Жаростойкие сплавы

Жаростойкость — способность сплава сопротивляться коррозионному воздействию высокотемпературной газовой среды.

При низких температурах (20...25 °С) на поверхности металла появляется защитная оксидная пленка толщиной 3...10 нм (1 нм = 10-9 м). Кристаллическая решетка оксида подобна кристаллической решетке металла.

При нагреве толщина оксида увеличивается, и кристаллическая решетка приближается к решетке компактного оксида. При этом возможны как недостаток ионов металла и кислорода в узлах решетки, так и избыток ионов между узлами, занятыми ионами кислорода. Это ускоряет диффузионные процессы в оксидной пленке и ухудшает ее защитные свойства.

Легирование металла элементами с большей активностью к кислороду, чем основной металл, приводит к накапливанию ионов легирующих металлов в оксидном слое, уменьшению дефектности кристаллической решетки оксида и повышению защитных свойств оксидной пленки.

Чистые металлы имеют различную жаропрочность.

Магний имеет плохую жаропрочность (при температуре 500...600 °С скорость окисления 10_| г/(м2-ч)), что связано с появлением рыхлой оксидной пленки. Ниобий, тантал, молибден, вольфрам имеют плотную оксидную пленку, но при нагреве до 550 °С пленка растрескивается, а оксид молибдена испаряется. Скорость окисления при этой температуре составляет 10-1 г/(м2-ч).

Для титана и циркония характерна большая растворимость кислорода при нагреве. Оксиды этих металлов теряют кислород и при температуре 700...800 °С оксид становится рыхлым и скорость окисления возрастает до 10_| г/(м2 ч).

Медь, никель, кобальт и железо обладают удовлетворительной жаропрочностью (в интервале температур 500...600 °С, скорость окисления на воздухе равна 10_3г/(м2 ч)). При нагреве до 700...800 °С увеличивается дефектность решетки оксидов и скорость окисления возрастает до 1 г/(м2-ч).

Алюминий, хром, бериллий обладают хорошей жаропрочностью, так как имеют малое химическое сродство к кислороду. Скорость окисления в интервале температур 700...800 °С равна 10-4 г/(м2 ч).

Жаростойкость стали повышают легированием хромом (до 30%), кремнием (до 2%) и алюминием (до 5%). Марки жаростойких сталей - 08Х17Т, 15X28, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2.

Основным легирующим элементом является хром, так как легированные оксиды железа заменяются оксидами хрома. Содержание кремния и алюминия в сталях ограничено, так как эти элементы приводят к охрупчиванию и ухудшению пластичности сплава. Этот недостаток можно исключить за счет поверхностного легирования.

Жаростойкость латуней и бронз выше жаростойкости чистой меди. Большинство легирующих элементов в медных сплавах обладают большим химическим сродством к кислороду, чем медь. При нагреве легирующие элементы образуют собственные оксиды, обладающие лучшими защитными свойствами, чем Си20. Наибольшую жаростойкость показывают медные сплавы, легированные алюминием и бериллием.

Титановые ставы поглощают кислород, поэтому на их поверхности не образуется защитных оксидов. Повысить жаростойкость сплавов можно только в случае применения жаростойких покрытий.

 
Посмотреть оригинал