Легированных элементами

В группу III входят высокотвердые стали, легированные вольфрамом, из которых сталь ХВ5 называется алмазной. Из-за худшей прокаливаемое™ по сравнению со сталями групп I и II эти стали можно отнести и к категории сталей пониженной прокаливаемое™, рассмотренных в предыдущем параграфе.

Сплавы на железоникелевой основе содержат железо - никель не менее 65 %. Их применяют для изготовления крепежных деталей паровых и газовых турбин (табл. 12). Структура сплавов твердый раствор хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе. Сплавы обычно делят на две группы: 1) с содержанием 14— 16 % Сг и 32—38 % Ni (ХН35ВТЮ, ХН38ВТ и др.). Эти сплавы дополнительно легированные вольфрамом, титаном и алюминием, после закалки и старения характеризуются высокой жаропрочностью (табл. 12); 2) с содержанием 20—25 % Сг и 25—45 % Ni (ХН28ВМАБ, 06ХН28МДТ и др.). Сплавы этой группы, благодаря высокому содержанию хрома, обладают хорошей коррозионной стойкостью, жаростойкостью, но жаропрочность их ниже.

Хромоникелевые стали (20ХН, 12ХНЗА) применяют для деталей средних размеров, испытывающих при работе высокие удельные нагрузки Никель увеличивает глубину закаленного слоя, препятствует росту зерна. Стали, дополнительно легированные вольфрамом (18Х2Н4ВА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей.

Основными легирующими компонентами в этих сплавах являются кобальт, кремний и титан. В последнее время появились никелевые сплавы, легированные вольфрамом.

Легированные стали, особенно легированные вольфрамом и ванадием, вследствие их плотной и тонкой структуры, травятся равномернее и становятся * более темными, чем другие стали. В остальном выявление структуры: дендритной (первичной структуры), ликвации, строчечности и волокнистости аналогично выявлению в нелегированных и низколегированных сталях. ~ Для равномерного травления рекомендуется добавлять к реактиву для глубокого травления ингибиторы, например глицерин или этиленгликоль. Эти средства часто применяют для хромоникелевых сталей. "

Основными легирующими компонентами в этих сплавах являются кобальт, кремний и титан. В последнее время появились никелевые сплавы, легированные вольфрамом.

Следует отметить, что зарубежные аустенитные стали дополнительно легированы молибденом и лишь отдельные из них содержат вольфрам: отечественные же марки преимущественно легированы вольфрамом. При этом аустенитные стали, легированные вольфрамом, часто превосходят по жаропрочности аналогичные композиции,с молибденом.

Перспективными материалами для труб поверхностей нагрева парогенераторов, работающих на малоагрессивных топливах (природном газе, назаровском буром угле, экибастузском угле и др.) при еще более высоких температурах, могут быть аустенитные хромоникелевые стали, комплексно легированные вольфрамом, молибденом, бором и ниобием: 1Х14Н18В2БР (ЭИ695Р), 1Х16Н14В2БР (ЭП17) и Х16Н16МВ2БР (ЭП184) [Л. 37]. По жаропрочности эти стали существенно превышают аустенитную сталь Х18Н12Т.

Пайка жаропрочных сталей и сплавов. В ГОСТ 5632—72* внесено 39 марок жаропрочных сталей и 24 марки жаростойких сплавов. К ним относятся, например: стали, легированные вольфрамом, ванадием, молибденом, ниобием и алюминием (12Х1МФ, 09Х14Н19В2Бр); карбидоупрочняемые сплавы — 40Х15Н7Г7Ф2МС (ЭЙ 388) и 37Х12Н8Г8МФБ (ЭЙ 481); диспер-сионно-твердеющие аустенитные стали 10Х11Н20ТЗР (ЭЙ 696) и мартенсит-ные — Х12НМБФ (ЭЙ 609); стареющие сплавы на основе никеля и кобальта — ЭП 929, ЭП 921; сплавы на основе никеля, легированные бором и церием — ХН35ВТЮ (ЭЙ 787), ХН77ТЮР (ЭЙ 437 Б) и др. Из жаропрочных сталей и сплавов изготавливают лопатки паровых и газовых турбин (ЭЙ 787, ЭЙ 437) детали авиационных двигателей (ЖС6К и ВЖ98). Главным требованием для этих материалов является жаропрочность, т. е. их сопротивление упругим и пластическим деформациям при высоких температурах. Например, у лопаток паровых турбин деформации не должны превышать 1 % за 10 лет, а для паровых котлов — не более 1 % за 100 000 ч. Такие же высокие требования по жаропрочности предъявляются и к паяным соединениям узлов, изготовляемых из этих материалов.

