Жаропрочная сталь — марки, виды и состав жаростойких сталей и сплавов

Содержание

Основные сведения о жаростойких и жаропрочных сплавах

Жаропрочные сплавы и стали — материалы, работающие при высоких температурах в течение заданного периода времени в условиях сложно-напряженного состояния и обладающие достаточным сопротивлением к коррозии в газовых средах.

Жаростойкие сплавы и стали — материалы, работающие в ненагруженном или слабо-нагруженном состоянии при повышенных температурах (более 550 °C) и обладающие стойкостью к коррозии в газовых средах.

Активный интерес к подобным материалам стал проявляться в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей.

Основой жаростойких и жаропрочных сплавов могут быть никель, кобальт, титан, железо, медь, алюминий. Наиболее широкое распространение получили никелевые сплавы. Они могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Наиболее распространенными среди жаропрочных являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, способные работать до температур 1050-1100 °C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.

Основные типы

Наиболее распространены сплавы на основе железа. Это хромистые, хромоникелевые, а также хромомарганцевые стали с молибденовыми, титановыми и вольфрамовыми присадками. Также производят сплавы с такими легирующими элементами, как алюминий, ниобий, ванадий, бор, но в меньших количествах.

В большинстве случаев процент добавления присадок в сталь достигает от 15 до 50%

Вторая, весьма востребованная группа — сплавы на никелевой основе. В качестве присадки используется хром. Жаропрочность также повышают добавки титана, церия, кальция, бора и сходных по составу элементов. В отдельных технологических комплексах востребованы сплавы на основе никеля с молибденом.

К третьей группе относятся термостойкие сплавы на кобальтовой основе. Легирующими элементами для них служат углерод, вольфрам, ниобий, молибден.

В металлургии существует целый ряд материалов, который используется при легировании сталей:

  • хром;
  • никель;
  • молибден;
  • ванадий;
  • ниобий;
  • титан;
  • марганец;
  • Вольфрам;
  • кремний;
  • тантал;
  • алюминий;
  • медь;
  • бор;
  • кобальт;
  • цирконий.

Широко используются редкоземельные элементы.

Химический состав

Определение химического состава жаростойких материалов — сложный процесс. Необходимо учитывать не только основные легирующие элементы, но и то, что попадает в продукцию как примеси или остаётся в результате химических реакций, протекающих во время плавки.

Специально добавленные легирующие элементы вводятся для получения необходимых технологических, физических и механических свойств. А примеси и образовавшиеся при плавке химические элементы могут ухудшать свойства высоколегированного металла.

Для хромоникелевых сплавов и огнеупорных материалов на основе кобальта опасно присутствие серы более 0,005%, следов олова, свинца, сурьмы и других легкоплавких металлов.

Структура и свойства

Жаропрочность определяется не только химическим составом металлов, но и формой, в которой примеси находятся в сплаве. Например, сера в виде сульфидов никеля снижает температуру плавления. А та же сера, соединённая с цирконием, церием, магнием образует тугоплавкие структуры. Большое влияние на жаропрочность оказывает чистота никеля или хрома. Однако следует учитывать, что свойства сплавов варьируются в зависимости от применяемой технологии.

Главное свойство, по которому определяют жаростойкость материала — ползучесть. Это явление постоянной деформации под непрерывным напряжением. Сопротивляемость материала разрушению под действием температуры.

Что влияет на жаропрочность?

  • Жаропрочный лист содержит хром. Чем его больше, тем выше сопротивляемость к окислению. Нержавейка не поддается коррозии, если в составе присутствует 13% и более хрома.
  • Титан, ниобий. Они не позволяют развиваться интеркристаллической коррозии.
  • Закалка и охлаждение на воздухе или в воде. Это улучшает прочность нержавейки и сопротивление к удару.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

Поскольку речь идет о жаростойких и жаропрочных сталях и сплавах, то стоит дать определение терминам жаропрочность, жаростойкость.

Термины и определения

Жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.

