Сплав ХН33КВЮ

Жаропрочный сплав ХН33КВЮ на никелевой основе разработан для работы в условиях высоких температур и механических нагрузок. Маркировка расшифровывается следующим образом: Х — хром, Н33 — никель (основа, около 33% и более по остатку), К — кобальт, В — вольфрам, Ю — алюминий. В технической документации и каталогах сплав встречается под обозначениями ЭК102 и ВЖ145.

Сплав относится к классу жаропрочных никелевых сплавов и предназначен для деталей, работающих под нагрузкой при повышенных температурах. Высокое содержание кобальта (26–30%) и вольфрама (13–16%) обеспечивает сопротивление ползучести и длительную прочность, а хром (20–23%) повышает стойкость к газовой коррозии. Сплав применяется в авиационной и других отраслях промышленности для ответственных деталей и узлов.

Химический состав сплава ХН33КВЮ (ЭК102, ВЖ145)

Химический состав регламентирован техническими условиями ТУ 14-1-4568-89 (сортовой прокат) и ТУ 14-1-4569-89 (поковки). Никель составляет основу сплава (остаток). Ниже приведён состав в массовых долях (%).

Примечание: содержание неодима или лантана является расчётным и химическим анализом не определяется (по ТУ 14-1-4569-89).

Влияние легирующих элементов на свойства ХН33КВЮ

Каждый компонент в составе сплава ХН33КВЮ выполняет определённую металлургическую функцию:

Никель (основа) — формирует аустенитную γ-матрицу с гранецентрированной кубической (ГЦК) решёткой. Обеспечивает стабильность структуры при высоких температурах и служит основой для растворения легирующих элементов.

Кобальт (26–30%) — один из ключевых элементов сплава. Повышает температуру растворимости упрочняющей γ’-фазы (Ni₃Al), что напрямую увеличивает жаропрочность. Кобальт также упрочняет твёрдый раствор и повышает стойкость к термической усталости.

Хром (20–23%) — обеспечивает жаростойкость, формируя на поверхности защитную оксидную плёнку (Cr₂O₃). Эта плёнка защищает сплав от газовой коррозии и окисления при высоких температурах.

Вольфрам (13–16%) — крупноатомный тугоплавкий элемент, эффективно упрочняющий твёрдый раствор. Замедляет диффузионные процессы в матрице, что повышает сопротивление ползучести. Значительное содержание вольфрама — характерная особенность сплава.

Алюминий (0,3–0,7%) — участвует в образовании упрочняющей интерметаллидной γ’-фазы (Ni₃Al). Также способствует повышению жаростойкости, образуя оксид Al₂O₃ в составе защитной плёнки.

Углерод (0,01–0,10%) — образует карбиды с хромом и вольфрамом (типов M₂₃C₆, M₆C), которые располагаются по границам зёрен и субзёрен, препятствуя зернограничному проскальзыванию при высокотемпературной нагрузке.

Неодим / лантан (≤ 0,1%) — редкоземельные элементы, вводимые в микродозах. Улучшают адгезию защитной оксидной плёнки к поверхности металла и рафинируют границы зёрен.

Физические свойства жаропрочного сплава ХН33КВЮ

Основные физические характеристики сплава приведены в таблице.

Температура плавления указана как интервал, что характерно для многокомпонентных сплавов: нижняя граница (солидус) — начало плавления, верхняя (ликвидус) — полное расплавление. Диапазон значений ТКЛР и теплопроводности обусловлен зависимостью этих величин от температуры.

Механические свойства сплава ХН33КВЮ (ВЖ145)

Механические характеристики определены для цельнокатаных колец по ТУ 1-806-0907-2004 после закалки с 1180–1200 °C (выдержка 2,0 мин на 1 мм сечения + 10 мин), охлаждение на воздухе.

Сочетание высокой прочности (σ_B ≥ 784 МПа), значительного удлинения (δ₅ ≥ 55%) и высокой ударной вязкости (KCU ≥ 1960 кДж/м²) свидетельствует о хорошем балансе прочностных и пластических характеристик. Такое сочетание типично для жаропрочных сплавов, предназначенных для работы в условиях знакопеременных термомеханических нагрузок.

О чём говорят механические свойства ХН33КВЮ инженеру

Высокое значение относительного удлинения (не менее 55%) и сужения (не менее 65%) означает, что сплав обладает значительным запасом пластичности. Это важно в двух аспектах: во-первых, материал хорошо поддаётся горячей пластической деформации (ковка, штамповка, прокатка), во-вторых, в эксплуатации детали из этого сплава не склонны к хрупкому разрушению, что критично для авиационных применений.

Ударная вязкость не менее 1960 кДж/м² подтверждает высокую сопротивляемость динамическим нагрузкам — ударам, вибрации, термоциклированию.

Нормативная документация на сплав ХН33КВЮ

Марка ХН33КВЮ включена в ГОСТ 5632-2014 «Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные». Технические условия на конкретные виды продукции:

Химический состав в указанных ТУ приведён для вариантов сплава, выплавленных специальными способами (см. раздел ниже).

Способы выплавки и маркировка вариантов сплава

Высоколегированный состав ХН33КВЮ требует специальных металлургических технологий для обеспечения чистоты и однородности материала. В зависимости от способа выплавки или их комбинации к базовой маркировке добавляется соответствующий суффикс:

Вакуумная выплавка снижает содержание газов (кислород, азот, водород) и неметаллических включений. Дополнительный переплав (вакуумно-дуговой или электрошлаковый) дополнительно рафинирует металл и улучшает его макроструктуру, снижая химическую неоднородность. Выбор конкретного варианта определяется требованиями к конечному изделию и указывается при оформлении заказа.

