Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т. д., работающих при высоких температурах.

Жаропрочные стали благодаря невысокой стоимости широко применяются в высокотемпературной технике, их рабочая температура 500–750°С.

Механические свойства сталей перлитного класса (12К, 15К, 18К, 22К, 12Х1МФ): sв=360¸490МПа, s0.2=220¸280МПа, d=24¸19%. Чем больше в стали углерода, тем выше прочность и ниже пластичность.

Стали мартенситного и мартенсито–ферритного классов (15Х11МФ, 40Х9С2, 40Х10С2М) применяют для деталей и узлов газовых турбин и паросиловых установок.

Стали аустенитного класса (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР) предназначены для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого давления.

Жаропрочные сплавы на никелевой основе находят широкое применение в различных областях техники (авиационные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппаратостроение и т. д.).

Часто используют сплав ХН70ВТЮ, обладающий хорошей жаропрочностью и достаточной пластичностью при 700–800°С.

Никелевые сплавы для повышения их жаростойкости подвергают алитированию.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

В зависимости от способа получения твердых сплавов их можно подразделить на две группы: металлокерамические (полученные спеканием) и литые (наплавочные).

Металлокерамические сплавы изготовляют спе­канием порошка карбидов вольфрама, титана и другого тугоплавкого металла и связующего порошка кобальта.

Металлокерамические твердые сплавы относятся к группе материалов, обладающих большой твердостью, красностойкостью (до температуры 1200°С), высокими свойствами резания металлов (при обработке стали марки 45 до 2700мин^–1, алюминия выше 5000 мин^–1) и сопротивлением истиранию.

В отличие от углеродистой стали металлокерамические твердые сплавы никакой термической обработки не требуют.

Металлокерамические твердые сплавы широко применяются для обработки металлов резанием (изготовление режущих инструментов), давлением (при волочении, штамповке, калибровании и др.); металлические твердые сплавы используются также для изготовления зубьев врубовых машин, бурильных молотков, сверл, а также в ряде других отраслях техники.

Основой твердых металлокерамических сплавов являются карбиды (химические соединения с углеродом вольфрама, титана и кобальта).

Форма пластин – самая разнообразная и зависит от конструкции режущего инструмента. Пластины твердых сплавов служат для оснащения резцов, фрез, шаберов, сверл, зенкеров и других режущих инструментов.

Металлокерамические твердые сплавы делятся на три группы (ГОСТ 3882–61):

1) вольфрамовые твердые сплавы, состоящие из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом: ВК, ВК8, ВКЮ,

ВКЗО и др.;

2) титановольфрамовые твердые сплавы, состоящие из зерен твердого раствора карбида вольфрама, сцементированных кобальтом, или только из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, сцементированных кобальтом: Т5КЮ, Т15К6, Т14К8 и др.;

3) итанотанталовольфрамовые твердые сплавы, состоящие из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом, марка ТТ7К12.

Буквы в марках твердого сплава означают: В – карбид вольфрама, К – кобальт, Т – карбид титана; цифры, стоящие после букв, показывают процентное содержание данного металла в сплаве. Например, марка ВК2 расшифровывается следующим образом: вольфрамокобальтовый сплав с содержанием 2% ко­бальта, остальное – карбид вольфрама; Т15К6– титанововольфрамовый сплав с содержанием 15% карбида титана и 6% ко­бальта, остальное – карбид вольфрама.

Вольфрамовые твердые сплавы ВК применяются при обработке хрупких материалов: чугуна, бронзы, стекла, фарфора и др.

Титановые сплавы ТК – для вязких материалов: стали, латуни и др.

Титанотанталовые сплавы ТТК – для черновой обработки стальных заготовок с ударами и загрязненные коркой.

Наплавочные твердые сплавы применяются для наплавки (покрытия) в расплавленном состоянии (с помощью газа или дуги) рабочих поверхностей быстроизнашивающихся деталей машин, приспособлений, инструментов с целью повышения их износоустойчивости и коррозионной стойкости.

Наплавочные сплавы делятся на три группы: литые, электродные и зернообразные.

Литые сплавы получают в виде прутков диаметром 5– 7 мм, длиной 200–300 мм, которые затем при помощи газа наплавляют на режущие кромки или поверхности деталей, подвер­гающихся износу.

Минералокерамические сплавы в отличие от металлокерамических сплавов весьма дешевы, не содержат вольфрама, титана, кобальта и железа. Изготовляются они на осно­ве окиси алюминия (А1₂0₃)–корунда путем тонкого размола, прессования и спекания. В настоящее время выпускаются минералокерамические материалы марок ЦВ (терхмокорунд) и ЦМ (микролит), из которых изготовляют пластинки (марки ЦВ–13, ЦВ–18, ЦМ–332), используемые в качестве заменителя быстрорежущей стали и твердого сплава при чистовом и получистовом точении чугуна, стали и цветных металлов.

Керамические материалы имеют достаточную прочность на сжатие (до 500 кГ/мм², высокую твердость (HRA89–95), теплостойкость (около 1200° С) и износостойкость, что позволяет вести обработку металла на высоких скоростях резания (до 3700 м/мин при чистовом обтачивании чугуна).

Однако в связи с чрезвычайной хрупкостью мииералокерамические пластинки широкого практического применения пока не нашли.