Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Жаропрочные, жаростойкие и композиционные материалы

BASALT FIBER & COMPOSITE MATERIALS TECHNOLOGY DEVELOPMENT

Непрерывное базальтовое волокно »

Производство материалов из непрерывного базальтового волокна »

Базальтовая чешуя »

Высокотемпературные материалы

Продажа материалов

Информационные материалы

в формате Adobe PDF

Высокотемпературные композиционные материалы — Информация

Высокотемпературные композиционные материалы. Области применения

Применение высоких температур в различных отраслях промышленности, где используется высокие температуры.

Технологии энергосбережения требуют создания высокотемпературных композиционных материалов с заданными свойствами и характеристиками.

Высокотемпературные композиционные материалы (ВТМК) производятся с применением различных компонентов: связующих, наполнителей, армирующих материалов, покрытий и других компонентов.

Специалистами компании разработаны ВТКМ различного применения:

  • материалы для изготовления горелочных камней плоскопламенных, дискофакельных горелок;
  • материалов для производства плит, фасонных изделий на температуры применения 1200 – 1600 0 С;
  • материалы для футеровки печей;
  • материалы для кладки огнеупорных материалов: кладочные растворы, замазки на температуру применения до 1600 0 С;
  • материалы для ремонта футеровки печей и термического оборудования;
  • клей для склейки керамики, керамических изделий, работающих при высоких температерах;
  • защитные покрытия для материалов, применяемых при высоких температурах и в агрессивных средах;
  • клеи и связующие для производства теплоизоляционных и огнеупорных материалов;
  • материалы для футеровки фильерных питателей при производстве стекловолокна и базальтового волокна.

Высокотемпературные композиционные материалы на основе неорганических связующих

Футеровка из ВТМК газовой
печи скоростного нагрева

Назначение. Высокотемпературные композиционные материалы серии ВТКМ предназначены для производства термостойких, огнестойких композиционных материалов для различных отраслей промышленности (энергетика, металлургия, химическая промышленность, производство керамики, фарфора, высокотехнологичные отрасли), для выполнения футеровочных работ при кладке печей, термического оборудования, для выполнения комплексного ремонта изношенной футеровки камерных, туннельных, вращающихся, проходных и других типов печей и оборудования, склейки высокотемпературной керамики, производства горелочных камней, в качестве связующего при производстве теплоизоляционных и огнеупорных материалов, а также в ряде других областей применения.

Потребители и рынок сбыта. Основными потребителями материалов серии ВТКМ являются промышленные предприятия:

  • машиностроения, металлургии, промышленности строительных материалов, химической, нефтехимической промышленности, энергетики и др. — эксплуатирующие нагревательные и термические печи, термическое оборудование, выполняющие их ремонт и реконструкцию;
  • производители теплоизоляционных и огнеупорных материалов – использование связующих ВТКМ при производстве теплоизоляционных и огнеупорных материалов;
  • изготовители печей и термического оборудования;
  • изготовители вспомогательного печного оборудования (защитные покрытия плавильных тиглей, элементов газовых горелок и др.);
  • предприятия, выполняющие работы по огнезащитным покрытиям конструкций зданий и сооружений (ответственных промышленных объектов – АЭС, химических заводов, нефтехимии и др.).

Аналоги и альтернативная продукция.

Применяемые в настоящее время материалы: огнеупорные глины, кладочные растворы на основе мертеля, шамотного порошка, жидкого стекла в значительной мере не удовлетворяют современным требованиям (имеют низкий коэффициент сцепления, низкую прочность, не устойчивы к теплосменам, имеют низкие эксплуатационные свойства, не могут применяться в принципе для выполнения многих операций при ремонте и реконструкции печей и термического оборудования, а также при применении волокнистых и ультралегковесных огнеупорных материалов) и морально устарели, хотя широко применяются в силу традиции и дешевизны.

Краткое описание технологии производства.

Исходные компоненты: силикатные компоненты, присадки — окислы металлов, кислоты, щелочи, наполнители — каолин, глинозем, графит, и др., волокнистые наполнители дозируются, некоторые проходят термообоработку (обжиг в электро или газовой печи). В реакторе происходит их перемешивание. Готовую смесь ВТКМ фасуют в емкости по 5, 10, 30 и 50 киллограм.

Краткое описание технологии применения ВТМК

Материалы ВТКМ производятся безобжиговым технологиям без применения высоких температур. Высокотемпературный обжиг заменяется процессами сушки материалов и изделий из ВТКМ. В зависимости от состава сушка изделий производится при температуре 300 0 С или при 600 0 С. Обжиг материалов и изделий из ВТКМ проходят непосредственно в печах и термическом оборудовании в процессе их применения.
Аналогично производятся огнеупорные материалы и изделия с применением клеев и связующих ВТКМ, формованные армированные волокнами изделия — плиты, сектора, горелочные камни, материалы для футеровки и кладки печей, материалы для футеровки фильерных питателей, изделия специального применения.

Технология применения материалов на основе ВТКМ

  1. На основе готовой тщательно перемешанной исходной массы формуют материалы и изделия с применением специальных форм. При кладке печей, склейке керамики с применением ВТКМ производят кладку и склеивание при обычных температурах. Аналогично выполняют футеровку фильерных питателей и других изделий.
  2. Производят сушку материалов и изделий при температурах 300 0 С, иногда, если это требуется при температурах до 600 0 С.
  3. Окончательный обжиг материалов и изделий происходит в процессе выводки печей и термического оборудования на режим.

Материалы и изделия, производимые с применением ВТКМ не критичны к температурным перепадам, выдерживают множество теплосмен, быстро выходят на уровень рабочих температур.

Работы по ВТКМ проводятся компанией в следующей последовательности

  • Получение заявки на материал.
  • Изготовление и поставка первой партии материала. Проведение опробований материалов в условиях эксплуатации у Заказчиков.
  • Поставки партий ВТКМ.

Рентабельность применения материалов серии ВТКМ составит не менее 200%.

Срок окупаемости применения материалов ВТКМ с учетом общих затрат составляет 5 — 6 месяцев.

Жаропрочные, жаростойкие и композиционные материалы

Научные разработки РХТУ им. Д. И. Менделеева

ОГНЕУПОРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ

Область применения и назначение: огнеупорные вяжущие материалы предназначены для создания огнестойких и термостойких покрытий, обмазок, неорганических связок стеклообразных, керамических и металлических материалов и изделий.

