3.2.2. Жаростойкие стали

В качестве жаростойких в различных областях машиностроения используют хромистые и хромоникелевые стали таких же структурных классов, как и коррозионно-стойкие стали, – ферритного, аустенитного и мартенситного.

Стали ферритного класса (08Х17Т, 12Х17, 15Х25Т, 15Х28 и т.д.) жаростойки в атмосфере сухого воздуха и сернистых газов. При этом они нежаростойки в восстановительных средах (водород, оксид углерода). Главным недостатком ферритных сталей является охрупчивание при длительном нагреве в интервале температур 450 – 750ºС.

Стали ферритного класса применяют для изготовления теплообменников и других изделий, не испытывающих значительных нагрузок.

Стали аустенитного класса (08Х18Н9Т, 12Х18Н9, 20Х23Н18, и др.) жаростойки во всех газовых средах, кроме серосодержащих. Они обладают не только высокой жаростойкостью, но и жаропрочностью и могут применяться для выхлопных систем, деталей печного оборудования и т.д.

Поскольку стали аустенитного класса отличаются способностью к глубокой вытяжке и штамповке, то из них изготавливают такие полуфабрикаты, как листы, ленты, трубы, полосы и прутки. Главным недостатком сталей аустенитного класса является их высокая стоимость из-за присутствия дефицитного никеля. Кроме того, они имеют высокий коэффициент линейного расширения, что делает необходимым увеличение зазоров между деталями при проектировании конструкций.

Рис. 3.9. Схема сравнительной прочности и коррозионной стойкости хромоникелевых сталей различных структурных классов

Сильхромы (15X6CЮ, 40Х9С2, 40Х10С2М, 30Х13Н7С2) – жаростойкие стали мартенситного класса, легированные кремнием (1–2 %) и хромом (6–13 %). Сильхромы предназначены в основном для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), рабочие температуры которых не превышают 800°С. Клапана ДВС работают в сложных условиях нагружения: резкие теплосмены. Для таких условий работы требуется материал с комплексом свойств, которые обеспечиваются как легированием, так и термообработкой (рис. 3. 9). Хром и кремний обеспечивают жаростойкость сильхромов. Углерод и хром образуют карбид Cr₇C₃, способствующий увеличению износостойкости. Молибден вводят в сильхромы для повышения жаропрочности, уменьшения склонности к отпускной хрупкости.

Термообработка сильхромов включает либо отжиг при 850 – 870ºС, либо закалку с высоким отпуском; оба вида термообработки обеспечивают необходимый уровень ударной вязкости.

Сильхромы не содержат дорогих легирующих элементов, поэтому широко используются для клапанов автомобильных, тракторных и дизельных двигателей с воздушным охлаждением, а также для крепежных деталей моторов.