Под жаропрочностью также понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется пределом длительной прочности; если время, напряжение и деформация — пределом ползучести.

Ползучесть — явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность — сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.

Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

Классификация

Можно выделить несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах.

Наиболее общей является следующая классификация жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:

  • Теплоустойчивые стали — работают в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени. Примером являются углеродистые, низколегированные и хромистые стали ферритного класса.
  • Жаропрочные стали и сплавы — работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной жаростойкостью. Примерами являются стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцевой основах с различными легирующими элементами и сплавы на никелевой или кобальтовой основе.
  • Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы — работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах. В качестве примера можно привести хромокремнистые стали мартенситного класса, хромоникелевые аустенитные стали, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, а также сплавы на основе хрома и никеля.

Также существует классификация по способу производства:

  • литейные;
  • деформируемые.

Виды жаропрочной стали

  • Ферритная — имеет невысокое содержание хрома (не более 17%). Обладает средними показателями коррозионной стойкости. Плохо обрабатывается.
  • Мартенситная — имеет низкое содержание хрома и среднее углерода. Обладает посредственной пластичностью.
  • Мартенситно-ферритная — обладает свойствами ферритного и мартенситного металла, из-за чего получила улучшенные характеристики.
  • Аустенитная — сталь с низким содержанием углерода, имеет немагнитные свойства, содержат никель. Стойка к коррозии при значительных температурах и деформациям.

Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям

Состояние внутренней структуры металлов определяет тип сталей и сплавов.

Выделяется ряд категорий жаропрочных стальных материалов, исходя из состояний внутренней структуры.

Аустенитный класс

Аустенитный класс формирует внутреннюю структуру благодаря большому процентному содержанию хрома и никеля. Получение стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, предполагает легирование стали никелем. Жаростойкость определяется хромовыми добавками.

Это интересно:  Анкерный болт - как правильно крепить: видео и советы по установке

Аустенитные сплавы — высоколегированные. Для целей легирования используются Nb (ниобий) и (Ti) титан для увеличения устойчивости к коррозии. Эта характеристика позволяет отнести их к группе стабилизированных. Коррозионностойкие жаропрочные стали с относятся к труднообрабатываемым металлам.

Когда температуры повышаются до значений, близких к 1000 градусам С. и длительно поддерживаются, аустенитная нержавеющая сталь сохраняет стойкость к образованию слоя окалины, сохраняя качество жаростойких материалов.

Часто встречаются на производстве сплавы аустенитного типа, принадлежащие к дисперсионно–твердеющему подклассу. Качественные характеристики могут улучшаться путем добавления различных элементов: карбидных, интерметаллических упрочнителей.
Эти элементы обеспечивают деформационно-термическое упрочнение благодаря усилению аустенитной матрицы с помощью дисперсионного твердения.

Карбидообразующие элементы: ванадий-V, ниобий-Nb, вольфрам-W, молибден-Mo.

Интерметаллиды получаются благодаря дополнительным добавкам хрома–Cr, никеля-Ni, и титана–Ti.

жаропрочная сталь гост

Структура аустенитов

Жаропрочные аустенитные различаются по типам структуры. Она может быть

  • Гомогенной. Материал с такой структурой не проходит термообработку для упрочнения, в нем мало углерода и большой процент легирующих компонентов. Это обусловливает хорошую стойкость к ползучести.
    Применяются в температурной среде ниже 500 градусов.
  • Гетерогенной. В таком материале, прошедшем термоупрочнение, получаются карбонитридные и интерметаллидные фазы.
    Это позволяет повысить температуру использования под нагрузками напряжения до 700 градусов..

Материалы с никелевыми и кобальтовыми присадками подвергаются эксплуатационным воздействиям при терморежиме до 900 градусов. Сохраняют стабильность структуры долгое время.

Нихромы, в которых никеля больше 55%, отличаются и жаропрочностью, и качествами жаростойкости.

Тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, ванадий обеспечивают устойчивость металлов, когда термический режим приближается к 1500 гр. С.

