книги из ГПНТБ / Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь

диаметра, получаемый методом вакуумного всасывания жидкого металла в фарфоровые трубочки. Этот метод получения образцов является наиболее простым и быст­ рым [8]. Очень просто решен вопрос охлаждения образ­ цов водой или воздухом за счет периодического подвода струи. Критерием термостойкости принято количество теплосмен (циклов) до появления трещины, видимой визуально или фиксируемой автоматически.

2. Влияние алюминия на сталь 12-14

Влияние алюминия на свойства и структуру стали, содержащей 0,3% углерода, 12% хрома, 14% никеля, изучалось на сплавах, состав которых приведен в табл. 1 (сплавы 1—7). На рис. 8, а показаны зависимости меха­ нических свойств этих сплавов при комнатной темпера­ туре от химического состава.

Как видно из рисунка, твердость HRB при введении небольшого количества алюминия (до 3%) несколько снижается по сравнению с твердостью исходной стали. Подобное снижение твердости отмечалось ранее в рабо­ тах [45, 46] на марганцевых и никельмарганцевых ста­ лях. Увеличение количества алюминия до 4% ведет к резкому возрастанию твердости. Это связано главным образом с выделением в сплаве значительного количест­

30

i

Т а б л и ц а 1

температуре плавления она повышается до 0,4—0,5%, Следовательно, эти стали склонны к дисперсионному упрочнению за счет образования наряду с {/-фазой хро­ мистых карбидов.

Введение алюминия, как будет показано ниже, еще больше уменьшает растворимость углерода в исследуе­ мых сталях, чем способствует более сильному упрочне­ нию. В структуре сплавов, содержащих более 4% алюминия, появляется ферритная составляющая. Твер­ дость при этом продолжает расти как за счет увеличи­ вающегося количества упрочняющих фаз, так и за счет выпадения феррита. Твердость сплавов после ЦТО выше, чем в литом состоянии. Это связано с тем, что при ЦТО происходит более полный распад пересыщенного твердого раствора, в результате чего выделяется большее количе­

32

ство частиц упрочняющих фаз. Сталь 12-И, содержащая до 4% алюминия, в литом состоянии имеет аустенитную структуру с характерным для этого состояния дендрит­ ным строением. При содержания алюминия 4% в от­ дельных местах в междендритных зонах встречаются включения феррита. Это связано с ликвацией легирую­ щих элементов — обогащением хромом осей дендритов и оттеснением алюминия как менее тугоплавкого элемен­ та в междендритные области. После ЦТО включений феррита в структуре этого сплава не обнаружено. При циклических нагревах до 900 °С происходит некоторое выравнивание состава за счет диффузионных процессов. Но зато после ЦТО в структуре наблюдается большое количество частиц упрочняющих фаз — карбидов хрома и интерметаллического соединения никеля с алюминием. Они расположены в основном в междендритных об­ ластях.

лой формы. На графике, показанном на рис. 8, а, прове дена жирная вертикальная линия, соответствующая гра ннце области появления феррита в структуре. Предел прочности (оп) опытных сплавов в зависимости от со держания алюминия качественно изменяется, подобно твердости, и это объясняется теми же причинами. Коли­ чественно алюминий оказывает менее существенное влияние на предел прочности, чем на твердость. Прак тически значительного повышения ав при легировании стали 12-14 алюминием в литом состоянии не отмечается. Пластичность сплавов, характеризующаяся относитель­ ным удлинением б, начинает снижаться при содержании алюминия более 4%, что связано с появлением боле: хрупкой, чем аустенит, ферритной составляющей и р7 фазы. При легировании стали 12-14 алюминием до 4% имеет место незначительное снижение ударной вязкости. В сплавах, содержащих более 4% алюминия, ударная вязкость резко снижается. Это связано главным образо:я с появлением в структуре ферритной составляющей. Определенную роль играет при этом и возрастающее ко личество упрочняющих фаз. Образующийся высоколеги­ рованный хромом и алюминием феррит характеризуется низкими пластичностью п ударной вязкостью.

В работе 147 | указывается, что хромистая ферритная сталь имеет очень низкую ударную вязкость. Однако ударная вязкость опытных сплавов в литом состоянии остается на достаточном уровне даже при 6% алюминия. Она равна 7,1 кгсм/см2. В процессе ЦТО ударная вяз­ кость сильно понижается. Так, например, в сплаве с 5% алюминия она снизилась после 200 циклов ЦТО с

Рис. 9. Влияние алюминия на необратимый прирост длины образцов при ЦТО для сталей ЗХ12Н14 (/), ЗХ18Н19 (2) и ЗХ18Н25 (3)

13 до 1 кгсм/см2, а сплава с 5,4% алюминия — с 8 до

0,0 кгсм/см2.