Предлагаемый материал представляет собой композит на основе металлофосфатных и алюминатных вяжущих материалов, содержащих углеродные нанотрубки. Композиты имеют высокую огнеупорность и термостойкость, обеспечивают высокие прочностные и адгезионные свойства затвердевшего материала.

На их основе возможно создание тепловой защиты авиационной техники, специальных бетонов для футеровки тепловых агрегатов химической, нефтехимической, металлургической промышленности и энергетики.

Краткое описание и основные технические характеристики: основные характеристики огнеупорных композиционных материалов:

Прочность через 3 сут, МПа50-70
Огнеупорность, °C1700 – 1800
Температура деформации под нагрузкой1500 – 1600
Термостойкость, количество теплосмен40 – 50

Преимущества (замещает ли импортную продукцию или технологию): основные характеристики предлагаемых композитов превосходят все известные огнеупорные вяжущие отечественных и зарубежных фирм.

Степень освоения: лабораторные исследования, опытные образцы.

Правовая защита: заявки на патенты РФ.

Формы сотрудничества: поиск инвесторов, совместные исследования по разработке и освоения технологии.

Представитель для контактов: Кривобородов Юрий Романович.

Телефоны: (495) 495-39-57, факс (495) 496-60-09.

Жаропрочные материалы и жаростойкие покрытия

Жаропрочными называют материалы, способные продолжительно вы­держивать нагрузки при повышенных температурах. Как правило, жаропрочность материалов нужно учитывать, когда температура эксплуатации превышает 0,4…0,5 от температуры плавления. При нагреве ослабляются межатомные связи и поэтому уменьшаются твердость, предел текучести, модули упругости. Жаропрочные свойства значительно зависят от температуры и для интервала рабочих температур материала (примерно через 50…100°С) используются величины критических напряжений: предела ползучести и предела длительной прочности.

Пределом ползучести называют напряжение, под действием которого через определенный срок (1000, 10000, 100000 часов и т. д.) деформация ползу­чести достигнет величины: 0,1; 0,5; 1% и т. д. Обозначают предел ползучести = 45МПа, указывая при этом температуру испытания.

Пределом длительной прочности называют напряжение, действие кото­рого материал выдержит без разрушения в течение определенного срока (100, 1000 часов и т. д.). Обозначают предел длительной прочности = 250МПа с указанием температуры испытания. Предел длительной прочности характеризует сопротивление материала при сравнительно коротких выдержках под нагрузкой 100…1000ч, когда деформация ползучести еще невелика.

Жаропрочность обеспечивается легированием и термической обработкой.

Выбор жаропрочного материала диктуется соображениями жаропрочности, сопротивления окислению и стоимости.

Наиболее распространенными материалами являются жаропрочные стали, применяемые до 700°С, для интервала температур 700…1050°С используют жаропрочные никелевые сплавы. При температурах 1000…1500°С применяют тугоплавкие сплавы и жаропрочную керамику на основе карбида SiС и нитрида Si3N4. При более высоких температурах пригоден вольфрам и его сплавы, а также графит.

Особое место занимают легкие жаропрочные сплавы. Обычные конструкционные сплавы алюминия теряют прочность выше 200°С, жаропрочные сплавы (ВАД23, ВАЛ10, АЛЗЗ) применимы до температур 300…350°С , а порошковые материалы (САП1, САП4, САС1) даже до 500…550°С. Обычные сплавы магния не используют выше 200°С, а жаропрочные (ВМД10 и ИМВ7) пригодны до температур 300-350 °С. Относительно легкие сплавы титана применяют при температурах не выше 500°С, а специальные жаропрочные (ВТ9, ВТ18) до 550…600°С.

Жаропрочные сплавы на основе никеля представляют уникальную по свойствам группу материалов, сочетающих жаропрочность, химическую стойкость, прочность при статических и переменных нагрузках. Как жаропрочные материалы их используют при температурах 750…1050°С. Оптимальные свойства они приобретают после закалки на воздухе с температур 1200…1250°С и последующего старения при температурах 750…850°С в течение длительного срока (до 20…30ч).

Любые материалы, применяемые при высоких температурах, вступают в химическое взаимодействие с окружающей газовой средой и подвергаются газовой коррозии. Скорость коррозии сильно уменьшается, если материал и активная газовая среда оказываются разделенными пленкой продуктов коррозии, способной сыграть роль защитного барьера.

Способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах называют жаростойкостью. Природной жаростойкостью обладают только благородные металлы.

Для защиты от газовой коррозии используют три метода: изоляцию ме­талла от агрессивной среды, применение защитных покрытий, легирование.

Использование вакуума или инертных газов целесообразно лишь тогда, когда неэффективны два других метода. Тугоплавкие металлы и их сплавы, отличающиеся высокими жаропрочными свойствами при температурах выше 1000°С, нестойки против окисления, и эффективных средств их защиты при этих температурах пока не найдено. Для них в ряде случаев оказалось выгодным применять в качестве рабочей среды инертные газы.

Наибольшее применение при разработке жаростойких материалов получило легирование. Для сталей и сплавов на основе железа или на основе никеля используют хром. Действие хрома заключается в образовании сложного оксида типа (Fе, Сr)2О3 на поверхности стали. Стали с содержанием 9…30% хрома успешно эксплуатируются при температурах соответственно 850…1100 о С. Защитное действие оксидной пленки, содержащей хром, усиливается при дополнительном легировании алюминием и кремнием (до 4%) и, особенно, иттрием и редкоземельными металлами (около 1%).

Жаростойкие стали успешно работают в среде топочных и выхлопных газов, в том числе содержащих SO2.

Жаропрочные, жаростойкие и композиционные материалы

Жаропрочностью называется способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах.

Жаропрочность важна при выборе материала, когда рабочие температуры деталей превышают Многие детали современных паросиловых установок, металлургических печей, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и других машин нагреваются до высоких температур и несут большие нагрузки. Условия работы деталей весьма разнообразны; решающее значение при выборе материала имеют температура, длительность работы под нагрузкой и величина напряжений. Например, паросиловые установки работают сотни тысяч часов, а ракетные двигатели — всего несколько минут. В одних случаях температуры участков деталей очень высоки и близки к температуре плавления сплава, в других — они лишь незначительно выше При высоких температурах ускоряются диффузионные процессы, изменяются исходная микроструктура и механические свойства материала.

Нагрев ослабляет межатомные связи, при высоких температурах уменьшаются модули упругости, временное сопротивление, предел текучести, твердость.

Рис. 14.12. Зависимость предела текучести металлов от температуры 1 — Al; 2 — Си; 3 — Ti; 4 — Ta; 5 — W

Рис. 14.13. Кривая ползучести: I неусгановившаяся стадия; II — установившаяся стадия; III — стадия разрушения

Чем ниже основы сплава, тем ниже оказываются его допустимые рабочие температуры (рис. 14.12).

При длительном нагружении при высоких температурах поведение материала определяется диффузионными процессами. Для этих условий характерны процессы ползучести и релаксации напряжений.

Ползучесть представляет собой медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести. Типичная зависимость деформации от времени нагружения представлена на рис. 14.13. Кривая ползучести состоит из трех участков, каждый из которых соответствует определенной стадии ползучести. Первая стадия так называемой неустановившейся ползучести отличается постепенным затуханием скорости деформации до определенной постоянной величины. Вторая стадия установившейся ползучести характеризуется постоянной скоростью деформации. На третьей стадии скорость деформации нарастает до момента разрушения. Третья стадия ползучести, как правило, непродолжительна и для деталей недопустима, так как в этом случае неминуемо быстрое разрушение.

Читать еще:  Холодное цинкование металла: составы и краски с цинком

Относительное развитие каждой стадии зависит от температуры и напряжения. При одном и том же напряжении повышение температуры испытания

Рис. 14.14. Зависимость ползучести от температуры (а) и напряжений (б)

сокращает продолжительность второй стадии и ускоряет разрушение (рис. 14.14, а). Аналогично влияет повышение напряжения при неизменной температуре испытания (рис. 14.14, б).

Предел текучести, определяемый при кратковременных испытаниях, не может быть критерием жаропрочности, так как он не учитывает поведение материала при длительном нагружении. Критериями жаропрочности являются предел ползучести и предел длительной прочности.

Пределом ползучести называется напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре. В обозначении предела ползучести указывают температуру, величину деформации и время, за которое она возникает. Например, означает, что под действием напряжения за 100000 ч при температуре в материале появится пластическая деформация 1%.

Пределом длительной прочности называют напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время. В обозначении предела длительной прочности указывают температуру и время до разрушения. Например, означает, что при температуре материал выдержит действие напряжения в течение Предел длительной прочности характеризует разупрочнение материала в процессе длительного нагружения при высоких температурах. Предел длительной прочности всегда меньше предела прочности, определяемого при кратковременных испытаниях при той же температуре.

Ползучесть металлов вызывает релаксацию напряжений в предварительно нагруженных деталях. При высокотемпературных условиях работы постепенно уменьшаются напряжения в болтах и других крепежных деталях, ослабляются натяги и т. п. Деформация нагруженной детали представляет собой сумму упругой и пластической деформации. В начале эксплуатации пластической деформации нет, и напряжение, например, в затянутой шпильке, равно а (где Е, — модуль упругости при температуре эксплуатации). Появление пластической деформации уменьшает долю упругой деформации до которая меньше Соответственно уменьшается напряжение до Возникающая пластическая деформация есть не что иное, как деформация ползучести под действием монотонно убывающего напряжения.

Критерием сопротивления релаксации является падение напряжения за время при заданной темперартре.

Большинство жаропрочных материалов поликристаллические. В таких материалах деформация ползучести развивается благодаря перемещению

Рис. 14.15. Схема диффузионной ползучести: заштрихованные области — удлинение зерна под влиянием направленной диффузии вдоль границ зерен

дислокаций в зернах, зернограничному скольжению и диффузионному переносу.

Перемещение дислокаций при температурах выше происходит двумя путями — скольжением и переползанием. При нагреве имевшиеся вокруг дислокаций скопления атомов легирующих элементов и примесей растворяются, и это облегчает скольжение. Переползание дислокаций обеспечивается их взаимодействием с вакансиями, благодаря этому отдельные участки дислокаций смещаются в соседние плоскости кристалла. Нагрев ускоряет диффузионный приток вакансий и облегчает переползание.

Зернограничное скольжение представляет собой сдвиг зерен друг относительно друга вдоль общих границ в узкой пограничной области. Скольжение развивается под действием касательных напряжений. Деформация скольжения тем больше, чем мельче зерна.

Диффузионный перенос связан с перемещением вакансий вдоль границ и внутри зерен. Под действием растягивающих напряжений уменьшается энергия образования вакансий. На границе между двумя растянутыми зернами (рис. 14.15) концентрация вакансий увеличивается и они перемещаются в зоны, где их концентрация меньше. Потоку вакансий соответствует встречный поток атомов, поэтому у растянутых границ количество атомов увеличивается и зерна удлиняются. Перенос атомов происходит и по объему зерен, однако вклад объемной диффузии незначителен и играет роль лишь при высоких температурах около а действие зерно — граничной диффузии существенно уже при температурах

Когда между перемещением дислокаций, зернограничным скольжением и диффузионным переносом нет соответствия, на границах зерен появляются поры и быстро наступает разрушение.

Для обеспечения жаропрочности требуется ограничить подвижность дислокаций и замедлить диффузию. Это достигается повышением прочности межатомных связей, созданием препятствий для перемещения дислокаций внутри зерен и на их границах, увеличением размеров зерен.

Основной путь повышения жаропрочности — создание в материалах крупнозернистой структуры с однородным распределением мелких частиц упрочняющих фаз внутри зерен и на их границах.

Многофазная структура с мелкими частицами упрочняющих фаз в сталях получается при помощи закалки и отпуска, а во многих жаропрочных сплавах — после закалки и старения. Для получения оптимальной структуры в жаропрочных сталях и сплавах используют комплексное легирование, и по химическому составу эти материалы сложнее обычных легированных сталей и сплавов.

Прочность межатомных связей у большинства металлов недостаточная для обеспечения жаропрочности. Легирование твердого раствора увеличивает жаропрочность, но эффективность растворного упрочнения небольшая и сохраняется до температур около Материалы со структурой твердого раствора по жаропрочным свойствам уступают материалам, упрочненным дисперсными частицами.

Упрочняющими фазами служат карбиды в жаропрочных сталях, -фаза с ГЦК решеткой в никелевых сплавах,

оксиды или в никеле, фазы Лавеса и некоторые другие промежуточные фазы. Эффективность упрочнения определяется свойствами частиц и их распределением. Чем они мельче и чем ближе находятся друг от друга, тем выше жаропрочность.