Молибденовые сплавы с дополнительной защитой долгое время сохраняют рабочие свойства в терморежиме 1700 гр.

Марки аустенитного ряда дисперсионно-твердеющие Маркировка сплавов
аустенитного ряда гомогенных
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ, 4Х14Н14В2М 1Х14Н16Б, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12Т, Х18Н10Т, Х23Н18, Х25Н20С2, Х25Н16Г7АР
Из металлов этого подкласса производят турбинные конструкции, клапаны двигателей автотранспорта, арматурных конструкций Гомогенные виды идут на изготовление трубопрокатной продукции, деталей печей, агрегатов, функционирующих под давлением.
Х12Н20Т3Р идет на производство турбинных дисков, кольцевых компонентов, крепежа, функционирующих в температурном режиме менее 700 гр.

4Х14Н14В2М участвует в производстве арматуры, крепежа и поковок для долгого срока эксплуатации при термическом режиме 650 градусов

Х25Н20С2 участвует в производстве печей для температурных нагрузок до 1100 градусов

Из Х25Н16Г7АР производят различные металлические полуфабрикаты: лист, проволока, готовые детали для функционального использования при 950 гр. при умеренных нагрузках.

Х18Н12Т идет на изготовление деталей и компонентов для работы при терморежиме до 600 гр. в агрессивных средах.

Аустенитно-ферритный класс

Материалы, содержащие смесь аустенитных и ферритных фаз, характеризуются особой жаропрочностью. По своим параметрам они превосходят даже высокохромистые железосодержащие материалы. Объяснение этого явления кроется в особо стабильной матричной структуре. Это предполагает возможность применения при терморежиме 1150 градусов.

Маркировка стали ферритного ряда: Х23Н13, Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2
Х23Н13 идет на изготовление пирометрических трубок. Х20Н14С2 и 0Х20Н14С2 идут в производство жаропрочных труб, печных конвейеров, емкостей для цементации.

сталь коррозионностойкая жаропрочная

Мартенситный класс

Методом, который превращает один вид стального материала в другой, является закаливание, за которым следует отпуск. Итог процесса – перестроение кристаллической решетки и повышение твердости. Однако возрастает хрупкость.

Технология отжига проходит при температурах около 1200 градусов на протяжении нескольких часов. Затем материалу дают остыть, и это занимает также несколько часов. Такая процедура приводит к повышению гибкости металла, хотя приходится пожертвовать некоторым уровнем твердости. Если применяется метод двойной закалки, то она проходит в два этапа . Первый предполагает нормализацию твердого раствора материала с нагреванием до 1200 градусов. Второй этап предполагает тот же процесс, но с нагревом до 1000 градусов. Такая технология обеспечивает рост пластичности металла и увеличивает его жаропрочность.

Мартенситы характеризуют такие марки сплавов:

Х5, 3Х13Н7С2 , 40Х10С2М , 4Х9С2, 1Х8ВФ.

Х5 используется в трубном производстве, трубы выдерживают режим эксплуатации до 650 гр. С.

40Х10С2М идет на изготовление клапанов авиадвигателей, двигателей для дизельного автотранспорта, крепежа при температурах до 500 градусов.

3Х13Н7С2 и 4Х9С2 могут подвергаться нагреву порядка 900 гр. С.
Это обуславливает их пригодность для производства двигательных клапанов.

1Х8ВФ рассчитана на температурный режим ниже 500 гр. С., но на длительную эксплуатацию под нагрузками. Эта марка подтвердила свою эффективность в изготовлении паровых турбин.

жаропрочный сплав

Перлитный класс

Перлитные жаропрочные стальные материалы относятся к категории низколегированных. Стали содержащие в виде присадок хром и молибден ориентированы на работу при температуре 450-550 гр. С., содержащие, помимо Cr и Mo еще и ванадий, нацелены на рабочий режим при температуре 550-600 гр. С.

