Никелевые литейные сплавы

Конструкционные никелевые сплавы

Никель является одним из важнейших промышленных металлов. Чистый никель имеет высокую прочность (о„ = = 400...500 МПа) и пластичность (б = 50%), обладает высокой химической стойкостью.

Никель имеет плотность 8,907 г/см3, кристаллическую решетку ГЦК с периодом 0,408 нм. Температура плавления никеля равна 1455 °С, кипения — 3080 °С. Сплавы на основе никеля характеризуются высоким энергетическим сопротивлением и коррозионной стойкостью, а также обладают повышенной жаропрочностью и жаростойкостью.

На структуру и свойства никеля существенное влияние оказывают находящиеся в нем примеси — Со, Fe, Si, С, 02, S, Си. Примеси Со, Fe, Si и Си, образующие с никелем твердые растворы, оказывают незначительное влияние на его механические свойства и несколько повышают электрическое сопротивление.

Углерод обычно используют в качестве раскислителя никеля. Но уже при содержании его более 0,1 % никель становится хладоломким вследствие выделения по границам зерен углерода в форме графита.

Сера очень вредная примесь. В никеле она находится в виде сульфида Ni2S, который образуете никелем легкоплавкую эвтектику Ni — Ni2S. Эвтектика имеет температуру плавления 644 °С, выделяется по границам зерен и делает никель непластичным. Когда в никеле содержится более 0,01 % серы, он не может быть обработан давлением даже в горячем состоянии. Пластичность никеля может быть восстановлена при обработке его магнием. Магний связывает серу в тугоплавкое химическое соединение MgS. Поскольку это соединение кристаллизуется первым, оно попадает внутрь зерна и может оказать модифицирующее воздействие.

Кислород в никеле находится в виде закиси никеля и располагается как по границам зерен, так и внутри зерна. К числу вредных примесей относятся висмут, свинец, сурьма, мышьяк, селен, кадмий и фосфор.

Все сплавы никеля по их применению в технике можно условно разделить на пять основных групп: конструкционные, электротехнические, сплавы с особыми физическими и химическими свойствами, жаропрочные и жаростойкие сплавы.

Взаимодействие никеля с легирующими элементами в значительной мере определяется его положением в периодической системе, поскольку он является переходным металлом. Никель образует непрерывные твердые растворы с промышленно важными металлами: Си, Mn, Со, Fe и некоторыми дорогостоящими металлами. Медь, марганец и кобальт используются в качестве основных легирующих элементов, а железо в большинстве случаев рассматривается как нейтральная примесь. Растворное упрочнение в системах с неограниченными твердыми растворами не дает значительного повышения прочности, но позволяет в широком диапазоне изменять физические свойства сплавов. С большинством практически важных переходных металлов (Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Та, W) никель образует эвтектическое равновесие со значительной растворимостью в твердом состоянии. Образование металлоидных фаз и уменьшение растворимости с понижением температуры создают предпосылки для эффективного растворного и дисперсионного упрочнения.

Особенно интересны в этом отношении элементы Ti, Cr, Nb, Mo, Та, W, которые применяются в качестве основных и вспомогательных легирующих элементов в жаропрочных никелевых сплавах. При введении этих элементов в сплав в количестве 8... 10% они незначительно понижают температуру плавления никеля. Это обстоятельство является важным для сохранения жаропрочности. Цирконий и гафний вводятся в жаропрочные сплавы в виде небольших добавок. Сплавы никеля с переходными металлами являются узко- и среднеинтервальными. Они обладают хорошими литейными свойствами, но склонны к дендритной ликвации.

Разность предельной растворимости и растворимости при

600...700 °С указывает на то, что наибольший эффект при дисперсионном упрочнении должны давать добавки Ti, Nb и Та. Из них вне конкуренции оказывается титан как наиболее дешевый и легкий элемент. Кроме того, он оказывает и растворное упрочнение. Элементы W, Мо и Сг используются только для растворного упрочнения.

Особое внимание обращает на себя алюминий, который обладает значительной растворимостью в твердом никеле. С понижением температуры растворимость алюминия в никеле уменьшается и тем самым обеспечивается комплексное растворно-дисперсионное упрочнение. Высокая температура плавления эвтектики (1385 °С) и устойчивый ин- терметаллид Ni3Al (у-фаза) с температурой плавления 1395 °С дополняют ценные для жаропрочных сплавов свойства.

Добавки бора в количестве 0,01 ...0,3 мае. % вводятся для измельчения структуры и улучшения технологических свойств, поскольку бо- риды никеля являются устойчивыми соединениями. Углерод в никелевых сплавах практически полностью связан в карбиды сильными карбидообразуюшими элементами — Ti, Mo, W. Карбиды и карбо- нитриды создают дополнительное упрочнение границ зерен. В связи с этим углерод в жаропрочных сплавах рассматривается как необходимая добавка и вводится в количестве 0,1 ...0,2 мае. %.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >