Razvoj novih industrijskih tehnologij, raketne tehnologije, izpopolnjene turbinske opreme sredi petdesetih let prejšnjega stoletja je pomenil posodobitev celotne metalurške industrije. V ločeni smeri je izstopalo delo pri ustvarjanju toplotno odpornih zlitin. Sčasoma so našle uporabo v jedrskem inženirstvu, energetiki in kemični industriji ter zasedle svoje mesto v verigi visokotehnoloških industrij.

Toplotno odporni in toplotno odporni materiali

Toplotno odporne in toplotno odporne zlitine so velika skupina legiranih materialov z dodatki molibdena, titana, kroma in številnih drugih elementov. Vse te zlitine so izdelane na osnovi železa, niklja in kobalta. Njihova glavna značilnost je ohranjanje povečane trdnosti pri visokih temperaturah.

Glavne vrste

Najpogostejše zlitine temeljijo na železu . To so krom, krom-nikelj, pa tudi kromomangansko jeklo z dodatki molibdena, titana in volframa. Zlitine se proizvajajo tudi z legirnimi elementi, kot so aluminij, niobij, vanadij, bor, vendar v manjših količinah.

V večini primerov odstotek dodajanja aditivov v jeklo doseže od 15 do 50%

Druga, zelo priljubljena skupina so zlitine na osnovi niklja. Krom se uporablja kot dodatek. Toplotna odpornost se poveča tudi z dodatkom titana, cerija, kalcija, bora in podobnih sestavkov v sestavi. V nekaterih tehnoloških kompleksih so povpraševane zlitine na osnovi niklja z molibdenom.

V tretjo skupino spadajo toplotno odporne zlitine na osnovi kobalta. Legirajoči elementi zanje so ogljik, volfram, niobij, molibden.

V metalurgiji obstajajo številni materiali, ki se uporabljajo pri legiranju jekel:

  • krom
  • niklja
  • molibden
  • vanadij
  • niobij
  • titan
  • Mangan
  • Volfram
  • silicij
  • tantal
  • aluminij
  • baker
  • bor
  • kobalt
  • cirkonij.

Široko uporabljeni redko zemeljski elementi.

Kemična sestava

Določitev kemijske sestave toplotno odpornih materialov je zapleten postopek. Upoštevati je treba ne le glavne zlitinske elemente, ampak tudi tisto, kar vstopi v izdelek kot nečistoče ali ostane zaradi kemičnih reakcij, ki nastanejo med taljenjem.

Za pridobitev potrebnih tehnoloških, fizikalnih in mehanskih lastnosti so uvedeni posebej dodani legirni elementi. Nečistoče in kemični elementi, ki nastanejo med taljenjem, lahko poslabšajo lastnosti visoko legirane kovine.

Za kroma-nikljeve zlitine in ognjevzdržne materiale na osnovi kobalta je nevarna prisotnost žvepla več kot 0, 005%, sledi kositra, svinca, antimona in drugih kovin z nizko stopnjo taljenja.

Struktura in lastnosti

Toplotna odpornost ni odvisna le od kemične sestave kovin, temveč tudi od oblike, v kateri Nečistoče so v zlitini. Na primer, žveplo v obliki nikljevih sulfidov zmanjša tališče. In isto žveplo v kombinaciji s cirkonijem, cerijem in magnezijem tvori ognjevzdržne strukture. Velik vpliv na toplotno odpornost ima čistost niklja ali kroma. Vendar je treba upoštevati, da se lastnosti zlitin razlikujejo glede na uporabljeno tehnologijo.

Glavna lastnost, s katero se določi toplotna odpornost materiala, je lezenje. To je pojav nenehne deformacije pod stalnim stresom. Odpornost na uničenje materiala pod vplivom temperature

Razvrstitev zlitin

Prvi parameter klasifikacije zlitin je toplotna odpornost, to je sposobnost materiala, da vzdrži mehanske deformacije pri visokih temperaturah, brez deformacij.

Drugič je toplotna odpornost (odpornost na lestvici). Sposobnost materiala, da zdrži plinsko korozijo pri visokih temperaturah. Pri opisovanju procesov do šeststo stopinj Celzija se uporablja izraz "toplotna odpornost".

Ena glavnih značilnosti je meja lezenja . To je napetost, pri kateri deformacija materiala za določeno obdobje doseže vnaprej določeno vrednost. Čas deformacije je življenjska doba dela ali strukture.

Za vsak material se določi največja vrednost plastične deformacije. Na primer, pri lopaticah parnih turbin morajo te deformacije v 10 letih znašati največ 1%. Lopatice plinskih turbin - ne več kot 1-2% za 500 ur. Cevi parnih kotlov, ki delujejo pod tlakom, se ne smejo deformirati za več kot 1% na 100.000 ur delovanja.

Glede na način pridobivanja materiala so toplotno odporne stopnje razvrščene na naslednji način .

  1. Kromirana jekla martenzitskega razreda: X5, X5M, X5VF, 1H8VF, 4Kh8S2, 1Kh12N2VMF.
  2. Kromatska jekla martenzitsko-feritnih razredov: Kh6SYu, 1Kh11MF, 1Kh12VNMF, 15Kh12VMF, 18Kh11MFB, 1Kh12V2MF.
  3. Kromirana jekla feritnega razreda: 1х12СЮ, 0Х13, Х14, Х17, Х18СЮ, Х25Е, Х28.
  4. Jeklo avstenitno-martenzitskega in avstenitno-feritnega razreda: 2Kh13N4G9, Kh15N9Yu, Kh17N7Yu, 2Kh17N2, 0Kh20N14S2, Kh20N14S2.
  5. Jeklo avstenitnega razreda: 0X18H10, 0X18H11, 1X18H9, 0X18H12T, 1X18H12T.

