Для увеличения жаропрочности необходимо максимально ограничить подвижность дислокаций и замедлить диффузионные процессы. Это воз­можно за счет повышения прочности межатомных связей, создания препят­ствий для перемещения дислокаций внутри зерен и на их границах и увели­чения размеров зерен.

Главными направлениями повышения жаропрочности являются: 1) увеличение прочности межатомных связей; 2) увеличение размеров зерен; 3) формирование гетерофазной структуры с мелкодисперсной упрочняющей фазой.

Прочность межатомных связей у большинства металлов недостаточна для обеспечения жаропрочности и ее можно увеличить вводя в химический состав стали более тугоплавкие металлы. Если же говорить о жаропрочных сплавах, то у них за основу берут такие тугоплавкие металлы, как хром, ни­кель, молибден и т. д.

 Крупнозернистость — характерная особенность структуры жаропроч­ных материалов. Чем крупнее зерна, тем меньше протяженность межзерен-ных границ и слабее межзеренное скольжение и диффузионные перемеще­ния. Это идеально выполняется у монокристаллов, у которых одно зерно, но в технике они используются редко.
При выборе основы материала необходимо учитывать, что уровень жа­ропрочности чистого металла связан с температурой его плавления. Чем она выше, тем больше прочность межатомных связей, меньше скорость само­диффузии и, как следствие, меньше скорость ползучести. Из этого следует, что температура начала плавления сплавов должна быть по возможности выше. Если температура плавления сплава значительно ниже, чем металла основы, то при высоких температурах чистый металл может быть прочнее самого сплава.Высокими жаропрочными свой­ствами обладают стали, легированные карбидообразующими элементами тугоплавких металлов, такими, как хром, ванадий, вольфрам, и другие, у этих сталей формируется карбидный каркас, который и способствует резкому за­медлению перемещения дислокаций. Кроме легирования гетерофазную структуру можно формировать с помощью термической обработки. Для ни­келевых дисперсионно-стареющих сплавов закалка с последующим старени­ем происходит с выделением интерметаллидов, которые способствуют уве­личению жаропрочности. Эта фаза, состоящая из мелких частиц, располага­ется по всему объему металла и активно тормозит перемещение дислокаций.В целях упрочнения границ зерен и замедления процессов диффузии в сталях и жаропрочных сплавах вводятся в небольших количествах (0,1—0,01%) бор и церий. Эти элементы имеют малый атомный диаметр и распола­гаются по границам зерен (в местах наибольшего скопления дефектов) и более чем в десять раз замедляют процессы диффузии.

Для получения высокой жаропрочности необходимо иметь в структуре частицы избыточных фаз — упрочнителей. Из сказанного выше можно за­ключить, что многие жаропрочные сплавы термически упрочняются. В них частицы избыточных фаз образуются во время старения после предвари­тельной закалки. Во время эксплуатации при комнатных и повышенных тем­пературах частицы коагулируют, увеличиваются расстояния между ними и существенно снижается эффект упрочнения. При этом можно отметить, что выделения, кристаллографически близкие к матрице, дольше остаются коге­рентными и не коагулируют. В условиях длительной работы при высоких температурах необходимо иметь в виду, что в стареющих сплавах обычно трудно сохранить максимальную дисперсность выделений, которые способ­ствуют уменьшению скорости ползучести и высокой длительной прочности.

Для замедления этого процесса легирующие элементы необходимо вы­бирать таким образом, чтобы избыточная фаза состояла из медленно диф­фундирующих компонентов и не содержала металла — основы. Такие фазы обычно представляют собой металлические соединения со сложной кристалли­ческой решеткой и высокой жаропрочностью. Максимальной жаропрочностью отличаются дисперсно-упрочняемые сплавы, содержащие в основе практически не взаимодействующие с ней частицы, например карбиды, оксиды и бориды.

Необходимо отметить, что при производстве жаропрочных сплавов ис­пользуются достаточно чистые шихтовые материалы со строго ограничен­ным количеством нежелательных примесей, которые способны образовывать легкоплавкие эвтектики (например, свинец, олово, сурьма и т. д.).

Также уже отмечалась значимость морфологических характеристик вы­делений избыточных фаз: повышение жаропрочности тем существеннее, чем дисперснее частицы, меньше расстояния между ними, больше частиц на межзеренных границах. Конечно, очень важно помнить, что заметно влияют на характеристики жаропрочности и структурные параметры матрицы в пер­вую очередь размеры зерен и субзерен.

Рассмотренные особенности влияния легирования на сопротивление ползучести и предела длительной прочности определяют основные требова­ния к структуре и фазовому составу жаропрочных сплавов: 1) высокая сте­пень легирования твердого раствора медленно диффундирующими компо­нентами (Сг, Мо, V и т. д.); 2) присутствие дисперсных частиц фаз-упрочни-телей; 3) стабильность структуры; 4) прочность границ зерен.