 год., охолодження зі швидкістю 55°С/год. до 650°С, витримка — 8 год., охолодження на повітрі. Така обробка забезпечує максимальну міцність в поєднанні з високою пластичністю в умовах повзучості при 650—705°С. При старінні необхідно створити сприятливий розподіл карбідів за межами зерен.