Легирование хромом влияет на жаростойкость материалов в сторону повышения этой характеристики, также усиливается сопротивляемость окислительным процессам. Добавки молибдена увеличивают прочностные характеристики при большом нагреве материалов.

Ванадий, объединяясь с углеродом, создает повышение прочностных характеристик стальных материалов карбидами с высокодисперсными качествами.

Технология нормализации металлов улучшает и оптимизирует механические свойства сплавов. Технология закаливания и следующего за ней температурного отпуска выполняет ту же функцию. Получается структурная матрица, в которой присутствует дисперсная феррито карбидная фактура.

К перлитным разновидностям принадлежат марки стали:

12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 12Х2МФСР

Из 20ХМЛ производят шестерни, втулки крестовины, цилиндры, другие узлы и детали для работы при 500 гр. С.

12Х1МФ — производство труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторов высокого давления.

15Х1М1Ф идет на производство установок высокого давления, функционирующих при режиме температур до 585 гр. С.

Ферритный класс

Материалы с ферритной структурой имеют в своем составе от 25 до 33 % хрома. Получаются с помощью методов отжига и термообработки, из-за этого в них возникает мелкозернистая структура. Когда происходит повышение температурных показателей до 850 градусов, увеличивается хрупкость.

Маркировки сталей ферритного ряда:

1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28

Оправдано использование сталей этого ряда для изготовления разнообразных деталей для машиностроения.

0Х17Т зарекомендовал себя в производстве изделий для работы в окислительных средах, таких как трубы и теплообменники

Из Х18СЮ производятся трубы пиролизных установок, аппаратура.

Х25Т участвует в производстве сварных конструкций с эксплуатационной температурой до 1100 градусов, труб для перекачивания агрессивных сред, теплообменников.

Мартенситно-ферритный класс

Этот тип стали имеет в своем составе 10-14% хрома, легируется V, Mo, W.

Марки сплавов этого ряда:

Х6СЮ, 1Х13, 1Х11МФ, 1Х12В2МФ, 1Х12ВНМФ, 2Х12ВМБФР

Х6СЮ применяется в производстве компонентов котельных установок и трубопроводов.

1Х11МФ работает в виде лопаток турбин, из него производят поковки для эксплуатационных температур до 560 гр. С.

1Х12ВНМФ идет на производство лопаток и крепежа турбин, которые подвергаются длительным нагрузкам в температурных пределах до 580 градусов.

Сферы применения

Эксплуатируются различные жаростойкие марки стали по разному, во многом их предназначение определяют легирующие компоненты:

  • AISI 309 подходит для производства фрагментов печного и конвейерного оборудования;
  • AISI 310 применяется для производства транспортеров печей, ДВС и других камер сжигания, турбин, дверей и моторов;
  • AISI 310S подходит для изготовления оборудования, используемого для транспортировки газов при высокой температуре – это могут быть системы отвода выхлопных газов, газопроводы или турбины;
  • AISI 314 используется при производстве печей за счёт максимальных тугоплавких свойств.
Это интересно:  Фрезы по металлу для фрезерного станка. Какие бывают виды и их применение

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При покупке модульных дымоходных систем необходимо узнать, из какой стали они изготовлены. В продаже можно встретить дымоходы, которые примерно в полтора раза дешевле, чем остальные изделия этой категории. При их производстве используется сталь AISI 201 (12Х15Г9НД). По международным стандартам, необходимо применять сталь марки AISI 321 (08Х18Н12Т), стоимость которой примерно в 2 раза превышает стоимость AISI 201. Визуально отличить AISI 201 от AISI 321 невозможно, к тому же оба сплава немагнитны. Различить их можно только путем проведения химического анализа.

Различия по химическому составу

Марка С Mn P S Si Cr Ni Cu Ti
AISI 201 До 0,15% 7-9,5 До 0,1% До 0,03% До 1,0% 13-18 0,3-3,0 0,5-2,5
AISI 321 До 0,08% До 2,0 До 0,05% До 0,03% До 1,0% 17-19 9,0-12,0 Min 0,5%

Сталь марки AISI 201 имеет невысокие антикоррозионные характеристики, неустойчивость структуры, риск появления трещин при вытяжке. Ее применение приведет к скорому выходу дымохода из строя из-за быстро развивающейся коррозии. В основном эта сталь распространена в Китае и Индии.

