Царство жаростойких материалов

Современная техника требует все более прочных материалов. Повышение экономичности агрегатов в теплотехнике сейчас зависит от металлургов. Советские конструкторы разработали турбины мощностью более 1 млн. кВт. По мнению конструкторов, если будет решена проблема создания соответствующих жаростойких материалов, то станет реальной задача создания газовой турбины с начальной температурой пара 1200-1400°С. Это дало бы возможность повысить к. п. д. турбины на 8-10%.

Жаропрочные стали и сплавы в настоящее время изготовляют на железной, никелевой и кобальтовой основах с присадками хрома и ряда легирующих элементов, которые при высоких температурах дают большую прочность. Особенно широкое применение эти сплавы получили в течение последних 20-30 лет в связи с развитием газовых турбин различного назначения. Сплавы применяют для изготовления многих деталей газовых турбин реактивной авиации, в судовых газотурбинных установках, при перекачивании нефти и газопродуктов, в аппаратуре крекинг-установок, в нагревательных металлургических печах и т. п.

Царство жаростойких материалов

До 1941 г. в СССР выплавляли около 20 марок нержавеющих, окали-ностойких и жаропрочных сталей и только три марки сплавов на никель-кобальтовой основе. В послевоенные годы была освоена металлургия жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Теперь производство жаропрочных сталей широко налажено. Их рабочие температуры в пределах 500-750°С.

Для лопаточного аппарата - наиболее уязвимого места любой паровой турбины предложен новый жаропрочный сплав ЭИ-929ВД, созданный специалистами Центрального котлотурбинного института им. Ползунова. По нормам эксплуатации срок службы лопаточного аппарата из обычных сплавов измеряется в зависимости от ряда условий всего сотнями или несколькими тысячами часов. В десятки раз долговечнее эти сложные и дорогостоящие агрегаты, выполненные из нового сплава. Исследования опытных партий штамповок показали, что теперь начальные температуры в газотурбостроении могут быть повышены с 800 до 950°С.

Температуру 1200°С и выше успешно выдерживает новая жаростойкая безникелевая сталь, полученная в Киевском политехническом институте. Она недорога, обладает хорошими литейными и механическими свойствами. Изготовленные из новой стали горелки котлов тепловых электростанций служат в 10-15 раз дольше. Новые горелки уже внедрены на ряде тепловых электростанций. Перспективно также применение новой стали на металлургических и машиностроительных заводах.

Для деталей, работающих при очень высоких температурах в течение короткого времени (в ракетах, управляемых снарядах, космической аппаратуре), разработаны жаропрочные материалы на основе тугоплавких металлов, неметаллических соединений и комбинации неметаллических материалов с металлами.

Жаростойкие детали изготовляются также из смеси неметаллических соединений и металлов, но основой является металл, а соединения при этом распределяются в его объеме более или менее равномерно в виде дисперсных частиц. Впервые такие смеси были изготовлены с добавкой 0,5 - 20% окиси алюминия. Теперь такие смеси изготовляют на основе различных металлов.

Американский инженер Р. Смит заявил, что сплавы будущего могут оказаться состоящими из мельчайших шариков металлов с более низкой температурой плавления, вкрапленных в жаростойкие материалы.

Составные металлы подобного рода обеспечат достаточную ковкость для придания изделию необходимой формы, будут значительно более прочными и менее хрупкими. Эти свойства будут сохраняться и при высоких температурах.

Академик Н. М. Жаворонков отмечает, что работы по жаропрочным сталям должны быть дополнены исследованиями сплавов и материалов на основе хрома, молибдена, вольфрама, ниобия и тантала, рения. Нужно значительно шире использовать в качестве жаропрочных материалов окислы металлов - циркония, церия, тория, гафния; карбиды, нитриды, бориды, силициды и др. Например, углеродсодержащий неорганический полимер - сополимер карбидов титана и гафния обладает сверхтугоплавкостью. Он плавится лишь при температуре 4215°С. При такой температуре даже вольфрам превращается в жидкость и растекается как вода.