2 / 10
О.Ю. Козлова, С.В. Овсепян, А.С. Помельникова
34
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 6
Несмотря на то что исследования и эксперименты по высокотемператур-
ному азотированию сталей в РФ и за рубежом, например [6], начались в первой
половине XX в. вопросы формирования структуры и свойств при внутреннем
азотировании никелевых сплавов недостаточно изучены.
Наиболее жаропрочный деформируемый сплав нового класса марки ВЖ171
с определенным соотношением легирующих элементов, упрочняемый нитрида-
ми, проходит опробование в промышленности для теплонагруженных узлов
газотурбинных двигателей (ГТД) (жаровая труба камеры сгорания, детали сопла
и форсажной камеры) [7, 8]. В результате высокотемпературного азотирования
происходит образование по всему объему материала стабильных нитридов, ко-
торые не растворяются до температуры плавления сплава и обеспечивают высо-
кий уровень свойств. Материал такого класса известен и за рубежом: сплав
NS-163 фирмы
Haynes
[9].
Для эффективного внутреннего азотирования необходимо выполнение сле-
дующих условий [5]:
в сплаве должны содержаться сильные нитридообразующие элементы;
растворимость и диффузионная подвижность азота в сплаве должны
быть достаточны для роста упрочняющей нитридной фазы внутри материала;
не должно происходить образование сплошного нитридного слоя на по-
верхности.
При азотировании многокомпонентных сплавов следует учитывать, что в их
составе могут находиться несколько нитридообразующих элементов. Например,
хром и титан при определенных условиях могут образовывать и нитриды тита-
на, и нитриды хрома [10]. Последнее нежелательно, так как не обеспечивается
стабильность структуры при высоких температурах. При образовании нитридов
хрома уменьшается его содержание в твердом растворе, что снижает жаро-
стойкость и сопротивление коррозии [5].
Известно, что алюминий, ниобий и титан, входящие в состав сплавов ВЖ98
и ВЖ159, являются нитридообразующими элементами, и могут по-разному
влиять на свойства в случае проведения ХТО в среде азота.
Камера сгорания — это сварной узел, в котором присутствует сварка мате-
риалов в одноименном и разноименном сочетании. Для использования сплавов
с нитридным упрочнением в перспективных ГТД необходимо решить задачу
определения материалов, которые подходят для совместного азотирования.
Например, для деталей камеры сгорания может потребоваться использовать
совместно сплавы марок ВЖ171 и ВЖ98 или ВЖ159 [11].
Материалы и методики исследований.
В настоящей работе исследованы хо-
лоднокатаные листы толщиной 1,1…1,3 мм из следующих сплавов: гомогенный
сплав ВЖ98, легированный вольфрамом (10…16 % масс.) и титаном (0,5 % масс.),
имеет хорошую технологичность, сваривается всеми видами сварки; сплав ВЖ159
содержит молибден и 4,5 % масс. в сумме ниобия и алюминия, формирующих
упрочняющую
-фазу (Ni
3
Al(Nb)), имеет высокие характеристики пластичности и
технологичности [11, 12]; экспериментальный сплав ВЖ171.