Технологические свойства сплава ХН33КВЮ

Обработка давлением

Сплав ХН33КВЮ подвергается горячей пластической деформации — ковке, штамповке, прокатке. По ТУ 14-1-4568-89, прутки поставляются как под горячую штамповку, так и под холодную механическую обработку (тип поставки указывается в заказе).

Обработка резанием

Изделия из ХН33КВЮ поддаются токарной обработке, фрезерованию, шлифованию и сверлению. Как и другие жаропрочные сплавы на никелевой основе с высоким содержанием вольфрама и кобальта, ХН33КВЮ относится к труднообрабатываемым материалам. При резании характерны повышенные температуры в зоне контакта и интенсивный износ инструмента. Рекомендуется применять твердосплавный инструмент, обильное охлаждение и пониженные скорости резания.

Термическая обработка

Для цельнокатаных колец по ТУ 1-806-0907-2004 предусмотрена закалка с температуры 1180–1200 °C. Время выдержки рассчитывается из условия 2,0 минуты на 1 мм сечения плюс 10 минут. Охлаждение — на воздухе. Данный режим обеспечивает растворение избыточных фаз и формирование оптимальной структуры.

Требования к качеству поверхности и контролю

Согласно ТУ 14-1-4568-89, на поверхности прутков, предназначенных для горячей штамповки, не допускаются плены, прокатные и раскатные трещины, раковины, закаты и заковы. Локальные дефекты должны быть удалены пологой зачисткой, при этом глубина зачистки не должна превышать допуска на размер (от номинала), а отношение ширины зачистки к глубине — не менее 6:1.

Для прутков под холодную механическую обработку дефекты глубиной, превышающей допуск на размер, не допускаются. Без зачистки разрешаются отдельные мелкие риски и вмятины в пределах половины допуска.

Прутки диаметром (или стороной квадрата) 80 мм и более проходят ультразвуковой контроль (УЗК). Браковочным считается наличие дефекта, амплитуда сигнала от которого равна или превышает амплитуду от плоского торца контрольного отражателя диаметром 3,0 мм в эталонном образце.

Макроструктура сплава при проверке на поперечных протравленных темплетах не должна содержать трещин, шлаковых включений, пустот и следов усадочной раковины.

Область применения сплава ХН33КВЮ (ЭК102)

Согласно действующей нормативной документации, сплав ХН33КВЮ предназначен для:

— поковок, предназначенных для последующей горячей механической обработки;
— цельнокатаных колец;
— деталей, применяемых в авиационной и других отраслях промышленности.

Сочетание никелевой основы с высоким содержанием кобальта и вольфрама определяет типичную нишу применения — ответственные детали газотурбинных двигателей и энергетических установок, работающие при повышенных температурах под воздействием механических нагрузок. Хромовая защитная плёнка обеспечивает стойкость к газовой коррозии (окислению) в этих условиях.

Формы поставки сплава ХН33КВЮ

Сплав ХН33КВЮ (ЭК102, ВЖ145) поставляется в следующих формах проката и полуфабрикатов:

— пруток (круг) — по ТУ 14-1-4568-89, диаметр определяется заказом;
— поковка — по ТУ 14-1-4569-89, конфигурация и размеры по чертежам заказчика;
— кольца цельнокатаные — по ТУ 1-806-0907-2004;
— заготовки и болванки — по ТУ 1-806-1068-99;
— проволока, лист, лента, труба, фольга, полоса — наличие и условия поставки уточняются при оформлении заказа.

Сплав поставляется с сопроводительной документацией, подтверждающей соответствие химического состава и механических свойств требованиям ТУ. Для продукции авиационного назначения может потребоваться авиатехприёмка.

Расшифровка маркировки сплава ХН33КВЮ

Для специалистов по снабжению и технологов полезно понимать систему обозначений этого сплава.

ХН33КВЮ — маркировка по системе, принятой для никелевых сплавов в российских стандартах:

— Х — хром (Cr);
— Н33 — никель (Ni), основа, цифра 33 указывает ориентировочное содержание;
— К — кобальт (Co);
— В — вольфрам (W);
— Ю — алюминий (Al).

ЭК102 — заводское (электротехническое) обозначение: «ЭК» — серия экспериментальных кобальтовых сплавов, 102 — порядковый номер.

ВЖ145 — второе заводское обозначение: «ВЖ» — высокожаропрочный, 145 — порядковый номер.

Все три обозначения — ХН33КВЮ, ЭК102 и ВЖ145 — относятся к одному и тому же материалу. При оформлении заказа допустимо использовать любое из них.

Особенности заказа и поставки

При оформлении заказа на сплав ХН33КВЮ (ЭК102, ВЖ145) рекомендуется указывать:

— марку сплава и требуемый способ выплавки (ВИ, ИД, ИШ);
— вид продукции (пруток, поковка, кольцо, заготовка);
— номер ТУ;
— размеры и допуски;
— назначение поставки (под горячую штамповку или под холодную механическую обработку — для прутков);
— требования к контролю (УЗК, макроструктура);
— необходимость авиатехприёмки (при авиационном назначении).

Конкретные сроки, условия и объём поставки согласовываются индивидуально. Для консультации по наличию и подбору формы проката свяжитесь с менеджерами компании.