Крупнозернистость — характерная особенность структуры жаропрочных материалов. Чем крупнее зерна, тем меньше протяженность межзеренных границ и слабее зернограничное скольжение и диффузионный перенос. В этом отношении идеалом являются монокристаллы, у которых совсем нет границ зерен. Однако производство деталей со структурой монокристалла сложно, освоено лишь для отдельных деталей, и практически приходится иметь дело с поликристаллическими материалами. Для улучшения их жаропрочности требуется упрочнение границ зерен. С этой целью в жаропрочные стали и сплавы вводят малые добавки легирующих элементов, которые концентрируются на границах зерен. Эти элементы замедляют зернограничное скольжение и нейтрализуют действие вредных примесей. Особенно часто для упрочнения границ используют бор, церий и другие редкоземельные металлы. Границы зерен в никелевых жаропрочных сплавах упрочняют карбидами, добавляя с этой целью в сплавы около

Дополнительными мерами повышения жаропрочности служат: 1) термомеханическая обработка; 2) увеличение прочности межатомной связи в сталях, когда благодаря легированию ОЦК решетка заменяется ГЦК решеткой; 3) создание анизотропной структуры.

Термомеханическую обработку применяют для получения структуры полигонизации. Такая структура устойчива при нагреве в отличие от структуры наклепанного металла. Полигонизация повышает сопротивление ползучести, так как малоугловые границы в зернах мешают передвижению дислокаций. Однако такая обработка эффективна лишь в изделиях простой формы (например, трубы), где удается обеспечить однородную деформацию и одинаковые свойства во всем изделии.

У железа межатомные связи в ГЦК решетке прочнее, чем в ОЦК решетке. В частности, при температуре — 911 °С коэффициент самодиффузии железа в ОЦК решетке в 300 раз больше, чем в ГЦК решетке. Аустенитные стали имеют ГЦК решетку и по жаропрочности немного превосходят жаропрочные стали с ОЦК решеткой.

Анизотропную структуру в изделиях из жаропрочных сплавов получают направленной кристаллизацией или теми же способами, какими получают композиционные материалы.

Жаростойкие и жаропрочные сплавы

Жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой жаропрочностью и жаростойкостью, что определяет их применение в качестве конструкционных материалов для изготовления изделий с повышенными требованиями к механической прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах. На странице представлено описание данных сплавов: свойства, области применения, марки жаростойких и жаропрочных сплавов, виды продукции.

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.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

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.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для жаропрочных сплавов и сталей основным полезным свойством с практической точки зрения является способность материала выдерживать механические нагрузки в условиях высоких температур. Существуют различные схемы нагружения жаропрочных материалов: статические растягивающие, изгибающие или скручивающие нагрузки, термические нагрузки вследствие изменений температуры, динамические переменные нагрузки различной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков на поверхность. При этом указанные материалы должны выдерживать соответствующий тип нагружения.

Основным практически полезными свойствами жаростойких сталей и сплавов является коррозионная стойкость материала в газовых средах при высоких температурах.

В то же время, с точки зрения производства готовых изделий важную роль играют технологические свойства. При создании деформируемых сплавов необходимо обеспечить достаточную технологическую пластичность при обработке давлением, в том числе при температурах 700-800 °С, а литые сплавы должны иметь удовлетворительные литейные свойства (жидкотекучесть, пористость).

Марки жаропрочных и жаростойких сплавов

Жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе

В настоящее время сплавы на никелевой основе имеют наибольшее значение в качестве жаропрочных материалов, предназначенных для работы при температурах от 700 до 1100°С.

Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б и ЭИ437БУВД)
Химический состав по ГОСТ 5632-72, ТУ 14-1-402-72, % (по массе):

    сплава ЭИ437Б — 19-22 Cr; 2,4-2,8 Ti; 0,6-1,0 Al; ; остальное никель.

Технологические данные:

  • сплав изготавливается в дуговых и индукционных электропечах и с применением вакуумного дугового переплава;
  • температура деформации — начало 1160, конец выше 1000 °С, охлаждение после деформации иа воздухе;
  • рекомендуемые режимы термической обработки: нагрев до 1190±10 °С, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе; нагрев до 1050 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе; старение при 800 °С в течение 16 ч, охлаждение на воздухе;
  • нагрев до 1180 °С, выдержка 6 ч, охлаждение на воздухе; нагрев до 1000 °С, охлаждение с печью до 900 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 850 °С в течение 15 ч, охлаждение на воздухе.
Читать еще:  9 Тугоплавкие и благородные металлы и сплавы

Жаростойкие стали и сплавы на основе никеля и железа

Основными жаростойкими материалами, которые используют в газовых турбинах, печах и различного рода высокотемпературных установках с рабочей температурой до 1350 °С, являются сплавы на основе железа и никеля. Высокое сопротивление окислению сталей и сплавов связано в первую очередь с большим количеством хрома, входящего в состав сплавов. Например, максимальное содержание хрома (по массе) в количестве 26-29 % имеет сплав на основе никеля ХН70Ю.

Сплав ХН70Ю (ЭИ652)
Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 26-29 Cr; 2,8-3,5 Al;

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Жаропрочный материал – полимерный композитный материал

Жаропрочный материал более прочный, чем авиационный титан или алюминий.

Жаропрочный материал, способный выдержать нагрев до примерно 450 градусов Цельсия без повреждения его структуры, достаточно легко плавится и обладает низкой вязкостью. Этот материал позволит снизить массу двигателей и упростить их конструкцию.

Описание:

Жаропрочный материал – полимерный композитный материал, способный выдержать нагрев до примерно 450 градусов Цельсия без повреждения его структуры, создан на базе двух относительно простых звеньев – непредельного углеводорода пропаргила и соединения азота и бензола.

Проблема:

Полимерные композиты не способны переносить высокие температуры. Сейчас температурный диапазон применения полимерных композитов составляет не более 150С для самых распространенных материалов и до 250C – для термостойких.

Преимущества:

– жаропрочный материал пригоден для эксплуатации при температурах до 450 о С;

обладает простотой переработки, сравнимой с наиболее распространенными в применении для этих целей эпоксидными смолами;

– достаточно легко плавится и обладает низкой вязкостью, что позволяет производить композитные материалы достаточно дешевыми способами по сравнению с другими сверхпрочными композитами, применяемыми сегодня в промышленности;

– жаропрочный материал – полимерный композитный материал за счет своих характеристик позволит снизить массу двигателей и упростить их конструкцию.

