Термоустойчивост на метал и топлина
Ненатоварените структури, работещи при температура от около 550 ° С в атмосфера на окислителен газ, обикновено са направени от топлоустойчива стомана. Тези продукти често включват части от отоплителни пещи. Сплавите на желязна основа при температури над 550 ° C са активно окислени, поради което върху повърхността им се образува железен оксид. Съединение с елементарна кристална решетка и липса на кислородни атоми води до появата на крехка скала.
За подобряване на топлоустойчивостта на стоманата в химичния състав се въвеждат:
- хром;
- силиций;
- алуминий.
Тези елементи, комбинирани с кислород, допринасят за образуването на надеждни, плътни кристални структури в метала, като по този начин се подобрява способността на метала да прехвърля безопасно повишената температура.
Видът и количеството на легиращите елементи, въведени в сплавта на желязна основа, зависи от температурата, при която продуктът се използва. Най-добра устойчивост на топлина в стомани, чието легиране се извършва на базата на хром. Най-известните марки на тези Silchroms:
- 15H25T;
- 08H17T;
- 36H18N25S2;
- H15H6SYU.
С увеличаването на количеството хром в състава на топлинната устойчивост се увеличава. С хром могат да се създават метални марки, чиито продукти няма да загубят първоначалните си характеристики дори при продължително излагане на температура над 1000 ° С.
Характеристики на топлоустойчиви материали
Термоустойчивата сплав и стомана успешно се експлоатират при постоянно излагане на високи температури, а тенденцията към пълзене не се проявява. Същността на този процес, който е изложен на стомани и други метали, е, че материалът, който е изложен на постоянна температура и напрежение, бавно се деформира или пълзи.
Пълзенето, което се избягва при създаването на топлоустойчиви стомани и метали от друг тип, е:
- дълго;
- краткосрочно.
За да се определят параметрите на краткотрайно пълзене, материалите се подлагат на тестове: те се поставят в пещ, загрята до желаната температура, и се прилага натоварване на опън за определено време. За кратко време не е възможно да се тества материалът за тенденция към дългосрочно пълзене и да се разбере каква е неговата граница. За тази цел изпитваният продукт в пещта се подлага на непрекъснато натоварване.
Важността на ограничението за пълзене е, че тя характеризира най-големия стрес, който води до разрушаване на нагрята проба след експозиция за определено време.
Класове на топлоустойчиви и топлоустойчиви стомани
По вътрешна структура категориите са както следва:
- мартензитна;
- аустенитна;
- мартензитна-феритни;
- перлит.
Топлоустойчивата стомана може да бъде от още два вида:
- феритни;
- мартензитни или аустенитни ферити.
Сред стоманите с мартензитна структура, най-известните:
X5 (от него са изработени тръби, които ще работят при температура не по-висока от 650 ° C).- Х5М, Х5ВФ, 1 Х8ВФ, Х6СМ, 1 Х12Н2ВМФ (използвани за производството на продукти, които работят при 500-600 ° С за определено време (1000-10000 часа).
- 3Х13Н7С2 и 4Х9С2 (продуктите от тях се експлоатират успешно при 850-950 ° С, затова са изработени клапани на двигатели на превозни средства).
- 1H8VF (продуктите, изработени от тази стомана, работят успешно при температури не повече от 500 ° С за 10 000 часа и по-дълго; по-специално, конструктивните елементи на парните турбини са изработени от материал).
В основата на мартензитната структура е перлит, който променя състоянието, ако съдържанието на хром в състава на материала се увеличава. Перлитни степени на топлоустойчиви и термоустойчиви стомани, които са хром-силиций и хром-молибден:
- H6S;
- H7SM;
- H6SM;
- H9S2;
- H10S2M;
- X 13H7C2.
За да се получи от тези материали стомани със структурата на сорбитол, характеризиращ се с висока твърдост (не по-малко от 25 HRC), първо те се охлаждат при 950-1100 ° C и след това се подлагат на закаляване.
Стоманените сплави с феритна структура, от категория топлоустойчиви, съдържат 25-33% хром, което определя техните характеристики. За да дадат на тези стомани финозърнеста структура, техните продукти се отгряват. Тази категория стомана включва: \ t
- 1 Х12СЮ;
- X17;
- H18SYU;
- 0H17T;
- H25T;
- Х28.
При нагряване до 850 ° C или повече зърното на вътрешната структура се увеличава, което прави крехкостта по-висока.
Изработена от топлоустойчива неръждаема стомана:
- ламарина;
- безшевни тръби;
- агрегати на химическата и хранителната промишленост.