Известные зарубежные и добросовестные российские производители, помимо стали AISI 321, используют высоколегированные сплавы, стабилизированные Ti. Они отличаются кислото- и жаростойкостью. Использование для газоотводящих труб более дешевых сталей (AISI 409, AISI 430), не отвечающих требованиям по кислотостойкости, приводит к их выходу из строя вскоре после начала отопительного сезона.

Нержавеющие стали для пищевой индустрии

Коррозионностойкие стали незаменимы для отраслей промышленности, производящих оборудование, инструменты и посуду, предназначенные для контакта с пищевой продукцией. Их преимущества:

  • Сопротивление различным видам коррозии – химической и электрохимической. В каждом конкретном случае необходимо подбирать марки, устойчивые к средам, с которыми они будут соприкасаться во время эксплуатации. Это – нормальные атмосферные условия, вода, соленая вода, кислые, щелочные, хлористые растворы.
  • Хорошая обрабатываемость. Современные инструменты позволяют сваривать, резать, формовать и обрабатывать на токарных, фрезерных и сверлильных станках коррозионностойкие сплавы так же, как и «черные» стали.
  • Соответствие санитарно-гигиеническим стандартам. Благодаря различным способам обработки – шлифованию, полировке до зеркального блеска – получают поверхность практически без пор и трещин, в которые могут проникать грязь и патогенные микроорганизмы.
  • Хорошие механические характеристики. Благодаря ним, можно изготавливать изделия и конструкции меньшей толщины и массы без ухудшения технических свойств. Аустенитные стали более устойчивы к низким температурам, по сравнению с металлами общего назначения.
  • Эстетика. Электрополировка, сатинирование и другие способы поверхностной обработки обеспечивают стильный вид продукции из «нержавейки».

Таблица свойств и областей применения нержавеющих сталей пищевых марок

Марка стали по ГОСТу AISI Характеристики Области применения
304 08Х18Н10 Хорошо сваривается, поддается электрополировке, сохраняет высокую прочность при нормальных и пониженных температурах, проявляет стойкость к интеркристаллитной коррозии Оборудование, инструмент, технологические трубопроводы предприятий пищевой, нефтехимической индустрии, фармацевтики и медицины, для посуды, предназначенной для высокотемпературной обработки продуктов, не используется
316 03Х17Н14М2 Присутствие молибдена повышает технические характеристики сплава при высоких температурах Установки, технологическое оборудование, емкости пищевой, химической промышленности
321 12Х18Н10Т Хорошая свариваемость, сохранение рабочих характеристик при температурах до +800°C Оборудование для химической и нефтеперерабатывающей индустрии
409 08Х13 Характеристики удовлетворительные Посуда и столовые приборы
410 12Х13 Жаропрочность, устойчивость только к средам слабой агрессивности Оборудование для виноделия, емкости для спирта
420 20Х13-40Х13 Универсальность, пластичность, износостойкость, повышенная устойчивость к коррозии Посуда, кухонные мойки
430 08Х17 Прочность, теплопроводность, хорошая обрабатываемость, устойчивость к коррозии Посуда для термической обработки продуктов, в том числе паровой
439 08Х13 Возможность применения в различных эксплуатационных условиях Сплав массового применения – производство холодильников, моек, стиральных машин

Таблица сталей нержавеющих марок, применяемых в пищевой индустрии

Отрасль Марки
Молочные продукты – стерилизация и хранение продукта, сыроварение, цистерны для перевозки, производство мороженого и порошкового молока Стали аустенитного класса – 304, 316, 321
Консервирование фруктов, производство соков. В таких отраслях сталь контактирует со средой, содержащей двуоксид серы Марки с содержанием молибдена
Приготовление супов и соусов (это агрессивные смеси с повышенной кислотностью, содержащие хлориды) Молибденсодержащие марки
Хлебопечение, требования – гигиеничные, гладкие поверхности столов и смесительного оборудования Аустенитные стали – 304, 316, 321