изделия из полимерных композиционных материалов
композитные полимерные материалы производство
композиционные материалы на полимерной матрице
композиционный материал купить
конструкции из полимерных композиционных материалов
конструкционные полимерные композиционные материалы
новые полимерные композиционные материалы
новые полимерные материалы
особенности полимерных материалов
применение полимерных композиционных материалов
применение полимерных материалов в строительстве
производство полимерных композиционных материалов
специальные полимерные композиционные материалы
стойкость полимерных материалов
термопластичные полимерные материалы
технология полимерных композиционных материалов

Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочная сталь используется при изготовлении разных деталей, которые контактируют с агрессивными средами, при этом подвергаются значительным нагрузкам, вибрациям и высокому термическому воздействию. К примеру, сюда относятся следующие изделия: турбины, печи, котлы, компрессоры и т.п. Далее представлены характеристики термостойких, жаропрочных сплавов, классификация, марки, особенности их применения.

Жаростойкая сталь (или окалиностойкая) – металлический сплав, используемый в ненагруженном или слабонагруженном состоянии и способный на протяжении длительного времени в условиях высоких температур (более 550 ºС) сопротивляться газовой коррозии. Жаропрочные металлы – изделия, которые под высоким термическим воздействием сохраняют свою структуру, не разрушаются, не поддаются пластической деформации. Важная характеристика таких металлов – условный предел ползучести и длительной прочности. Жаропрочные сплавы могут быть жаростойкими, однако не всегда такими бывают, поэтому в агрессивных средах могут быстро повредиться по причине окисления.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для повышения жаростойкости используются легирующие добавки, которые также улучшают прочность металлов. Благодаря легированию на поверхности сплавов образуется защитная пленка, снижающая скорость окисления изделий. Основные легирующие элементы: никель, хром, алюминий, кремний. В процессе нагрева образуются защитные оксидные пленки (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2О. При содержании 5–8 % хрома жаростойкость стали увеличивается до 700–750 градусов по Цельсию, 17 % хрома – до 1000 градусов, при 25 % хрома – до 1100 градусов.

Жаропрочные марки металлов – сплавы на основе железа, никеля, титана, кобальта, упрочненные выделениями избыточных фаз (карбидов, карбонитридов и др.). Жаропрочностью обладают хромоникелевые и хромоникелевомарганцевые стали. Под воздействием высоких температур они не склонны к ползучести (медленная деформация при наличии постоянных нагрузок). Температура плавления жаропрочной стали составляет 1400-1500 °С.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

При температуре до 300 ºС используется обычная конструкционная (углеродистая) сталь – прочный и термостойкий металл. Для работы в условиях свыше 350 ºС требуется применение жаропрочных металлов. Основные виды сплавов повышенной термостойкости и термопрочности:

  • Перлитные, мартенситные и аустенитные;
  • кобальтовые и никелевые сплавы;
  • тугоплавкие металлы.

К перлитным жаропрочным сталям относят котельные стали и сильхромы, содержащие малый процент углерода. Температура рекристаллизации материала повышается за счет легирования молибденом, хромом, ванадием. Сплавы характеризуются неплохой свариваемостью. Производство мартенситных сталей осуществляется с использованием перлитных и добавок хрома, закалки при 950–1100 ºС. Они содержат более 0,15 % углерода, 11-17 % хрома, небольшое количество никеля, вольфрама, молибдена, ванадия. Стали мартенситного класса устойчивы к воздействию коррозии в щелочных, кислотных растворах, повышенной влажности, в случае термообработки при 1050 градусах отличается высокой жаропрочностью.

Жаропрочные аустенитные стали могут иметь гомогенную или гетерогенную структуру. В сплаве с гомогенной структурой, не упрочняемых термообработкой, содержится минимум углерода, много легирующих элементов, что обеспечивает сопротивление ползучести. Такие материалы подходят для применения при температуре до 500 °С. В гетерогенных твердых растворах, упрочняемых термообработкой, образуются карбидные, интерметаллидные, карбонитридные фазы, что обеспечивает применение жаропрочных сплавов под напряжением при температуре до 700 °С.

При температуре до 900 °C эксплуатируют никелевые и кобальтовые сплавы: они применяются при производстве турбин реактивных двигателей, являются лучшими жаропрочными материалами. Кобальтовые сплавы по жаропрочности немного уступают никелевым, являются более редкостным. Отличаются высокой теплопроводностью, коррозионной устойчивостью при высоких температурах, стабильностью структуры в процессе длительной работы.

Содержание никеля в никелевом сплаве составляет свыше 55 %, углерода 0,06-0,12 %. В зависимости от структуры различают гомогенные (нихромы), гетерогенные (нимоники) сплавы никеля. Нихромы, изготавливаемые на основе никеля, в качестве легирующей добавки содержат хром. Им свойственна не только жаропрочность, но и высокая жаростойкость. Нимоники состоят из 20 % хрома, 2 % титана, 1 % алюминия. Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

При температурах до 1500 градусов и выше могут работать жаропрочные сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, ниобия, ванадия и др.

Температура плавления тугоплавких металлов.
МеталлТемпература плавления, ºC
Вольфрам3410
ТанталОколо 3000
Ванадий1900
Ниобий2415
Цирконий1855
Рений3180
МолибденОколо 2600

Наиболее востребованным является молибденовый сплав. Для легирования применяются такие элементы, как титан, цирконий, ниобий. Для предотвращения коррозии выполняют силицирование изделия, в результате чего на поверхности образуется защитное покрытие. Защитный слой позволяет эксплуатировать жаропрочку при температуре 1700 градусов на протяжении 30 часов. Другие распространенные тугоплавкие сплавы: вольфрам и 30 % рения, 60 % ванадия и 40 % ниобия, сплав железа, ниобия, молибдена и циркония, тантал и 10 % вольфрама.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

В зависимости от состояния структуры различают аустенитные, мартенситные, перлитные и мартенситно-ферритные жаропрочные металлы. Жаростойкие сплавы разделяются на ферритные, мартенситные или аустенитно-ферритные виды.

