У роботі розглянуто дослідження впливу легувальних елементів: хрому, алюмінію, вуг-лецю, титану та РЗМ на комплекс ливарних, механічних та спеціальних властивостей і структу-ру жаростійких сталей і визначено оптимальний вміст в них цих елементів, що забезпечує най-краще поєднання технологічних і експлуатаційних характеристик.
Для виготовлення жаростійких литих деталей, що працюють в умовах високих темпера-тур та агресивних середовищ, створено стали такого хімічного складу, % мас.: С = 0,25…0,35; Cr = 25…32; Al = 1,2…3,5; Ті = 0,25…0,50; Si <1,0; Mn <0,8; P <0,025; S <0,025.
Установлено, що для досягнення високих технологічних властивостей, тривалої та на-дійної експлуатації виробів в екстремальних умовах у сплавах необхідно витримува-ти відношення [%Cr] / [%Al] = 6…10, тобто, за вмісту в сталі 25% хрому кількість алюмінію має складати 3,5…4,5%, а для сталі з 30% хрому – 2,0…3,0% алюмінію. Вміст вуглецю в усіх сплавах має зберігатися в межах 0,25…0,35%, а титану – 0,25…0,50%.
Рентгенографічними та мікрохімічними дослідженнями оксидної плівки, яка утворюєть-ся на поверхні виробів в процесі їх експлуатації в умовах високих температур та агресивних се-редовищ, установлено, що вона складається з оксидів хрому, алюмінію, титану та незначної кі-лькості оксидів заліза. Оксидна плівка утворюється на поверхні виробу протягом декількох де-сятків хвилин на початку його експлуатації і в подальшому надійно захищає виріб під час робо-ти в екстремальних умовах внаслідок зростання в ній кількості оксиду алюмінію. Така плівка має найвищі захисні властивості й практично визначає термін експлуатації виробу.
Дослідженнями механічних властивостей за високих температур і термостійкості ство-рених сталей установлено, що вибір марки сталі для виготовлення жаростійких виробів необ-хідно здійснювали, перш за все, спираючись на конфігурацію виробу, товщину стінки литої де-талі, її габаритні розміри та враховувати ливарні властивості створених сталей.
Установлено, що за температур експлуатації понад 1100 ºС середньовуглецеві хромо-алюмінієві сталі феритного класу мають набагато вищі окалиностійкість і ростостійкість, ніж хромонікелеві сталі аустенітного класу, хоча міцність і пластичність останніх дещо вищі в порі-внянні з хромоалюмінієвими сталями. Це підтверджує доцільність заміни дорогих хромонікеле-вих сталей дешевими хромоалюмінієвими для виготовлення литих деталей, які працюють в умовах високих температур та агресивних середовищ без зовнішніх навантажень.
Визначено перспективність розширення меж використання рекомендованих сталей виго-товленням жаростійкої продукції з використанням термомеханічної обробки литих заготовок пресуванням і куванням.
Для роботи в умовах інтенсивного зносу створено новий безнiкелевий високозносостій-кий хромомарганцевий чавун з високими експлуатаційними та задовільними ливарними влас-тивостями хімічного складу, % мас.: 2,8...3,2 С; 18,0...20,0 Сr; 3,5...4,5 Мn; 0,6...0,8 Sі; Р < 0,05; S < 0,05. Для підвищення зносостійкості чавуну на 20...25% його доцільно мікролегувати тита-ном у межах 0,1...0,5%, ванадієм – 0,5...0,8% або сурмою – 0,1...0,2% й модифікувати бором у межах 0,005...0,020% або РЗМ – 0,1…0,25% (за присадкою). Для досягнення максимальної твердості металу та зносостійкості виробів із рекомендованих хромомарганцевих чавунів їх не-обхідно гартувати на повітрі з температур 900…950 °С.
Створено банк даних щодо впливу хрому, алюмінію, вуглецю, титану й РЗМ на техноло-гічні та експлуатаційні властивості запропонованих сплавів. Розроблено й апробовано програм-не забезпечення розраховування шихти для виплавляння сплавів з високим вмістом хрому й прогнозування якості розплаву, що знаходиться в плавильному агрегаті, за результатами пер-шого хімічного аналізу та температурами його перегрівання в плавильному агрегаті й заливання в ливарні форми.
Розроблено технологічні процеси виплавляння запропонованих жаростійких і зносостій-ких сплавів в індукційних і дугових печах з різними футеровками й виготовлення дрібних і ве-ликогабаритних тонкостінних виливків із цих сплавів литтям у разові об’ємні піщано-глинясті форми та спеціальними способами лиття: в оболонкові та металеві форми, за моделями, що ви-топлюються або газифікуються й відцентровим литтям. Із сплавів можна виготовляти виливки масою від декількох десятків грамів до декількох сотень кілограмів різної геометрії й з різними товщинами стінок. Для здійснення процесів плавлення розроблено відповідні технологічні ін-струкції.