Označevanje jekla se razlikuje glede na GOST in tehnične specifikacije. Na zgornjem seznamu je uporabljena klasifikacija GOST 5632–61, v kateri je enostavno s pomočjo črk izslediti prisotnost legirnega elementa. X je krom, B je vanadij, M je molibden. Na primer, koda 09Г2С pomeni, da zlitina vsebuje 0, 09% ogljika, 2% mangana in silicija, kar je manj kot 1%. Številka spredaj prikazuje vsebnost ogljika (do enega odstotka brez števila). Število za črko prikazuje odstotek določenega legirnega elementa. Kadar je vsebnost katerega koli elementa manjša od enega odstotka, številke ne damo.

Drug normativni dokument je GOST 5632–61 z uporabo posebne oznake. Če želite hitro povezati različne GOST in tehnične pogoje, lahko uporabite ustrezen imenik ali paleto posameznih vprašanj.

Po GOST 5632–61 so zlitine razvrščene na naslednji način:

  1. Avstenitno jeklo z visoko vsebnostjo kroma: EI813 (1X25H25TR), EI835, EI417.
  2. Jeklo s karbidnim tesnilom: EI69, EI481, EI590, EI388, EI572.
  3. Kompleksno legirano jeklo povečane toplotne odpornosti avstenitnega razreda: EI694R, EI695, EP17, EI726, EI680, EP184.
  4. Jeklo z intermetalnim utrjevanjem avstenitnega razreda: EI696, EP33, EI786, EI 612, EI787, EP192, EP105, EP284.

V tujini uporablja lastno klasifikacijo materialov. Na primer AISI 309, AISI 310S.

Tehnologija in uporaba

Po strukturi in načinu priprave se posebna jekla delijo na naslednja: avstenitna, martenzitna, perlitna, martenzitno-feritna. Martenzitna in avstenitna jekla se uporabljajo, če temperatura doseže 450-700 ° С in zasedejo prvo mesto po količini taljenja.

Z zvišanjem temperature na 700-1000 o С se uporabljajo nikljeve zlitine, pri še višjih temperaturah je treba v tehnološki postopek vključiti kobaltove zlitine, grafit, ognjevzdržne kovine in toplotno keramiko.

Austenitna - najbolj toplotno odporna jekla, ki se uporabljajo, če temperatura medija doseže 600 ° C. Osnova zlitine je krom in nikelj. Dodatki Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.

Martenzitna jekla so namenjena za proizvodnjo izdelkov, ki delujejo pri temperaturah v območju 450–600 ° C. Povečana toplotna odpornost martenzitnih jekel dosežemo z zmanjšanjem (na 0, 10–0, 15%) vsebnosti ogljika in zlitjem kroma z 10–12%, molibdenom, niobijem, volframom ali povprečna (0, 4%) vsebnost ogljika in zlitina silicija (do 2–3%) in kroma (znotraj 5–10%).

Uporaba posebnih jekel in zlitin je ozko usmerjena in najučinkovitejša na kompleksnih proizvodnih področjih. Na primer, toplotno odporna jekla 30Х12Н7С2 in 30Х13Н7С2С so našla široko uporabo v sodobni gradnji motorjev. Oceni 15XM in 12X12VNMF - v proizvodnji kotlov in tlačnih posod. Jeklo razreda ХН70ВМТЮ se uporablja za proizvodnjo lopatic plinske turbine, 08H17Т pa se uporablja pri proizvodnji elementov peči. Tudi nerjaveče jeklo spada v toplotno odporne.

Nerjaveče jeklo

Najprej je to EI417 ali 20X23H18 po GOST 5632–61. Analog zahodnoevropskih in ameriških proizvajalcev je dobro znano AISI 310. Avsenitno jeklo, katerega izdelki so povprašeni za delo v okoljih s temperaturami, ki dosegajo 1000 ° C.

20Kh25N20S2, je tudi EI283 - avstenitna zlitina, odporna na temperature od 1200 o C in več.

Za izdelavo listov iz nerjavečega jekla se uporabljajo nizkoogljične zlitine z vsebnostjo kroma od 4 do 20%. Toplotno odporno nerjavno jeklo se proizvaja v hladno valjanih in vroče valjanih ploščah in pločevinah.

Prednosti in slabosti

Zaradi lastnosti toplotno odpornih jekel je ta material nepogrešljiv na področjih, kot so raketna znanost in vesoljska industrija, kompleksna gradnja motorjev, letalska industrija, proizvodnja ključnih elementov plinskih turbin in številnih drugih. Njihov delež pri najemu visokotehnološkega jekla dosega 50%. Nekatere zlitine lahko delujejo pri temperaturah nad 7000 ° C.

Ta zahteven material za izdelavo, katerega izdelava je brez posebne opreme in usposobljenega osebja nemogoča, ima visoke stroške. Uporaba takšnih jekel ne more biti univerzalna, zato je za njegovo učinkovito uporabo treba imeti razvito znanstveno in tehnično podlago.

Kategorija:

Gradnja in popravila