Жароміцний метал і жаростійкість
Ненавантажені конструкції, експлуатовані при температурі близько 550 ° С в окислювальному газовій атмосфері, виготовляються зазвичай з жаростійкої стали. До даних виробів часто ставляться деталі нагрівальних печей. Сплави на базі заліза при температурі більше 550 ° С схильні активно окислюватися, через що на їх поверхні утворюється оксид заліза. З'єднання з елементарної кристалічною решіткою і брак атомів кисню призводить до появи окалини крихкого типу.
Для поліпшення жаростійкості сталі в хімічний склад вводяться:
- хром;
- кремній;
- алюміній.
Дані елементи, з'єднуючись з киснем, сприяють формуванню в металі надійних, щільних кристалічних структур, завдяки чому і поліпшується здатність металу спокійно переносити підвищену температуру.
Тип і кількість легуючих елементів, що вводяться до складу сплаву на базі заліза, залежить від температури, в якій експлуатується виріб з нього. Краща жаростійкість у сталей, легування яких виконувалося на основі хрому. Найбільш відомі марки цих сільхромов:
- 15Х25Т;
- 08Х17Т;
- 36Х18Н25С2;
- Х15Х6СЮ.
З підвищенням кількості хрому в складі жаростійкість збільшується. З хромом можуть створюватися марки металів, вироби з яких не втратять початкових характеристик і при довгому впливі температури понад 1000 ° С.
Особливості жароміцних матеріалів
Жароміцні сплав і стали успішно експлуатуються при постійній дії високих температур, причому схильність до повзучості не проявляється. Суть даного процесу, до якого схильні стали звичайних марок та інші метали, в тому, що матеріал, який відчуває вплив постійної температури і навантаження, повільно деформується, або повзе.
Повзучість, якої намагаються уникнути при створенні жароміцних сталей і металів іншого типу, буває:
- тривалої;
- короткочасною.
Для визначення параметрів короткочасної повзучості матеріали піддаються випробуванням: поміщаються в піч, нагріту до потрібної температури, а до них на певний час прикладається розтягуються навантаження. За короткий час перевірити матеріал на схильність до тривалої повзучості і з'ясувати, який її межа, не вдасться. З цією метою випробувані виріб в печі піддається тривалому навантаженні.
Важливість границі повзучості в тому, що він характеризує найбільшу напругу, що веде до руйнування розігрітого зразка після впливу певний час.
Марки жаростійких і жароміцних сталей
По внутрішній структурі категорії наступні:
- мартенситні;
- аустенітні;
- мартенситно-ферритні;
- перлітні.
Жаростійкі сталі можуть представляти ще два типи:
- ферритні;
- мартенситні, або аустенитно-ферритні.
Серед сталей з мартенситной структурою найбільш відомі:
Х5 (з неї роблять труби, які будуть експлуатуватися при температурі не більше 650 ° С).- Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ (служать для виготовлення виробів, які експлуатуються при 500-600 ° С певний час (1000-10000 ч.).
- 3Х13Н7С2 і 4Х9С2 (вироби з них успішно експлуатуються при 850-950 ° С, тому з них роблять клапани моторів транспортних засобів).
- 1Х8ВФ (вироби з цієї стали успішно експлуатуються при температурах не більше 500 ° С 10000 ч. І довше; зокрема, з матеріалу роблять конструктивні елементи парових турбін).
Основа мартенситной структури - це перліт, який змінює стан, якщо в складі матеріалу збільшується вміст хрому. Перлітні марки жаростійких і жароміцних сталей, які відносяться до хромокремністим і хромомолібденових:
- Х6С;
- Х7СМ;
- Х6СМ;
- Х9С2;
- Х10С2М;
- Х 13Н7С2.
Для отримання з цих сталей матеріалу зі структурою сорбіту, що відрізняється високою твердістю (незгірш від 25 по HRC), спочатку їх гартують при 950-1100 ° C, а потім піддають відпустці.
Сталеві сплави з феритної структурою, з категорії жаростійких, містять 25-33% хрому, що визначає їх характеристики. Для додання цим сталям дрібнозернистої структури вироби з них отжигают. До цієї категорії сталей входять:
- 1 Х12СЮ;
- Х17;
- Х18СЮ;
- 0Х17Т;
- Х25Т;
- Х 28.
При нагріванні їх до 850 ° C і більше зерно внутрішньої структури укрупнюється, через що підвищується крихкість.
З жароміцної нержавійки виготовляються:
- тонколистовий прокат;
- безшовні труби;
- агрегати хімічної і харчової промисловості.
Стали, в основі яких феррит і мартенсит, активно використовуються у виробництві виробів різного призначення в машинобудуванні. Вироби з таких жароміцних сплавів навіть досить тривалий час успішно експлуатуються при температурі до 600 ° C.
