Жароміцні матеріали

Лопатки турбіни із жароміцного сплаву Nimonic 80A у двигуні «Rolls-Royce Nene»

До жароміцних сплавів (суперсплавів) належать сплави на нікелевій (німонік, інконель), залізо хромонікелевій (тінідур, хромадур), кобальтовій (стеліт) або мішаній основі, що відзначаються жароміцністю. Основними властивостями жароміцних сплавів є високий опір повзучості і втомності та тривала міцність.

Жароміцність сплавів зумовлюється структурою, у якій рівномірно розподілені частинки інтерметалевих сполук, боридів та ін. Така структура виникає внаслідок термічної обробки (гомогенізуючого гартування і старіння металів), що приводить до гетерогенізації (неоднорідності) мікроструктури, а також у процесі легування тугоплавкими хімічними елементами (вольфрамом, молібденом, ванадієм) і елементами-зміцнювачами (титаном, алюмінієм, ніобієм, бором). Крім того, її формують, зменшуючи вміст свинцю, олова, сурми, вісмуту і сірки, додаючи рафінуючі елементи (кальцій, церій, барій і бор). Якщо вироби з жароміцних сплавів призначені для тривалої експлуатації при температурі понад 800°С, їхню поверхню додатково піддають дифузійній термохімічній обробці (алітуванню, хромоалітуванню, емалюванню, нанесенню тугоплавких оксидів тощо). Різновид жароміцних сплавів — сплави, зміцнені дисперсними частинками тугоплавких оксидів або високоміцними волокнами. Жароміцні сплави застосовують для виготовлення деталей парових і газових турбін, авіаційних, суднових і залізничних газотурбінних двигунів, в енергетичному машинобудуванні тощо.

До жароміцних неметалевих матріалів, що знайшли найбільше використання належать графіт і спеціальна кераміка, які здатні працювати за температур понад 1000°С. Унікальною властивістю графіту є зростання модуля пружності і міцності. При нагріванні до температури 2200…2400 °С міцність графіту підвищується на 60 % і лише при ще вищих температурах він втрачає міцність. Повзучість у графіту проявляється за температур, вищих від 1700°С і характеризується малою швидкістю. Керамічні матеріали на основі SiC, Si₃N₄ і системи Si-Al-O-N є легкими, міцними і зносостікими речовинами. Як конструкційні жароміцні матеріали використовуються у двигунах внутрішнього згоряння для виготовлення поршнів, головок блоків циліндрів тощо. Керамічні детали можуть працювати при температурах: до 1500°С (Si₃N₄) і навіть — 1800°С (SiC). Вони є стійкими до корозії та ерозії, не бояться перегрівання та не потребують примусового охолодження. Недолік високотемпературної кераміки — це крихкість.

• Жароміцність
• Жаротривкість
• Жаротривкі матеріали

• Дурягіна З. А. Сплави з особливими властивостями / З.А. Дурягіна, О. Я. Лизун, В. Л. Пілюшенко. — Л. : Вид-во НУ «Львівська політехніка», 2007. — 236 с.
• Арзамасов Б.Н. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др.; под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Машиностроение. — 384 с.
• Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М. : Металлургия, 1969.

• Жароміцність та жароміцні металеві матеріали // Енциклопедія сучасної України : у 30 т. / ред. кол. І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001­–2020. — ISBN 944-02-3354-X.
• H. K. D. H. Bhadeshia Superalloys - лекції про суперсплави на сайті університету Кембриджа (англ.).