6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов

Детали и установки, работающие при температурах выше 700 С, изготавливают из сплавов на основе никеля кобальта и тугоплавких металлов.

Сплавы на никелевой основе (содержащие более 55 % Ni) по жаропрочным свойствам превосходят лучшие жаропрочные стали. Их рабочие температуры составляют 800…1000 С. Примерно такими же, а иногда и несколько более высокими свойствами обладают сплавы на кобальтовой основе. Никелевые, а также кобальтовые сплавы обладают не только высокой жаропрочностью, но и высокой жаростойкостью.

Никелевые сплавы используют в деформированном и литом состояниях. Преимущественно их применяют в деформированном виде. По структуре эти сплавы разделяют на гомогенные (нихромы, инконели) и гетерогенные (нимоники). Общим для всех сплавов на никелевой основе является минимальное содержание углерода (0,06…0,12 %).

Эти сплавы применяют для изготовления сопловых и рабочих лопаток газотурбинных авиационных двигателей.

Нихромы. Это сплавы, основой которых является никель, а основным легирующим элементом  хром (ХН60Ю, ХН78Т).

Нихромы не обладают высокой жаропрочностью, но они очень жаростойки. Поэтому их применяют для нагруженных деталей, работающих в окислительных средах, в том числе и для нагревательных элементов.

Нимоники. В состав этих сплавов, кроме хрома, добавляют титан, алюминий, молибден, вольфрам и т.д. При термической обработке они образуют с никелем (кобальтом, хромом) дисперсные интерметаллидные фазы типа (Ni, Co, Cr)₃ Ti, (Ni, Co, Cr )₃ Al, упрочняя нимоники.

Кобальтовые сплавы. Применяют редко ввиду большой дефицитности кобальта, хотя они по свойствам лучше никелевых. Кобальтовые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошим сопротивлением истиранию. Из кобальтовых сплавов детали изготавливают прецизионными методами литья. Его применяют для лопаток соплового аппарата реактивных двигателей.

Жаропрочные сплавы на основе тугоплавких металлов. К тугоплавким металлам относятся вольфрам, рений, тантал, молибден, ниобий. Сплавы на основе этих металлов обладают максимальной жаропрочностью  до 2500 С.

Молибден и его сплавы. Сплавы на основе молибдена применяют более часто по сравнению с другими тугоплавкими сплавами. В качестве легирующих добавок для повышения температуры рекристаллизации в них вводят титан, цирконий, ниобий. Получены опытные сплавы с добавлением рения до 30…50 %.

Вольфрам и его сплавы. Вольфрам  наиболее тугоплавкий металл. Его используют в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах различного назначения: в композитных материалах [медь + волокно вольфрама, _В = 15002000 МПа (150200 кгс/мм²), Е = 400 000 МПа (400 000 кгс/мм²)]; в электротехнике и электронике (нити накала, эмиттеры, нагреватели в вакуумных приборах и т.п.). Из вольфрама изготавливают эрозионные вставки в критические сечения сопел ракетных двигателей и т.д. Сплавы вольфрама сохраняют пластичность до 196 С.

Наибольшее повышение жаропрочности вольфрамовые сплавы приобретают при добавлении 1…2 % ThO₂ (за счет увеличения температуры рекристаллизации на 400…500 С, т.е. до 2000…2200 С).

Сплав вольфрама с 5…10 % Re и 1…2 % ThО₂ имеет  150 МПа (15 кгс/мм²).