Żaroodporny metal i odporność na ciepło
Struktury nieobciążone, pracujące w temperaturze około 550 ° C w atmosferze gazu utleniającego, są zwykle wykonane ze stali żaroodpornej. Produkty te często obejmują części pieców grzewczych. Stopy na bazie żelaza w temperaturach powyżej 550 ° C mają tendencję do aktywnego utleniania, dlatego tlenek żelaza tworzy się na ich powierzchni. Związek z elementarną siecią krystaliczną i brakiem atomów tlenu prowadzi do pojawienia się kruchej skali.
W celu poprawy odporności cieplnej stali w składzie chemicznym wprowadza się:
- chrom;
- krzem;
- aluminium.
Elementy te, w połączeniu z tlenem, przyczyniają się do tworzenia niezawodnych, gęstych struktur krystalicznych w metalu, poprawiając tym samym zdolność metalu do bezpiecznego przenoszenia podwyższonej temperatury.
Rodzaj i ilość pierwiastków stopowych wprowadzanych do stopu na bazie żelaza zależy od temperatury, w której produkt jest używany. Najlepsza odporność cieplna stali, której stopowanie zostało przeprowadzone na bazie chromu. Najbardziej znane marki tych Silchromów:
- 15X25 T;
- 08Х17T;
- 36Х18N25252;
- Х15Х6ЮЮ.
Wraz ze wzrostem ilości chromu w składzie ciepła wzrasta odporność. Z chromem można wytwarzać gatunki metali, których produkty nie utracą swoich pierwotnych właściwości nawet przy długotrwałej ekspozycji na temperatury powyżej 1000 ° C
Cechy materiałów żaroodpornych
Żaroodporny stop i stal są z powodzeniem eksploatowane przy stałej ekspozycji na wysokie temperatury, a tendencja do pełzania nie występuje. Istotą tego procesu, który narażony jest na gatunki stali i inne metale, jest to, że materiał, który jest narażony na stałą temperaturę i naprężenia, jest powoli deformowany lub pełzający.
Pełzanie, którego unika się przy tworzeniu stali żaroodpornych i metali innego typu, jest następujące:
- długo;
- krótkoterminowy.
Aby określić parametry krótkotrwałego pełzania, materiały poddaje się testom: umieszcza się je w piecu ogrzanym do pożądanej temperatury i przykłada się do nich obciążenie rozciągające przez pewien czas. W krótkim czasie nie można przetestować materiału pod kątem tendencji do długotrwałego pełzania i dowiedzieć się, jaki jest jego limit. W tym celu badany produkt w piecu poddawany jest ciągłemu obciążeniu.
Znaczenie limitu pełzania polega na tym, że charakteryzuje on największe naprężenie prowadzące do zniszczenia podgrzanej próbki po ekspozycji przez pewien czas.
Gatunki stali żaroodpornych i żaroodpornych
Według wewnętrznej struktury kategorie są następujące:
- martenzytyczny;
- austenityczny;
- martenzytyczno-ferrytyczny;
- perlityczny.
Stal żaroodporna może być dwóch rodzajów:
- ferrytyczny;
- martenzytyczny lub austenityczno-ferrytyczny.
Wśród stali o strukturze martenzytycznej najbardziej znany:
X5 (wykonane są z niego rury, które będą pracować w temperaturze nieprzekraczającej 650 ° C).- Х5М, Х5Ф, 1 Х8Ф, Х6СМ, 1 Х12N2ВMВ (używane do produkcji produktów, które pracują w temperaturze 500-600 ° C przez określony czas (1000-10000 godzin).
- 3Х13N7С2 i 4Х9С2 (produkty z nich są z powodzeniem eksploatowane w temperaturze 850-950 ° С, dlatego są wykonane z nich zawory silników samochodowych).
- 1H8VF (produkty wykonane z tej stali są z powodzeniem eksploatowane w temperaturze nie wyższej niż 500 ° C przez 10 000 godzin i dłużej; w szczególności elementy konstrukcyjne turbin parowych są wykonane z materiału).
Podstawą struktury martenzytycznej jest perlit, który zmienia stan, jeśli wzrasta zawartość chromu w składzie materiału. Gatunki perlityczne stali żaroodpornych i żaroodpornych, którymi są chrom-krzem i chrom-molibden:
- X6C;
- X7 CM;
- X6 CM;
- H9C2;
- X10C2M;
- X 13H7C2.
Aby uzyskać z tych stali materiał o strukturze sorbitolu, charakteryzującej się wysoką twardością (nie mniej niż 25 HRC), najpierw hartuje się je w temperaturze 950-1100 ° C, a następnie poddaje hartowaniu.
Stopy stali o strukturze ferrytycznej, z kategorii żaroodpornej, zawierają 25-33% chromu, co decyduje o ich właściwościach. Aby nadać tym stalom strukturę drobnoziarnistą, ich produkty są wyżarzane. Ta kategoria stali obejmuje:
- 1 Х12ЮЮ;
- X17;
- H18SYU;
- 0X17T;
- X25T;
- X 28.
Po podgrzaniu do 850 ° C lub więcej, ziarno wewnętrznej struktury powiększa się, co zwiększa kruchość.
Z odpornej na ciepło stali nierdzewnej:
- blacha stalowa;
- rury bez szwu;
- agregaty przemysłu chemicznego i spożywczego.
Stal, na bazie ferrytu i martenzytu, jest aktywnie wykorzystywana w produkcji produktów do różnych celów w inżynierii mechanicznej. Nawet przez długi czas produkty wykonane z takich żaroodpornych stopów działały z powodzeniem w temperaturach do 600 ° C.