Найпоширеніші марки даних жароміцних сталей:
- Х6СЮ;
- 1Х13;
- 1 Х11МФ;
- 1Х12ВНМФ;
- 1 Х12В2МФ;
- 2 Х12ВМБФР.
Хрому в хімічному складі цих сплавів - 10-14%. Легуючі добавки, що поліпшують склад, тут - ванадій, вольфрам і молібден.
Аустенітно-ферритні і аустенітні сталеві сплави
Найбільш значимі особливості аустенітних сталей в тому, що внутрішня їх структура формується завдяки нікелю в їх складі, а жаростійкість пов'язана з хромом.
У сплавах даної категорії, що відрізняються малим вмістом вуглецю, іноді присутні легуючі елементи титан і ніобій. Стали, основу внутрішньої структури яких становить аустенит, входять в категорію нержавіючих і при тривалому впливі високих температур (до 1000 ° C) добре протистоять формуванню окалини.
Найбільш поширені сьогодні стали з аустенітної структурою - це дисперсно-тверднуть сплави. З метою поліпшення якісних характеристик додаються карбідні або интерметаллические упрочнители.
Найбільш популярні марки, основа внутрішньої структури яких - аустеніт:
- Дисперсійно-тверднуть Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М, 0Х14Н28В3Т3ЮР.
- Гомогенні 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х25Н20С2.
Сталеві сплави на основі суміші аустеніту і фериту відрізняє дуже висока жароміцність, яка за показниками перевищує аналогічний параметр навіть у високохромистих матеріалів. Характеристики жароміцності досягаються і за рахунок високої стабільності внутрішньої структури сталей цієї категорії. Вироби з них успішно експлуатуються навіть при температурах до 1150 ° С.
Жароміцні сталі з аустенитно-мартенситной структурою характеризуються підвищеною крихкістю, тому не можуть використовуватися у виробництві виробів, які експлуатуються під високим навантаженням.
З жароміцних сталей цієї категорії робляться вироби такого призначення:
- Жароміцні труби, конвеєри для печей, ємності для цементації (Х20Н14С2 і 0Х20Н14С2).
- Пірометричні трубки (Х23Н13).
тугоплавкі матеріали
Сталеві сплави на базі тугоплавких металів використовуються для виробництва виробів, які експлуатуються при 1000-2000 ° C.
Тугоплавкі метали, які входять в хімічний склад таких сталей, характеризуються температурами плавлення:
Завдяки тому, що тугоплавкі стали цієї категорії мають високу температуру переходу в крихке стан, при серйозному нагріванні відбувається їх деформація. Для підвищення жароміцності таких сталей в їх склад вводять спеціальні добавки, а для підвищення жаростійкості легують титаном, молібденом, танталом і ін.
Найпоширеніші співвідношення хімічних елементів в тугоплавких металах:
- основа - вольфрам і 30% реній;
- 60% ванадій і 40% ніобій;
- основа - 48% залізо, 15% ніобій, 5% молібден, 1% цирконій;
- 10% вольфраму і танталу.
Сплави на основі нікелю і нікель з залізом
Сплави на базі нікелю (55% Ni) або виконані на основі суміші його з залізом (65%) - жароміцні з високими якостями жаростійкості. Базовий легуючий елемент для будь-яких сталей цієї категорії - хром, якого міститься 14-23%.
Висока стійкість і міцність зберігається при підвищених температурах. Цими якостями володіють сталеві сплави на основі нікелю.
Найбільш популярні:
ХН60В;- ХН67ВМТЮ;
- ХН70МВТЮБ;
- ХН70;
- ХН77ТЮ;
- ХН78Т;
- ХН78МТЮ;
- ХН78Т.
Деякі марки - це жароміцні зграї, решта - жаростійкі. При нагріванні на поверхні виробів з даних сплавів з'являється оксидна плівка на базі алюмінію і хрому. У твердих розчинах структури цих металів формуються з'єднання нікелю та алюмінію або нікелю і титану, що забезпечує стійкість матеріалів до високих температур. Більш докладні характеристики наводяться в спеціальних довідниках.
З сталей нікелевої групи виготовляють:
Елементи газових конструкцій і комунікацій (ХН5ВМТЮ).- Конструктивні елементи турбінних пристроїв (ХН5ВТР).
- Конструктивні елементи компресорів - лопатки, диски (ХН35ВТЮ).
- Ротори для оснащення турбін (ХН35ВТ і ХН35ВМТ).
Отже, жароміцні марки здатні довгий час функціонувати в умовах високих температур без деформацій і протистоять газової корозії. За допомогою сплавів різних елементів домагаються оптимальних властивостей матеріалів в залежності від умов експлуатації.