Файл: Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь.pdf

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

ляется ферритная фаза, мелкие зерна которой распо­ лагаются в междендритных участках. Структура стали с 5,35% алюминия в литом состояний состоит из аусте­ нита, феррита и карбидов (рис. II, в). После ЦТО вследствие распада твердых растворов а и у и выпаде­ ния большого количества мелких частиц карбидов и интерметаллида структура стали имеет вид, представ­ ленный на рис. 11, г.

Таким образом, приведенные выше результаты пока­ зывают, что легирование хромонпкелевой стали значи­ тельным количеством алюминия (более 2%) повышает ее жаростойкость и термостойкость, а также способст­ вует размерной стабильности в процессе ЦТО. В то же

вать ее в качестве конструкционного жаропрочного ма­ териала.

6.Зависимость свойств стали от содержания никеля

Сцелью установления закономерностей изменения свойств и структуры хромоникельалюминиевой стали в зависимости от содержания никеля были использованы как результаты исследования приведенных выше спла­ вов, так и специально выплавленных (см. табл. 1, спла­ вы 25—28). Сталь содержала около 0,3% углерода, 18% хрома, 4,3% алюминия и от 14 до 25% никеля. Механи­ ческие свойства этой стали при комнатной температуре

никеля твердость в литом состоянии снижается незначи­ тельно, а после ЦТО практически не изменяется. Предел прочности вначале незначительно повышается, а при концентрации более 18,5% несколько снижается, а удар­

у. С увеличением количества никеля значительно растет относительное удлинение.

Рост пластичности также связан с переходом стали в аустенитное состояние. В области ферритно-аустенит­

40

ных сталей значительно уменьшается необратимый при­ рост длины образцов после ЦТО, а термостойкость воз­ растает. Жаростойкость стали с увеличением концентра­ ции никеля при 900 °С заметно возрастает, а при 1100 °С увеличивается незначительно. При этом переход основы стали в аустенитное состояние не сопровождается рез­ ким повышением жаростойкости. Это говорит о том, что главную роль в определении жаростойкости сплавов

12

6 й(,Чо

Рис. 12. Структурная диаграмма сплавов Fe—С—Сг—Ni—А1 при 0,3% С и 18% Сг в литом состоянии

играет не структурный фактор, а химический состав. Кратковременные испытания на растяжение при 900 °С показали незначительное увеличение предела прочности с повышением концентрации никеля в сталях. Пластич­ ность при 900 °С понижается при переходе стали в аусте­ нитное состояние [48]. Это связано с тем, что аустенит, как известно, имеет более высокую жаропрочность и пониженную по сравнению с ферритом пластичность при высоких температурах.

Для определения предела растворимости алюминия в аустените исследуемых хромоникелевых сталей и уста­ новления границы аустенитно-ферритной области в ли­ том состоянии изучались микроструктуры образцов этих сталей различного химического состава по алюминию и никелю при постоянном содержании хрома (18%) п углерода (0,3%).

Результаты исследования представлены в виде структурной диаграммы (рис. 12). Интерес представ­

41

ляет граница между двухфазной аустенитно-карбидной

дельное содержание алюминия в хромоникелевой аусте­

высокой концентрации алюминия. При содержании ни­ келя 14% предельная концентрация алюминия состав­ ляет 3,4%, а при 25% никеля—5,2%. Граница выпаде­ ния |3'-фазы на этой диаграмме не показана. По данным микроструктурного анализа, она должна проходить несколько правее указанной границы между областями (Л + /С) и (А + Ф+ К) [50]. При очень медленном охлаж­ дении границы областей на приведенной диаграмме сме­ щаются влево. Построенная диаграмма позволяет вы­ брать состав хромоникельалюминиевой стали аустенит­ ного класса при производстве литых деталей.

вы стали в аустенитное состояние и несколько упрочнить ее за счет выпадения карбидных частиц.

Исследование микроструктуры исходной стали пока­ зало, что феррит занимает в ней значительный объем и выделяется в междендритных участках, образуя круп­ ные зерна. Во время ЦТО происходит измельчение зе­ рен и выделение интерметаллида NiAl в виде мелких серых включений в зернах аустенита и феррита. С увелп-

42