Алюминий оказывает сильное влияние на необрати­ мое изменение размеров стали при ЦТО. Зависимость относительного изменения длины образцов от содержа­ ния алюминия после 200 циклов приведена на рис. 9. При введении до 3% алюминия в сталь 12-14 длина образ­ цов во время ЦТО несколько увеличивается. При более высоком содержании их прирост резко снижается. В сплавах, содержащих 4—6% алюминия, прирост длины образцов получается очень малый: в несколько раз мень­ ше, чем у исходной стали 12-14. Это связано с появле­ нием нпкельалюминиевой фазы -р', которая, выделяясь в большом количестве во время ЦТО, упрочняет сплавы, уменьшает пластическую деформацию под действием термических напряжений и этим снижает прирост.

Алюминий интенсивно повышает жаростойкость хро­ моникелевой стали 12-14, особенно при введении его более 4%. Так, например, увеличение массы образцов за 100 ч при температуре 900 °С для сплава с 5% алюми­ ния равно 0,159 г/ч-м2, что в 17 раз меньше, чем у ис­ ходной стали [48].

34

3. Влияние алюминия па сталь 18-10

Зависимость свойств исследованных сплавов от со­ держания алюминия при комнатной температуре показа­ на на рис. 8, б.

Введение алюминия в сталь, содержащую 18% хрома и 19% никеля, оказывает качественно примерно такое же влияние на свойства, как и в стали 12-14.

Твердость сплавов с введением алюминия вначале также несколько снижается, а затем при содержании его полее 3% начинает расти. Также изменяется и предел прочности. Более высокий уровень твердости в этих спла­ вах по сравнению с предыдущими объясняется тем, что они содержат повышенное количество хрома и никеля, которые несколько упрочняют основу стали — твердый раствор при растворении в нем.

Кривая пластичности сплавов с увеличением алюми­ ния вначале постепенно снижается, а при содержании его выше 4% падает более к{)уто. Ударная вязкость так­ же падает при содержании алюминия более 4% в обла­ сти, где появляется феррит. Резкое изменение механи­ ческих свойств сплавов при концентрации алюминия свыше 3—4% объясняется тем, что при таком содержа­ нии алюминия начинается образование никельалюминиевой фазы, а при содержании его 4,2% в структуре ли­ тых образцов появляется также и феррит.

Прирост длины образцов при ЦТО уменьшается при содержании алюминия более 3,3% (рис. 9). Алюминий значительно влияет на жаростойкость этих сплавов при 1100°С. При введении 3,3% алюминия получено значи­ тельно меньшее увеличение массы образцов, чем у спла­ ва с 1,9% алюминия (0,123 и 2,35 г/ч-м2 соответственно).

4. Влияние алюминия на сталь 18-25

При легировании алюминием стали, содержащей 18% хрома, 25% никеля, получены менее резкие изменения свойств с увеличением количества алюминия, чем на сталях 12-14 и 18-19. Как видно из рис. 8, в, при содер­ жании алюминия 3% и более твердость несколько повы­ шается, а пластичность начинает снижаться. Ударная вязкость резко уменьшается при содержании алюминия более 4,5%. Феррит в структуре этих сплавов обнаружен

бидов, а затем образованием пптерметаллида н сильно легированного феррита.

Резкое падение пластичности при содержании 3— 4% алюминия связано с выпадением большого количест­ ва интерметаллидной фазы и феррита при этих концен­ трациях алюминия. Снижение механических свойств при

приводящая к более полному выделению упрочняющих фаз из а- и у-растворов, вызывает резкое возрастание твердости после ЦТО при меньших концентрациях алю­ миния, чем в литом состоянии. При небольших концен­ трациях алюминия циклическая термообработка приво­

тельное удлинение сплавов с увеличением концентрации

нием содержания алюминия. После ЦТО алюминий оказывает влияние на нее в таком же направлении. По­ мимо этого, сама циклическая термообработка приводит к значительному снижению ударной вязкости стали (кривая 8). Ударная вязкость образцов после цикличе­ ской термообработки при содержании алюминия при­ мерно до 2,5% сохраняется на достаточно высоком уров­ не, и лишь при дальнейшем увеличении концентрации алюминия отмечается постепенное ее снижение.

Легирование сплавов алюминием повышает их жаро­ стойкость. Уже при 2% алюминия отмечается резкое па­ дение увеличения массы при 1100°С (рис. 10, кривая 9). Жаростойкость сплавов при 900°С была высокой. Увели­ чение массы образцов стали, не содержащей алюминия, при этой температуре составляет менее 0,1 г!м2-ч, а с введением последнего еще несколько снижается.

Термостойкость стали при легировании алюминием изменяется по кривой с максимумом, который распола­ гается при 4,5% алюминия (кривая 11). Кривые измене­ ния длины образцов в процессе ЦТО в зависимости от

38