Стали и сплавы с особыми свойствами

Стали и сплавы с высоким электросопротивлением для нагревательных элементов – это сплавы системы «железо – хром – алюминий» имеющие структуру твердого раствора, что позволяет их деформировать с большим обжатием и получать тонкую ленту и проволоку. Количество углерода в них строго ограничено 0,06 – 0,12 %, не более. Кроме высокого электросопротивления, стали и сплавы должны обладать окалиностойкостью и достаточной прочностью при нагреве для сохранения формы нагревателей в процессе работы. Это стали ферритного класса марок Х13Ю4 – фехраль; 0Х23Ю5, 0Х27Ю5А – хромель. Чем выше содержание в сплавах хрома и алюминия тем выше окалиностойкость и рабочая температура нагревательного элемента.

Другую группу сплавов с высоким омическим сопротивлением составляют твердые растворы на основе никеля с хромом – нихромы. Марка нихрома Х20Н80, рабочая температура 1125°С. Для удешевления нихрома часть никеля заменяют железом – ферронихромы Х15Н60 и ХН20ЮС (20 % никеля) с рабочей температурой до 875°С. Высоколегированный ферронихром ХН60Ю3 (60 % никеля) может применяться до температур 1125°С и заменять нихром Х20Н80.

Сплавы с заданным коэффициентом линейного теплового расширения. Детали машин и приборов, которые должны сохранять постоянство размеров при нагреве до 100°С и охлаждении до –100°С (штриховые меры в метрологии, детали геодезических мерных приборов) изготавливают из сплава марки Н36 (0,05 % углерода и 36 % никеля, остальное железо) получившего название инвар. Коэффициент линейного расширения инвара в 8 раз меньше чем у железа. В результате замены части никеля кобальтом получается сплав – суперинвар, его марка Н31К6, с еще меньшим коэффициентом теплового линейного расширения, чем инвар.

Сплав Н48 (48 % никеля) имеет коэффициент линейного расширения такой же, как у стекла и платины и его применяют для спаев со стеклом. Он получил название платинит. Для спайки с молибденовыми стеклами применяют сплав 29НК (29 % никеля, 18 % кобальта) называемый коваром.

Сплавы с заданными упругими свойствами (сплавы с постоянным модулем упругости).

В ряде случаев требуется металл с постоянным, не изменяющимися с температурой, модулем упругости (Гука – Е, Юнга – G). Такие сплавы применяются для пружин различных точных приборов, для камертонов и т.п. Их называют элинварами. Их состав на основе никеля, хрома и железа.

Элинвар марки Н35ХМВ (1,2 % углерода, никеля 35 %, хрома 9 %, молибдена 2 %, вольфрама 3 %) обеспечивает температурную погрешность хода часов порядка 0,5 с в сутки на 1°С. Сплав марки 42НХТЮ (0,05 % углерода, никеля 42 %, хрома 5,5 %) высокопрочный, и применяется для упругих элементов, работающих до температур 100°С.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали (типа 40Х10С2М, 45Х14Н14С2М) должны обладать высокой стойкостью против коррозии при температурах выше 550°С. Чтобы пленка окислов Cr₂O₃ защищала металл от кислорода и печных газов при температуре 1000°С, необходимо содержание хрома в стали не менее 25 %. Положительное влияние на сопротивление коррозии при высоких температурах оказывают алюминий и кремний. Они образуют защитные пленки Al₂O₃ и SiO₂. Стали 15Х25Т, ХН32Т (0,05 % углерода, хрома 20 %, никеля 32 %) выпускаются в виде прутков, листов, труб, а марка 15Х25Н19С2Л – используется для отливок.

Жаропрочные стали и сплавы способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Металлы обладают свойством медленно и непрерывно деформироваться при статическом нагружении, особенно при высоких температурах. Это свойство называется ползучестью. Она характеризуется пределом ползучести – напряжением, вызывающим заданную деформацию за определенный промежуток времени при заданной температуре. Кроме того, жаропрочность характеризуется пределом длительной прочности – напряжением, вызывающим разрушение при данной температуре за данный интервал времени.

Жаропрочные стали и сплавы классифицируют по основному признаку – температуре эксплуатации. Так для работы при температурах 400 – 550°С применяют стали 15ХМ, 12Х1МФ (трубы паропроводов и пароперегревателей), 40Х9С2 для клапанов двигателей внутреннего сгорания, а при температуре 800 – 1200°С – сплавы на никелевой основе (например, ХН55ВМТФКЮ) для лопаток газовых турбин и т.п.

Специальные чугуны (ГОСТ 7769-82), называемые жаростойкими, обладают окалиностойкостью, ростоустойчивостью и трещиноустойчивостью, а называемые жаропрочными – высокой длительной прочностью и стойкостью против ползучести при высоких температурах. Кроме того, сюда же относятся коррозионностойкие чугуны.

Для повышения жаростойкости серых и ковких чугунов их легируют кремнием (ЧС5) и хромом (ЧХ28, ЧХ32). Эти чугуны проявляют высокую жаростой­кость (окалиностойкость) при температурах до 700-800°С в топочных и генераторных газах. В ка­честве термостойких и окалиностойких чугунов применяют аустенитные чугуны: высоколегированный никелевый серый ЧН15Д7 и высокопрочный ЧН15ДЗШ, а в качестве жаропрочных – аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш.

С целью повышения жаропрочности чугуны подвергают отжигу при 1020-1050°С. При отжиге карбид Ме₃С растворяется в аустените, а легированные карбиды приобретают высокую прочность (жаропрочность) и достаточную пластичность. В качестве чугунов, обладающих высокой коррозионной стойкостью в серной, азотной и ряде органических кислот, при меняют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) – 4С13, ЧС15, ЧС17 и хромом ЧХ22, ЧХ28, ЧХ32. Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые аустенитные чугуны (например, 4Н15Д7).

Дата добавления: 2015-12-07