Какая марка стали лучше для банной печки

Непосредственное воздействие огня приводит к прогоранию стали. Конечно, можно попросту использовать металл толщиной 10 мм и более, но тогда придется подолгу протапливать парную, тратить большое количество топлива для прогрева. По причине использования толстостенных стальных листов, долговечная печь станет экономически невыгодной.

Задача, стоящая перед мастером – сделать конструкцию достаточно прочную, чтобы предотвратить деформацию, прогорание и одновременно имеющую хорошую теплопроводимость. В заводских условиях, для изготовления банных печей используется металл с высокой степенью жаропрочности.

Легированная сталь отличается от конструкционной стали следующими характеристиками:

  • Устойчивость к влаге – легированная сталь, применяемая при изготовлении печей для бани, нержавеющая. Отсутствует склонность к коррозии даже при интенсивном нагреве. Отечественная марка жаропрочной высоколегированной нержавеющей стали 08Х17Т. В некоторых источниках указывается на практически полную идентичность характеристик жаростойких сталей данного типа. Конструкционное железо не отличается коррозионной стойкостью, что приходится учитывать при расчете толщины стенок топки.
  • Время эксплуатации – срок службы печей из конструкционной стали, 3-4 года. AISI 430 приходит в негодность за 5-8 лет.
  • Возможность ремонтных работ – марки жаростойких сталей для изготовления дровяных банных печей, AISI 430 и 08Х17Т, имеют низкое содержание углерода, что делает возможным проведение сварочных работ. Конструкционное железо содержит соединения серы и фосфора, предающие ему хрупкость и ломкость.
  • Жаростойкость – марки жаропрочной стали для печи в баню, AISI 430 и 08Х17Т, выдерживают нагрев до 850°С без изменения структуры металла и его кристаллической решетки. При поднятии температуры до 600 °С, предел прочности остается в районе 145 Мпа. Образование окалины происходит только при разогреве до 8500°С. Металл в банной печи при интенсивной топке нагревается до температуры 450-550°С. У конструкционного материала, параметры жаростойкости меньше.

Расшифровка марок

Маркировка легированных сталей состоит из букв и цифр. В начале ставится двузначное число, которое характеризует количество углерода в сотых долях %. Далее следуют буквы русского алфавита, обозначающие определенный элемент:

  • Х – хром;
  • Н – никель,
  • Т – титан;
  • В – вольфрам;
  • Г – марганец;
  • М – молибден;
  • Д – медь.

После буквенного обозначения легирующего элемента в расшифровке идет число, обозначающее его содержание в нержавеющей стали, округленное до целого процента. Если такой цифры нет, то добавка в сплаве находится в пределах – 1-1,5 %.

Это интересно:  Удельная плотность меди и ее удельный вес. Области применения меди

Особенности материалов с жаропрочными свойствами

Жаропрочные стали и сплавы, как уже говорилось выше, способны успешно эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, при этом не проявляя склонности к ползучести. Суть этого негативного процесса, которому подвержены стали обычных марок и другие металлы, заключается в том, что материал, на который воздействуют неизменная температура и постоянная нагрузка, начинает медленно деформироваться, или ползти.

Ползучесть, которой и стараются избежать, создавая жаропрочные стали и металлы другого типа, бывает двух видов:

  • длительная;
  • кратковременная.

Для определения ползучести сплавов в иследовательских центрах используют комплекс испытательных машин

Для определения ползучести сплавов в иследовательских центрах используют комплекс испытательных машин

Чтобы определить параметры кратковременной ползучести, материалы подвергают специальным испытаниям, для чего их помещают в печь, нагретую до определенной температуры, и прикладывают к ним растягивающую нагрузку. Такое испытание проводится в течение ограниченного промежутка времени.