Стомана, на базата на ферит и мартензит, активно се използват при производството на продукти за различни цели в машиностроенето. Дори и за доста дълго време продуктите, произведени от такива устойчиви на топлина сплави, са работили успешно при температури до 600 ° С.
Най-често срещаните видове топлоустойчива стомана:
- H6SYU;
- 1H13;
- 1 Н11МФ;
- 1H12VNMF;
- 1 X12V2MF;
- 2 X12VMBFR.
Хром в химическия състав на тези сплави - 10-14%. Легиращи добавки, които подобряват състава, тук - ванадий, волфрам и молибден.
Аустенитно-феритни и аустенитни стоманени сплави
Най-важните характеристики на аустенитните стомани са, че тяхната вътрешна структура се формира от никела в състава им, а топлинната устойчивост се свързва с хром.
В сплави от тази категория, характеризиращи се с ниско съдържание на въглерод, понякога има легиращи елементи титан и ниобий. Стомани, чиято основа е вътрешната структура на аустенит, попадат в категорията на неръждаемата стомана и при продължително излагане на високи температури (до 1000 ° C) се противопоставят добре на образуването на скала.
Най-често срещаната стомана с аустенитна структура днес е втвърдяване на дисперсионни сплави. За подобряване на качествените характеристики се добавят карбидни или интерметални втвърдители.
Най-популярните марки, на базата на вътрешната структура на които е аустенит:
- Дисперсионно втвърдяване X12H20T3R, 4H12N8G8MFB, 4H14N14V2M, 0H14N28V3T3YUR.
- Хомогенна 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х25Н20С2.
Стоманените сплави на базата на смес от аустенит и ферит се отличават с много висока устойчивост на топлина, която по отношение на производителността надхвърля подобен параметър дори при високохромни материали. Характеристиките на топлоустойчивост се постигат благодарение на високата стабилност на вътрешната структура на стоманите от тази категория. Продуктите от тях се експлоатират успешно дори при температури до 1150 ° С.
Топлоустойчивите стомани с аустенитно-мартензитна структура се характеризират с повишена крехкост, поради което не могат да се използват при производството на продукти, които се експлоатират при високо натоварване.
От топлоустойчиви стомани от тази категория се правят следните елементи:
- Топлоустойчиви тръби, транспортьори за пещи, цистерни за циментиране (X20H14C2 и 0X20H14C2).
- Пирометрични епруветки (X23H13).
Огнеупорни материали
Стоманените сплави на базата на огнеупорни метали се използват за производство на продукти, които работят при 1000-2000 ° С.
Огнеупорните метали, които са включени в химическия състав на тези стомани, се характеризират с точки на топене:
Поради факта, че огнеупорните стомани от тази категория имат висока температура на преход към крехко състояние, при тежко нагряване те се деформират. За да се повиши топлоустойчивостта на тези стомани, в състава им се въвеждат специални добавки, а за повишаване на топлоустойчивостта се легират с титан, молибден, тантал и др.
Най-често срещаните съотношения на химични елементи в огнеупорни сплави:
- основа - волфрам и 30% рений;
- 60% ванадий и 40% ниобий;
- база - 48% желязо, 15% ниобий, 5% молибден, 1% цирконий;
- 10% волфрам и тантал.
Никелови сплави и никел с желязо
Сплави на основата на никел (55% Ni) или на базата на смес с желязо (65%) са устойчиви на топлина с високи свойства на топлоустойчивост. Основният легиращ елемент за всяка стомана в тази категория е хром, който е 14–23%.
Висока издръжливост и здравина се поддържа при повишени температури. Стоманените сплави на базата на никел имат тези качества.
Най-популярни:
HN60V;- HN67VMTYU;
- HN70MVTYUB;
- HN70;
- HN77TYU;
- XH78T;
- HN78MTYU;
- XH78T.
Някои марки са термоустойчиви стада, други са устойчиви на топлина. При нагряване на повърхността на продуктите от тези сплави се появява оксиден филм на базата на алуминий и хром. При твърдите разтвори от структурата на тези метали се образуват съединения от никел и алуминий или никел и титан, което осигурява устойчивост на материалите към високи температури. По-подробни спецификации са дадени в специални справочници.
Стоманите на никеловата група са изработени:
Елементи на газови структури и комуникации (ХН5ВМТЮ).- Структурни елементи на турбинни устройства (ХН5ВТР).
- Елементите на дизайна на компресорите - остриета, дискове (HN35VTYU).
- Ротори за турбинно оборудване (ХН35ВТ и ХН35ВМТ).
Така, устойчиви на топлина марки са способни да функционират дълго време в условия на високи температури без деформации и да устоят на газовата корозия. Чрез сплави на различни елементи се постигат оптимални свойства на материала, в зависимост от работните условия.