Применение мартенситных сталей.
Марки сталиИзделия из жаропрочных сталей
4Х9С2Клапаны автомобильных двигателей, рабочая температура 850–950 ºC.
1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФУзлы, детали, работающие при температуре до 600 ºC на протяжении 1000–10000 часов.
Х5Трубы, эксплуатируемые при рабочей температуре до 650 ºC.
1Х8ВФЭлементы паровых турбин, которые работают при температуре до 500 ºC на протяжении 10000 часов и более.

Перлитные марки, имеющие хромокремнистый и хромомолибденовый состав жаропрочной стали: Х13Н7С2, Х10С2М, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х6С. Хромомолибденовые составы 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ подходят для использования при 450-550 °С, хромомолибденованадиевые 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ – при температуре 550-600 °С. Их применяют при производстве турбин, запорной арматуры, корпусов аппаратов, паропроводов, трубопроводов, котлов.

Ферритная сталь изготавливается путем обжига и термообработки, за счет чего приобретает мелкозернистую структуру. Сюда относят марки Х28, Х18СЮ, 0Х17Т, Х17, Х25Т, 1Х12СЮ. Содержание хрома в таких сплавах 25-33 %. Их применяют на производстве теплообменников, аппаратуры для химических производств (пиролизного оборудования), печного оборудования и прочих конструкций, которые работают длительное время при высокой температуре и не подвержены воздействию серьезных нагрузок. Чем больше хрома в составе, тем выше температура, при которой сталь сохраняет эксплуатационные свойства. Жаростойкая ферритная сталь не обладает высокой прочностью, жаропрочностью, отличается хорошей пластичностью и неплохими технологическими параметрами.

Мартенситно-ферритная сталь содержит 10-14 % хрома, легирующие добавки ванадий, молибден, вольфрам. Материал используется при изготовлении элементов машин, паровых турбин, оборудования АЭС, теплообменников атомных и тепловых ЭС, деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при 600 ºC. Марки сталей: 1Х13, Х17, Х25Т, 1Х12В2МФ, Х6СЮ, 2Х12ВМБФР.

Аустенитные стали отличаются широким применением в промышленности. Жаропрочностные и жаростойкие характеристики материала обеспечиваются за счет никеля и хрома, легирующих добавок (титан, ниобий). Такие стали сохраняют технические свойства, стойкие к коррозии при воздействии температуры до 1000 ºC. Сравнительно со сталями ферритного класса, аустенитные сплавы обладают повышенной жаропрочностью, способностью к штамповке, вытяжке, свариванию. Термическая обработка металлов осуществляется путем закалки при 1000–1050 °С.

Применение аустенитных марок.
Марки сталиПрименение жаропрочных сталей
08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9Выхлопные системы, листовые, сортовые детали, трубы, работающие при невысокой нагрузке и температуре до 600–800 °С.
36Х18Н25С2Печные контейнеры, арматура, эксплуатируемые при температуре до 1100 °С.
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБКлапаны двигателей, детали турбин.

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной жаропрочностью по сравнению с обычными высокохромистыми сплавами. Такие металлы применяются при изготовлении ненагруженных изделий, рабочая температура 1150 ºC. Из марки Х23Н13 изготавливают пирометрические трубки, из марки Х20Н14С2, 0Х20Н14С2 – печные конвейеры, резервуары для цементации, труб

ИФТТ РАН

Nav view search

Навигация

  • Главная
  • Уставные документы
  • Официальные документы ИФТТ РАН
  • Государственное задание
  • Архив официальных документов ИФТТ РАН
  • Ученый совет ИФТТ РАН
  • Защиты диссертаций в совете Д 002.100.01 от 2001 г.
  • Состав совета
  • Общая информация
  • Новости
  • Основные направления научной деятельности ИФТТ РАН
  • Госудерственные награды и научные премии
  • Награды за инновационную деятельность (на выставках, форумах, салонах инноваций и инвестиций и т.д.)
  • История института
  • К истории становления института (из воспоминаний Ю.А. Осипьяна)
  • Важнейшие даты и события в биографии Ю.А.Осипьяна
  • Основные даты жизни и деятельности Г.В. Курдюмова
  • Список научных сотрудников ИФТТ по годам прихода в Институт в 1963 — 2002 г.
  • Хронология первых 10 лет жизни ИФТТ АН СССР
  • Тимофеев Владислав Борисович
  • Кведер Виталий Владимирович
  • Кукушкин Игорь Владимирович
  • Карпов Михаил Иванович
  • Бородин Владимир Алексеевич
  • Кулаковский Владимир Дмитриевич
  • Осипьян Юрий Андреевич
  • Гантмахер Всеволод Феликсович
  • Курдюмов Георгий Вячеславович
  • Копецкий Чеслав Васильевич
  • Щёголев Игорь Фомич
  • Лаборатории
  • Спектроскопии дефектных структур
  • Неравновесных электронных процессов
  • Электронной кинетики
  • Квантового транспорта
  • Квантовых кристаллов
  • Сверхпроводимости
  • Теоретический отдел
  • Структурных исследований
  • Реальной структуры кристаллов
  • Спектроскопии поверхности полупроводников
  • Физики высоких давлений
  • Оптической прочности и диагностики кристаллов
  • Материаловедения
  • Армированных систем
  • Поверхностей раздела в металлах
  • Кристаллизации из высокотемпературных растворов
  • Профилированных кристаллов
  • Управляемого роста кристаллов
  • Физико-химических основ кристаллизации
  • Материалов для электрохимических технологий
  • Сектор нанолитографии
  • Сектор элементного и структурного анализа
  • Отдел специальной обработки материалов
  • Аспирантура
  • Вступительные экзамены
  • Сведения об аспирантах
  • Выпускники аспирантуры ИФТТ РАН
  • Учившиеся в аспирантуре ИФТТ РАН
  • Портфолио магистрантов
  • Курсы и практики
  • Кафедра физики твердого тела МФТИ
  • Курсы, читаемые студентам МФТИ
  • Филиал кафедры Физической химии МИСиС при ИФТТ РАН
  • Программы учебных курсов
  • Сотрудники ИФТТ РАН – преподаватели филиала кафедры физической химии МИСиС
  • Конференции
  • Семинары
  • Отчеты по НИР
  • Публикации
  • Важнейшие научные результаты
  • Результаты и разработки, доведенные до готовности к практическому применению
  • Интеллектуальная собственность
  • Награды ИФТТ РАН за инновационную деятельность

Искать

«Композиционный жаростойкий и жаропрочный материал»