Проверить материал на его склонность к длительной ползучести и определить такой важный параметр, как предел ползучести, за короткий промежуток времени не получится. Для этого испытуемое изделие, помещенное в печь, необходимо подвергать длительной нагрузке. Важность такого показателя, как предел ползучести материала, заключается в том, что он характеризует наибольшее напряжение, которое приводит к разрушению разогретого изделия после воздействия в течение определенного промежутка времени.

Достоинства, недостатки жаростойких и жаропрочных сплавов

Достоинства:

  • обладают высокой жаропрочностью;
  • имеют хорошие показатели жаростойкости.

Недостатки:

  • сплавы с содержанием хрома и особенно никеля имеет высокую стоимость;
  • имея в своем составе большое количество различных компонентов, достаточно трудоемки в производстве.

Сплавы, основанные на добавлении никеля с железом

Никелевые сплавы (56% никеля) или никеле-железные стали(65%) считаются жаропрочными и имеют качественные жаростойкие качества. Основным элементом для легирования сталей подобной группы признается только хром, содержание которого равно 14-23%.

Что касается стойкости и стабильности, которые сохраняются даже при усиленных нагрузках и повышенной температуры, то обязательным элементом для смешивания металла — никель. Самые востребованные из  ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ. Часть сплавов этих марок считаются жаропрочными, а другие – жаростойкими.

Базой мартенситного основания сплава считается перлит, меняющей состояние продукта, если количество хрома в составе увеличить. Перлитными считаются такие единицы жароустойчивых и жаростойких сталей, имеющих отношение к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2. Для получения материал с сорбитной структурой, отличающегося особой твердостью, их вначале укрепляют при 950–1100°, а после подвергают отпуску.

Металлические сплавы с ферритной структурой, имеющие отношение к жаростойкой стали для котлов, заключают в собственном хим. составе от 26 до 32% хрома, определяющем свойства. Для придания сталям тонкодисперсную структуру, фабрикаты подвергают обжиганию. Существуют такие марки сталей данной подгруппы 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28. Если эти стали нагреваются до 860° и выше, происходит быстрое укрепление зерна во внутренней структурной формуле, при этом очень сильно повышается ломкость и хрупкость металла, при которой он может быстро прийти в негодность.

Оптимальная толщина металла для печи в баню

При определении толщины металла, учитывают две основные характеристики, влияющие на рабочие параметры банной печи:

  • Прогорание стали – если для топки использовать тонкостенный лист обычного металла, спустя буквально полгода топки, придется ремонтировать печь. Обычная сталь толщиной 4 мм, обеспечит быстрый прогрев парной, но прослужит недолго. По этой причине, производители делают топочную камеру из AISI 430, жаростойкой хромистой нержавеющей стали толщиной 4-6 мм.
  • Теплопроводность – температура нагрева печи напрямую зависит от толщины стенок топки. Кажется, что проще было сделать топочную камеру из металла 10 мм и больше, и так предотвратить прогорание, но такой подход нецелесообразен по нескольким причинам. Чем толще металл, тем больше требуется тепловой энергии и времени, чтобы прогреть его и поддерживать необходимую температуру. Печное оборудование становится экономически невыгодным. Оптимальная толщина металла у банной печи, должна быть 6-8 мм.

Минимальная толщина стали в топочной камере 4 мм, допустима только при условии применения AISI 430 и 08Х17Т. В других случаях, нужна толщина металла не менее 6 мм. Большинство мастеров рекомендуют при самостоятельном изготовлении печи, использовать конструкционную сталь толщиной 8 мм.

Какими электродами надо варить банную печь

Чтобы сварить печь, потребуются электроды, выбираемые, в зависимости от используемой при производстве стали. Нержавейку варят методом аргонодуговой сварки. Подойдут электроды марки ЦЛ 11 и Д4.

После проведения сварочных работ, обязательно удаление окалин и протравка. Так можно избежать коррозии в месте сварного шва.