Вольфрам способствует повышению и сохранению высокой твердости. Наиболее широкое применение стали, легированные вольфрамом, находят при изготовлении режущего инструмента (сверла, метчики, ножовочные полотна и др). При высоком содержании вольфрама получают быстрорежущие стали.

Высокую твердость (HRC 63— 65) и прочность (2,5 ГПа) быстрорежущие стали, легированные вольфрамом, хромом и ванадием, приобретают после термической обработки — закалки и многократного отпуска.

Практически при сварке простых углеродистых сталей вне зависимости от исходной прочности в зоне максимального разупрочнения предел прочности падает до 50—60 кгс/мм2, а в сталях, специально легированных элементами, указанными выше, предел прочности в зоне максимального разупрочнения сохраняется на уровне 80—90 кгс/мм2.

Основной способ сварки — ручная дуговая покрытыми электродами с фтор истока льциевым покрытием типа Э-МХ (для хромомолиб-деновых сталей) и Э-ХМФ (для хромомолибденовольфрамовых сталей) на постоянном токе обратной полярности. Применяют также сварку в углекислом газе и под флюсом с использованием сварочных проволок, легированных элементами, входящими в состав свариваемых сталей.

Микроструктура белых слоев, полученных в результате различной обработки стали и чугунов, представляет собой мелкоигольчатый мартенсит и остаточный аустенит с карбидами. Дисперсность мартенсита в среднем на 2—3 балла меньше по сравнению с мартенситом обычной закалки, особенно в эвт'ектоидных и заэвтектоидных сталях и сталях, легированных элементами, способствующими измельчению мартенсита. Дисперсность карбидов в белых слоях в 2—3 раза больше, а размер зерна остаточного аустенита на порядок меньше, чем в стали после закалки и низкого отпуска. При этом количество остаточного аустенита в белом слое увеличивается с повышением содержания углерода в исходной стали и не зависит от способа поверхностной обработки. Наибольшее количество остаточного аустенита наблюдается в поверхностных слоях после ФРУО, приводящей к наибольшему увеличению содержания углерода в белЪм слое.

Типичным представителем припоев, легированных элементами, образующими с никелем легкоплавкие эвтектики, является никробрейз (16% Сг; 4% В; 4% Si; 4% Fe; 1% С, остальное никель; t° пайки 1150—1180°); в нек-рых припоях применяют комплексное легирование, как, напр., в припое СМ56 (15% Сг; 3,5% Be; 4,5% Si, остальное никель; t° пайки 1030°). Представителем припоев на основе твердых растворов является припой, содержащий 40% Ni и 60% Мп, а также припои этого типа, дополнительно легированные хромом.

Изучены также механические свойства и структура стали после ВТМО (в = 35%, упр= 1м/с при 900° С). Физические причины, определяющие увеличение прочности при ВТМО, заключаются в повышении плотности дислокаций в мартенсите Ъ дроблении его, кристаллов яа отдельные фрагменты величиной в доли микрона с взаимной разорнентировкой до 10—15°. В стали формируется определенная субструктура полигонизации (рис. 8, г). Дислокационные границы такого типа отчетливо видны на электронных микрофотографиях. Фрагментация кристаллов мартенсита обнаруживается при сопоставлении электронограмм. У сталей, легированных элементами, вызывающими эффект вторичного твердения (ванадием, молибденом, вольфрамом), упрочнение может быть

Сварку производят электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-МХ или Э-ХМФ при постоянном токе обратной полярности. Применяют также сварку в углекислом газе и под флюсом с помощью сварочных проволок, легированных элементами,

Практически при сварке простых углеродистых сталей вне зависимости от исходной прочности в зоне максимального раз-упрочнеиия предел прочности падает до 50—60 кгс/мм2, а в сталях, специально легированных элементами, указанными выше, предел прочности в зоне максимального разупрочнения сохраняется на уровне 80—90 кгс/мм2.

Сварку производят электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-МХ или Э-ХМФ при постоянном токе обратной полярности. Применяют также сварку в углекислом газе и под флюсом с помощъю сварочных проволок, легированных элементами

Типичным представителем припоев, легированных элементами, образующими с никелем легкоплавкие эвтектики, является никробрейз (16% Сг; 4% В; 4% Si; 4% Fe; 1% С, остальное никель; f пайки 1150—1180°); в нек-рых припоях применяют комплексное легирование, как, напр., в припое СМ56 (15% Сг; 3,5% Be; 4,5% Si, остальное никель; f пайки 1030°). Представителем припоев на основе твердых растворов является припой, содержащий 40% Ni и 60% Мп, а также припои этого типа, дополнительно легированные хромом.