Глава XVIII. ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ
Под жаростойкими (окалиностойкими) сталями и сплавами понимают стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 
и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.
Под жаропрочными сталями и сплавами понимают стали и сплавы, обладающие повышенными механическими свойствами при высоких температурах.
В последние годы в технике широко применяют повышенные температуры, высокие давления и напряжения.
Установлено, что при высоких температурах металл ведет себя во многих отношениях иначе, чем при нормальных, или даже при 
Естественно поэтому, что в металловедении особое внимание стали уделять жаростойким и жаропрочным сталям и специальным сплавам, предназначенным именно для работы при высоких температурах.
1. Жаростойкость. Жаростойкие сплавы
Жаростойкость (окалиностойкость) характеризует сопротивление металла окислению при высоких температурах.
Как происходит окисление? Начальная стадия окисления стали — чисто химический процесс. Но дальнейшее течение окисления — уже сложный процесс, заключающийся не только в химическом соединении кислорода и металла, но и в диффузии атомов кислорода и металла через многофазный окисленный слой. При плотной оксидной пленке скорость нарастания окалины определяется скоростью диффузии атомов сквозь толщину окалины, что в свою очередь зависит от температуры и строения оксидной пленки.
С повышением температуры скорость окисления возрастает (рис. 324) и резко при 570 °С, когда вместо плотных оксидов типа 
образуется рыхлый оксид 
(рис. 325).
Рис. 324. Влияние температуры на скорость окисления железа
Железо с кислородом образует ряд химических соединений: 
(вюстит), 
(магнетит) и 
(гематит). Как указывалось, строение диффузионного слоя соответствует изотермическим разрезам соответствующей диаграммы состояния (рис. 325) при температуре диффузии.
При температурах ниже эвтектоидной (
окисленный слой состоит из двух зон оксидов: 
Кристаллическая структура этих оксидов сложна, скорость диффузии в них мала.
При температурах выше 
структура окалины состоит из трех оксидов: 
причем основным слоем окалины является окись 
Скорость окисления возрастает при переходе через эвтектоидную температуру (
что является следствием более ускоренной диффузии атомов (рис. 324) сквозь простую кристаллическую решетку вюстита, кристаллизующегося, как и фазы внедрения, с дефицитом в неметаллических атомах (кислорода).
Рис. 325. Диаграмма состояния 
Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые благоприятным образом изменяют состав и строение окалины. Так, в результате введения в сталь соответствующих количеств хрома, алюминия или кремния, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, в процессе окисления на поверхности образуются плотные окислы 
или 
диффузия сквозь которые происходит с трудом. Образовавшаяся тонкая пленка из этих оксидов затрудняет процесс дальнейшего окисления.
Чем выше содержание хрома, алюминия или кремния в стали, тем выше окалиносгойкоспь стали и тем выше может быть рабочая температура.
Рис. 326. Влияние хрома на окалиностойкость сталей: 1 — ферритных; 2 — аустсехтных
Минимальное содержание хрома, обеспечивающее окалнностойкость при разных температурах, можно определить из рис. 326. При рабочей температуре 
для достаточной окалиностойкости сплав (сталь) должен содержать не менее 
, а при рабочей температуре 1100 °С — не менее 20— 25 % 
.
Важно, что окалиностойкость, столь существенно зависящая от состава стали или сплава, не зависит от его структуры, т. е. это свойство структурно нечувствительное. Так, окал иностой кость ферритных (чисто хромистых) и аустенитных (хро-моиикелевых) сплавов, как видно из рис. 326 практически одинакова. 1
В табл. 62 приведены составы сталей и сплавов, применяемых как жаростойкие. Предельная температура эксплуатации указана в таблице и показывает температуру, выше которой сплав не должен нагреваться при работе во избежание быстрого окисления. Поскольку повышение предельной температуры эксплуатации создается за счет дорогого легирования, то следует точно определять температурные условия работы металла и выбирать в соответствии с этой таблицей и другими справочными данными жаростойкий сплав.