Электроды для сварки банных печей, изготовленных из конструкционной стали НИАТ-5, ЭА-112/15, ЭА-981/15 и ЭА-981/15. Толщина выбирается, в зависимости от плотности металла и температуры его прогрева.

Изготовить печь для бани своими руками, при наличии специальных навыков, грамотном выборе комплектующих и расходных материалов, не сложно.

Самые востребованные жаростойкие сплавы

Аустенитные жаростойкие сплавы стали самыми востребованными материалами в данный момент в этом сегменте сталеварения. Их структура создаётся при помощи входящего в состав никеля, а жаростойкие качества обеспечиваются наличием хрома. Такие аустенитные марки хорошо противостоят появлению окалины при температурах, не превышающих тысячи градусов.

При изготовлении этого сплава используют два вида уплотнителя: интерметаллический или карбидный. Именно эти уплотнители обеспечивают аустенитную сталь особыми свойствами, которые так востребованы в различных современных производствах.

Самые востребованные и актуальные сплавы делятся на две группы:

  • дисперсионно-твердеющие (марки Х12Н20Т3Р, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М, 4Х12Н8Г8МФБ – такая сталь самый подходящий материал для изготовления деталей турбин и клапанов двигателей);
  • гомогенные (марки Х25Н20C2, 1Х14Н16Б, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х18Н10T, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12T – данные марки используются для производства труб и арматуры, которые будут работать при больших нагрузках).

Аустенитно-ферритные стали благодаря своему сплаву со стабильным строением обнаруживают довольно-таки высокую жаропрочность. Подобные марки из-за своей хрупкости нельзя использовать для производства нагруженных деталей, но эти сплавы отлично себя показывают при температурах, доходящих до 1150°С.

Тугоплавкие металлы и сплавы

Если в производстве необходимы детали предположительная среда работы, которых будет тысяча или даже две тысячи градусов, то при сплаве нужно использовать тугоплавкие металлы.

Элементы, которые используются и температура их плавления такова:

  • вольфрам (3410°С);
  • тантал (3000°С);
  • ниобий (2415°С);
  • ванадий (1900°С);
  • цирконий (1855°С);
  • рений (3180°С);
  • молибден (2600°С);
  • гафний (2000°С).

Деформируются данные металлы при нагреве, потому что высокая температура провоцирует их изменение в хрупкое состояние. Их волокнистая структура формируется при нагревании до состояния рекристаллизации тугоплавких металлов. Жаропрочность увеличивается за счёт смесей из специальных добавок. А от окисления при температуре свыше тысячи градусов эти материалы защищают добавки из титана, тантала и молибдена.

Так, путём сплавов разных элементов можно добиться нужных качеств жаропрочных материалов, которые можно использовать в самых разнообразных производствах для работы в разных температурных средах.

Источники

  • https://www.metotech.ru/garsplavy-opisanie.htm
  • https://obrabotkametalla.info/stal/zharoprochnye-splavy-termostojkie-metally
  • https://fortis-steel.ru/produkciya/list-zharoprochnyy/
  • http://www.balashiha.z-felix.ru/nerzhaveyushchaya-stal/listy-nerzhaveyushchie/nerzhaveyushchaya-zharoprochnaya-stal/
  • https://martensit.ru/stal/zharoprochnaya-stal/
  • https://rtg-mps.ru/marki-metallov/nerzhaveyushhaya-stal/kategorii-nerzhavejki/zharoprochnaya-nerzhavejka
  • https://www.navigator-beton.ru/articles/marki-nerzhaveyushhej-stali.html
  • https://melt-spb.ru/metall/zharoprochnye-stali-marki.html
  • https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/zharostoykie-i-zharoprochnye-splavy.html
  • https://stanok.guru/stal/marki-staley-kotorye-yavlyayutsya-zharoprochnymi.html

[свернуть]
Поделитесь своим мнением
Для оформления сообщений Вы можете использовать следующие тэги:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

© 2021 Металл и его обработка
Adblock
detector