Изобретение относится к области создания материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, в том числе для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей и деталей, работающих при температурах до 1800°С. Композиционный материал, содержащий карбидом кремния и силициды молибдена MоSi2 и Mо5Si3 дополнительно содержит фазу Новотного Mо5Si3C при следующем соотношении компонентов (объем. %): Mо5Si3 и Mо5Si3C -7,5-67; карбид кремния -20-75; MоSi2 -0,5-40. При этом объемная доля дисилицида в нем составляет 0,5-5%, поперчный размер карбида кремния составляет менее 30мкм. Электрический высокотемпературный нагреватель и деталь конструкции, работающие при высокой температуре из этого материала выполнены такими. что на различных участках электронагревателя и детали могут быть использованы различные варианты составов или структур композиционного материала. Увеличение содержания карбида кремния позволяет поднять твердость, жаропрочность, увеличить электрическое сопротивление материала. Материалы на основе силицидов молибдена MoSi2, Mo5Si3, (Mо5Si3C- эксперт опустил!!) и карбида кремния характеризуются высокой жаростойкостью, жаропрочностью, стойкостью к термоударам, твердостью и износостойкостью.

Дополнительная информация

В связи с обновлением программного обеспечения сайт находится на реконструкции (некоторые страницы и сервисы могут быть недоступны)

Жаропрочные, жаростойкие и композиционные материалы

Во время топки печи или розжига камина их корпус сильно нагревается, передавая эту температуру на окружающие поверхности. В соответствии с техникой пожарной безопасности, необходимо изолировать корпус печи от прилегающих к нему поверхностей с помощью огнеупорных материалов, если не соблюдается безопасное расстояние. Таковым является расстояние, равное 30 см для кирпичной печки, более 1 метра для металлической и 70 см для металлической футерованной печи. При невозможности рассеивания тепла естественным путем в помещении (особенно маленькой площади), используются огнеупорные материалы для стен вокруг печей.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для повышения жаростойкости используются легирующие добавки, которые также улучшают прочность металлов. Благодаря легированию на поверхности сплавов образуется защитная пленка, снижающая скорость окисления изделий. Основные легирующие элементы: никель, хром, алюминий, кремний. В процессе нагрева образуются защитные оксидные пленки (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2О. При содержании 5–8 % хрома жаростойкость стали увеличивается до 700–750 градусов по Цельсию, 17 % хрома – до 1000 градусов, при 25 % хрома – до 1100 градусов.

Жаропрочные марки металлов – сплавы на основе железа, никеля, титана, кобальта, упрочненные выделениями избыточных фаз (карбидов, карбонитридов и др.). Жаропрочностью обладают хромоникелевые и хромоникелевомарганцевые стали. Под воздействием высоких температур они не склонны к ползучести (медленная деформация при наличии постоянных нагрузок). Температура плавления жаропрочной стали составляет 1400-1500 °С.

Когда необходимо создание противопожарных стен

Необходимость в защите возникает в том случае, когда не соблюдаются основные условия пожарной безопасности. Противопожарные стены необходимы, если:

  • между кирпичной печкой и стеной расстояние менее 32 см;
  • от печи из металла до перекрытий — менее 100 см;
  • от металлической печи, выложенной изнутри шамотом или кирпичом, до стены — менее 70 см.

В небольших помещениях возможность соблюдения нормативов отсутствует, поэтому при обустройстве обогревательного приспособления необходимо продумать и вопрос о защите здания от пожара.

Отделка стен вокруг печи

На сегодняшний день существуют 2 способа защиты:

  • создание защитных экранов вокруг корпуса печи, которые могут быть металлическими либо кирпичными;
  • обшивка стен светоотражающими материалами или теплоизоляторами, обладающими низкой теплопроводимостью.

Противопожарные стены могут быть созданы при помощи обшивок из негорючих материалов. Сегодня используются 2 варианта подобных конструкций:

  • обшивки светоотражающие;
  • обшивки с облицовкой.

Для изготовления светоотражающей защиты на деревянную поверхность стен крепится теплоизоляционный материал, который перекрывается стальным листом. Несколько лет назад листы из оцинкованной и нержавеющей стали использовались одинаково широко. Однако исследования показали, что при нагреве оцинкованная сталь способна выделять вредные вещества, поэтому предпочтительнее возводить противопожарные стены из нержавейки.

Для того чтобы светоотражающий эффект был максимально интенсивным, поверхность листа необходимо хорошо отполировать (практически до зеркального блеска).

Защитный экран-отражатель из нержавеющей стали

В качестве теплоизолятора, закрепляемого под сталь, могут быть использованы:

  • базальтовая вата, обладающая хорошими теплоизоляционными характеристиками и абсолютной экологической безопасностью;
  • базальтовый картон, в основу которого включено базальтовое волокно;
  • асбестовый картон, отличающийся хорошими огнеупорными качествами;
  • минерит, изготавливаемый специально для экранирования поверхностей.

Противопожарные стены с обшивкой стальными листами обустраиваются достаточно просто. Главное — запомнить, из чего должен состоять каждый слой обшивки:

  • стена;
  • зазор в 2-3 см, обеспечивающий вентиляцию между деревянной поверхностью и теплоизолятором;
  • теплоизоляционный материал (толщиной не менее 1-2 см);
  • лист стали.

Расстояние от корпуса печи до стального листа должно составлять не менее 38 см. Для крепления материалов рекомендуется использовать втулки из керамики. Они не подвергаются воздействию тепла и не деформируются, обеспечивая сохранность вентиляционного зазора между теплоизолятором и древесиной.

Устройство огнеупорной стены

Когда расстояние между обогревательным прибором и стеной меньше 38 см, необходимо использовать двойной слой огнеупорного материала. Наилучшим выбором станет минерит. Его крепят керамическими втулками с зазором в 2-3 см от деревянной стены и покрывают нержавейкой.



Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

При температуре до 300 ºС используется обычная конструкционная (углеродистая) сталь – прочный и термостойкий металл. Для работы в условиях свыше 350 ºС требуется применение жаропрочных металлов. Основные виды сплавов повышенной термостойкости и термопрочности:

  • Перлитные, мартенситные и аустенитные;
  • кобальтовые и никелевые сплавы;
  • тугоплавкие металлы.

