ЗАО "Сварочные технологии"

Под жаропрочностью сталей и сплавов понимают их способность сопротивляться пластическому деформированию и разрушению в условиях длительного воздействия на них напряжений при высоких температурах.

Чем выше температура и напряжение, при которых металл не претерпевает пластическую деформацию в условиях длительной выдержки, тем он более жаропрочен.

Жаропрочность сталей (сплавов) и сварных швов зависит от их химического состава и структуры. Так, например, обычные углеродистые конструкционные стали под действием напряжений ниже предела текучести могут бесконечно длительное время не разрушаться при обычной температуре, а при высоких температурах под действием даже несколько меньших напряжений (ниже предела текучести при данной высокой температуре) постепенно деформируются и затем разрушаются. Такое явление называется ползучестью металла.

Элементами, повышающими сопротивление ползучести стали (ее жаропрочность), являются молибден, вольфрам, хром-марганец.

Находясь в твердом растворе стали, эти элементы упрочняют ее (повышают силу межатомной связи в кристаллической решетке при высоких температурах), повышая тем самым сопротивление ползучести. Присутствие в стали равномерно распределенных карбидов также повышает ее жаропрочность.

Жаропрочность стали зависит и от стабильности ее микроструктуры, т. е. неизменности состава твердого раствора и карбидной фазы в условиях длительной выдержки при рабочих температурах. Если в процессе эксплуатации под напряжением при рабочих температурах в металле развиваются диффузионные процессы (переход некоторых элементов-упрочнителей из твердого раствора в карбиды, а других - из карбидов в твердый раствор либо рост карбидов), то он будет претерпевать ползучесть и преждевременно разрушится.

Для обеспечения стабильности микроструктуры и жаропрочности сталей в их состав наряду с элементами-упрочнителями вводят такие элементы, как ванадий, ниобий, бор. Обладая большим химическим сродством к углероду, чем молибден, вольфрам, хром, эти элементы образуют с углеродом устойчивые карбиды, препятствуя переходу в карбиды упрочняющих элементов из твердого раствора. Причем содержание стабилизирующих элементов в металле должно соответствовать содержанию углерода; так, например, излишек ванадия, не связанного в карбиды, а растворенного в феррите, может ухудшить сопротивление ползучести металла вследствие уменьшения межатомных связей в нем.

Низко- и среднелегированные стали перлитного класса, предназначенные для изготовления изделий, работающих при температурах до 565°С, обычно называют теплоустойчивыми сталями, а стали и сплавы, предназначенные для работы при более высоких температурах, называют жаропрочными.

Расчетной единицей, характеризующей жаропрочность, является предел длительной прочности, выражаемый в кГ/мм².