Реализованы два способа получения мартенситной структуры, обладающей высокой кавитационной стойкостью [7]:
1) использование сталей, легированных хромом и марганцем, образующих нестабильные твердые растворы, способные упрочняться при деформации во время эксплуатации, вследствие образования мартенсита;
2) образование безуглеродистого мартенсита с последующим его старением, приводящим к упрочнению.
К сплавам первой группы относятся аустенитные стали. Типичным представителем такого сплава является сталь 30ХЮП0 [7] (табл. 33). В структуре литой стали карбиды расположены по границам зерен и двойников. После закалки от IlOO0C и ковки структура стали полностью аустенитная. Распад аустенита проходит очень интенсивно при пластической деформации; при этом достигается высокая степень упрочнения. Стойкость этой стали к кави – тационным разрушениям, по сравнению с другими сталями, применяемыми в гидротурбостроении, существенно выше.
Ну.
Нередко в рабочих условиях детали должны сочетать высокую кавитацион – ную стойкость с коррозионной и абразивной стойкостью. С этой целью 8 хромомарганцовые стали, содержащие до 0,1 °/0 С, 13—17 % Cr, 10-15 % Mn, добавляют 0,1—0,3 % N2.
Без
Ко второму типу относятся стали 0 высоким содержанием никеля и Bt3′ ким — углерода (0,03—0,05 %)
Чго
Позволяет при закалке получать
Углеродистый мягкий мартенсит. Леги рующие элементы подбираются с У4®" том того, чтобы при отпуске происходи распад пересыщенного твердого РасТБ ра с образованием интерметаллиД0 ‘
33. Состав, свойства и кавитационная стойкость некоторых сталей, Используемых в гидротурбостроении [7]
Содержание компонентов %
Сталь
Mn
Ni
МПа
20X13 (5632-72) 17Х18Н 9 (5632-72)
ЗОХЮГЮ
0,3— 0,65
9,0— 11,0
400
600 570
700
225
400 210
400
25
20 40
16
8,0— 10,0
1 Остальное Fe.
К таким легирующим элементам относят Al и Ti, которые в сочетании с никелем могут давать интерметаллиды типа Ni3Ti, Ni3Al и Ni3 (Ti, Al).
Разработан новый класс сталей, названных трипсталями, т. е. сталями, в которых превращение инициируется деформацией (Transformation Induced Plasticity). В таких сталях высокая прочность и пластичность, а также кавитационная стойкость достигаются выбором определенного состава стали, режима термической обработки и температурной деформации. Состав трнп – стали следующий: 0,3 % С, 9 % Cr, 8 % Ni, 4 % Mo, 2 % Mn, 2 % Si нли 0,25 % С, 25 % Ni, 4 % Mo, 1,5 % Mn. Трипстали считают сплавами, сочетающими самую высокую прочность и вязкость. Поэтому они являются самыми надежными конструкционными материалами.
Кавитацнонная стойкость чугунов, как правило, ниже стойкости сталн. Наиболее слабыми участками микроструктуры, подверженными разрушению от кавитации, являются графито – Еые включения. Серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой кавитационной стойкостью. Чугун с шаро – иДным графитом имеет более высокую сопротивляемость кавнтационным разрушениям. В отличие от серых белые Угуны обладают значительно большей кавитационной стойкостью. Кавитационная стойкость чугунов зависит не только от формы графита, но и от прочности металлической основы на границах раздела с графитом. С целью увеличения прочности основы чугуна его легируют чаще всего никелем или молибденом. Например, легированный серый чугун с 1 % Ni и 0,28 % Mo имеет в 2 раза большую кавитационную стойкость, чем нелегированный [7].
Нередко в условиях воздействия кавитации работают детали, изготовляемые из цветных сплавов [101]. Наиболее распространенными являются медные сплавы. Различие в кавитационной стойкости медных сплавов определяется фазовым составом. Медные сплавы имеют мягкую, пластичную а-фазу н твердую, хрупкую Р-фазу. Разрушение сплава от микроударов при кавитации начинается на границах и распространяется в сторону менее прочной а-фазы. С увеличением количества Р-фазы н более равномерным ее распределением кавитационная стойкость возрастает. В бронзах в а-фазном состоянии повышение кавитационной стойкости достигается легированием твердого раствора, В табл. 34 это прослеживается на примере различных бронз [7], легированных кремнием, бериллием, марганцем и др.