жаростойкие сплавы

жаросто́йкие спла́вы, окалиностойкие, — металлические материалы, стойкие против интенсивного окисления в воздухе или в смеси воздуха с газообразными продуктами сгорания топлива при температуре 800—1100°С. Жаростойкость материала обеспечивается за счёт образования на его поверхности при высоких температурах тонкого слоя оксида, изолирующего сплав от непосредственного контакта с кислородом и препятствующего интенсивному окислению. Способность оксидной плёнки защищать сплав от активного взаимодействия с кислородом определяется главным образом механической плотностью плёнки, прочностью её сцепления с основным материалом, а при высоких температурах и сопротивлением оксида диффузионному проникновению ионов металла и кислорода. Жаростойкость материалов характеризуется изменением массы на единицу поверхности за время пребывания при данной температуре.

Основой Ж. с., применяемых в авиастроении, являются никель и сплавы никель — железо и кобальт — никель (см. Жаропрочные сплавы). Однако высокотемпературные оксиды этих металлов (особенно оксиды железа и кобальта) не обеспечивают достаточно эффективной защиты от диффузионного проникновения реагирующих компонентов. Для получения на поверхности указанных материалов оксидной плёнки с высокой защитной способностью они должны содержать хром. Этот металл, обладая более высокой теплотой окисления, чем другие компоненты сплава, образует при высокой температуре на поверхности сплавов плёнку тугоплавкого оксида хрома Cr₂O₃, защитная способность которого выше, чем у оксидов никеля, железа и кобальта.

Другим элементом, способным создавать эффективные защитные оксидные плёнки, особенно на никелевых и никель-железных сплавах, является алюминий. При содержании хрома в сплаве 10—16% достаточно 3—4% алюминия для образования при высокотемпературном окислении плёнки оксида алюминия Al₂O₃, которая может обеспечить более надёжную защиту, чем Cr₂O₃. На окалиностойкость Ж. с. положительно влияют малые добавки некоторых активных элементов (кальций, иттрий, церий, лантан и т. п.).

Помимо химического воздействия газовой среды Ж. с. могут испытывать действие механических нагрузок при рабочих температурах, в связи с чем в жаростойкую композицию вводят некоторое количество тугоплавких металлов (например, молибдена, вольфрама), что повышает жаропрочность за счёт замедления самодиффузии в твёрдом растворе, не выводя сплав из однофазного состояния. Ещё более эффективно упрочнение за счёт старения. С этой целью в сплав вводят алюминий, титан, ниобий, образующие термостабильные химические соединения с переменной растворимостью в основе сплава, что позволяет с помощью термической обработки (закалки и старения) резко повысить кратковременную и длительную прочность Ж. с. Стареющие сплавы, как правило, обладают пониженными технологическими свойствами (свариваемость, пластичность), что ограничивает возможность упрочнения Ж. с. старением.

М. Я. Львовский.