Najbardziej popularne gatunki stali żaroodpornej:
- H6SYU;
- 1X13;
- 1 H11MF;
- 1H12VNMF;
- 1 X12V2MF;
- 2 X12VMBFR.
Chrom w składzie chemicznym tych stopów - 10-14%. Dodatki stopowe, które poprawiają skład, tutaj - wanad, wolfram i molibden.
Stopy stali austenityczno-ferrytycznych i austenitycznych
Najważniejszymi cechami stali austenitycznych jest to, że ich struktura wewnętrzna powstaje na skutek składu niklu, a odporność na ciepło jest związana z chromem.
W stopach tej kategorii, charakteryzujących się niską zawartością węgla, czasami występują pierwiastki stopowe tytan i niob. Stale, których podstawą jest wewnętrzna struktura austenitu, należą do kategorii stali nierdzewnej i przy długotrwałej ekspozycji na wysokie temperatury (do 1000 ° C) są odporne na powstawanie kamienia.
Najczęściej stosowaną obecnie stalą o strukturze austenitycznej jest utwardzające się dyspersyjne stopy. Aby poprawić właściwości jakościowe, dodaje się utwardzacze węglikowe lub międzymetaliczne.
Najpopularniejsze marki, których podstawą jest wewnętrzna struktura austenitu:
- Utwardzanie dyspersyjne X12H20T3R, 4H12N8G8MFB, 4H14N14V2M, 0H14N28V3T3YUR.
- Jednorodne 1 Х 14 H 16 B, 1 Н 14 H 18 V 2 B, Х 18 H 12 Т, Х 18 H 10,, Х 23 H 18, Х 25 H 16 G 7 A,, 25 H 20 S 2.
Stopy stali oparte na mieszaninie austenitu i ferrytu wyróżniają się bardzo wysoką odpornością na ciepło, która pod względem wydajności przewyższa podobny parametr nawet w materiałach o wysokiej zawartości chromu. Charakterystykę odporności cieplnej uzyskuje się dzięki wysokiej stabilności wewnętrznej struktury stali tej kategorii. Produkty z nich są z powodzeniem obsługiwane nawet w temperaturach do 1150 ° C.
Stale żaroodporne o strukturze austenityczno-martenzytycznej charakteryzują się zwiększoną kruchością, dlatego nie mogą być stosowane do produkcji wyrobów eksploatowanych pod wysokim obciążeniem.
Ze stali żaroodpornych tej kategorii wykonane są następujące elementy:
- Rury żaroodporne, przenośniki do pieców, zbiorniki do cementowania (X20H14C2 i 0X20H14C2).
- Rurki pirometryczne (X23H13).
Materiały ogniotrwałe
Stopy stali na bazie metali ogniotrwałych są wykorzystywane do wytwarzania produktów, które pracują w temperaturze 1000–2000 ° C
Metale ogniotrwałe, które wchodzą w skład chemiczny takich stali, charakteryzują się temperaturami topnienia:
Ze względu na fakt, że stale ogniotrwałe tej kategorii mają wysoką temperaturę przejścia w stan kruchy, przy silnym nagrzewaniu, odkształcają się. Aby zwiększyć odporność cieplną takich stali, do ich składu wprowadza się specjalne dodatki, a w celu zwiększenia wytrzymałości cieplnej są one stopione z tytanem, molibdenem, tantalem itp.
Najczęstsze stosunki pierwiastków chemicznych w stopach ogniotrwałych:
- baza - wolfram i 30% ren;
- 60% wanadu i 40% niobu;
- baza - 48% żelaza, 15% niobu, 5% molibdenu, 1% cyrkonu;
- 10% wolframu i tantalu.
Stopy na bazie niklu i niklu z żelazem
Stopy na bazie niklu (55% Ni) lub wykonane na bazie mieszanki z żelazem (65%) są odporne na wysoką temperaturę i wysoką odporność na ciepło. Podstawowym pierwiastkiem stopowym dla każdej stali w tej kategorii jest chrom, który wynosi 14–23%.
Wysoka wytrzymałość i wytrzymałość jest utrzymywana w podwyższonych temperaturach. Stopy stali na bazie niklu mają te cechy.
Najpopularniejsze:
HN60B;- HN67VMTYU;
- HN70MVTUB;
- HH70;
- HN77TYu;
- HN78T;
- HN78MTU;
- KhN78T.
Niektóre marki są odporne na ciepło, inne są odporne na ciepło. Po podgrzaniu na powierzchni produktów z tych stopów pojawia się warstwa tlenku na bazie aluminium i chromu. W stałych roztworach struktury tych metali powstają związki niklu i aluminium lub niklu i tytanu, co zapewnia odporność materiałów na wysokie temperatury. Bardziej szczegółowe specyfikacje podano w specjalnych katalogach.
Stale z grupy niklu są wykonane:
Elementy konstrukcji gazowych i łączności (KhN5VMTYU).- Elementy konstrukcyjne urządzeń turbinowych (5Н5ВТР).
- Elementy konstrukcyjne sprężarek - łopatki, tarcze (HN35VTYU).
- Wirniki do urządzeń turbinowych (HN35VT i HN35VMТ).
Tak więc odporne na wysoką temperaturę marki mogą długo funkcjonować w warunkach wysokich temperatur bez deformacji i są odporne na korozję gazową. Dzięki stopom różnych elementów osiągają optymalne właściwości materiału, w zależności od warunków pracy.