К перлитным жаропрочным сталям относят котельные стали и сильхромы, содержащие малый процент углерода. Температура рекристаллизации материала повышается за счет легирования молибденом, хромом, ванадием. Сплавы характеризуются неплохой свариваемостью. Производство мартенситных сталей осуществляется с использованием перлитных и добавок хрома, закалки при 950–1100 ºС. Они содержат более 0,15 % углерода, 11-17 % хрома, небольшое количество никеля, вольфрама, молибдена, ванадия. Стали мартенситного класса устойчивы к воздействию коррозии в щелочных, кислотных растворах, повышенной влажности, в случае термообработки при 1050 градусах отличается высокой жаропрочностью.

Жаропрочные аустенитные стали могут иметь гомогенную или гетерогенную структуру. В сплаве с гомогенной структурой, не упрочняемых термообработкой, содержится минимум углерода, много легирующих элементов, что обеспечивает сопротивление ползучести. Такие материалы подходят для применения при температуре до 500 °С. В гетерогенных твердых растворах, упрочняемых термообработкой, образуются карбидные, интерметаллидные, карбонитридные фазы, что обеспечивает применение жаропрочных сплавов под напряжением при температуре до 700 °С.

При температуре до 900 °C эксплуатируют никелевые и кобальтовые сплавы: они применяются при производстве турбин реактивных двигателей, являются лучшими жаропрочными материалами. Кобальтовые сплавы по жаропрочности немного уступают никелевым, являются более редкостным. Отличаются высокой теплопроводностью, коррозионной устойчивостью при высоких температурах, стабильностью структуры в процессе длительной работы.

Содержание никеля в никелевом сплаве составляет свыше 55 %, углерода 0,06-0,12 %. В зависимости от структуры различают гомогенные (нихромы), гетерогенные (нимоники) сплавы никеля. Нихромы, изготавливаемые на основе никеля, в качестве легирующей добавки содержат хром. Им свойственна не только жаропрочность, но и высокая жаростойкость. Нимоники состоят из 20 % хрома, 2 % титана, 1 % алюминия. Марки сплавов: ХН77ТЮ, ХН55ВМТФКЮ, ХН70МВТЮБ.

При температурах до 1500 градусов и выше могут работать жаропрочные сплавы из тугоплавких металлов: вольфрама, ниобия, ванадия и др.

Температура плавления тугоплавких металлов.
МеталлТемпература плавления, ºC
Вольфрам3410
ТанталОколо 3000
Ванадий1900
Ниобий2415
Цирконий1855
Рений3180
МолибденОколо 2600

Наиболее востребованным является молибденовый сплав. Для легирования применяются такие элементы, как титан, цирконий, ниобий. Для предотвращения коррозии выполняют силицирование изделия, в результате чего на поверхности образуется защитное покрытие. Защитный слой позволяет эксплуатировать жаропрочку при температуре 1700 градусов на протяжении 30 часов. Другие распространенные тугоплавкие сплавы: вольфрам и 30 % рения, 60 % ванадия и 40 % ниобия, сплав железа, ниобия, молибдена и циркония, тантал и 10 % вольфрама.

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 %.

Марки жаростойких и жаропрочных сталей

В зависимости от состояния структуры различают аустенитные, мартенситные, перлитные и мартенситно-ферритные жаропрочные металлы. Жаростойкие сплавы разделяются на ферритные, мартенситные или аустенитно-ферритные виды.

Применение мартенситных сталей.
Марки сталиИзделия из жаропрочных сталей
4Х9С2Клапаны автомобильных двигателей, рабочая температура 850–950 ºC.
1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФУзлы, детали, работающие при температуре до 600 ºC на протяжении 1000–10000 часов.
Х5Трубы, эксплуатируемые при рабочей температуре до 650 ºC.
1Х8ВФЭлементы паровых турбин, которые работают при температуре до 500 ºC на протяжении 10000 часов и более.

Перлитные марки, имеющие хромокремнистый и хромомолибденовый состав жаропрочной стали: Х13Н7С2, Х10С2М, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х6С. Хромомолибденовые составы 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ подходят для использования при 450-550 °С, хромомолибденованадиевые 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ – при температуре 550-600 °С. Их применяют при производстве турбин, запорной арматуры, корпусов аппаратов, паропроводов, трубопроводов, котлов.

Ферритная сталь изготавливается путем обжига и термообработки, за счет чего приобретает мелкозернистую структуру. Сюда относят марки Х28, Х18СЮ, 0Х17Т, Х17, Х25Т, 1Х12СЮ. Содержание хрома в таких сплавах 25-33 %. Их применяют на производстве теплообменников, аппаратуры для химических производств (пиролизного оборудования), печного оборудования и прочих конструкций, которые работают длительное время при высокой температуре и не подвержены воздействию серьезных нагрузок. Чем больше хрома в составе, тем выше температура, при которой сталь сохраняет эксплуатационные свойства. Жаростойкая ферритная сталь не обладает высокой прочностью, жаропрочностью, отличается хорошей пластичностью и неплохими технологическими параметрами.

Мартенситно-ферритная сталь содержит 10-14 % хрома, легирующие добавки ванадий, молибден, вольфрам. Материал используется при изготовлении элементов машин, паровых турбин, оборудования АЭС, теплообменников атомных и тепловых ЭС, деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при 600 ºC. Марки сталей: 1Х13, Х17, Х25Т, 1Х12В2МФ, Х6СЮ, 2Х12ВМБФР.

Аустенитные стали отличаются широким применением в промышленности. Жаропрочностные и жаростойкие характеристики материала обеспечиваются за счет никеля и хрома, легирующих добавок (титан, ниобий). Такие стали сохраняют технические свойства, стойкие к коррозии при воздействии температуры до 1000 ºC. Сравнительно со сталями ферритного класса, аустенитные сплавы обладают повышенной жаропрочностью, способностью к штамповке, вытяжке, свариванию. Термическая обработка металлов осуществляется путем закалки при 1000–1050 °С.

Применение аустенитных марок.
Марки сталиПрименение жаропрочных сталей
08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9Выхлопные системы, листовые, сортовые детали, трубы, работающие при невысокой нагрузке и температуре до 600–800 °С.
36Х18Н25С2Печные контейнеры, арматура, эксплуатируемые при температуре до 1100 °С.
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБКлапаны двигателей, детали турбин.

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной жаропрочностью по сравнению с обычными высокохромистыми сплавами. Такие металлы применяются при изготовлении ненагруженных изделий, рабочая температура 1150 ºC. Из марки Х23Н13 изготавливают пирометрические трубки, из марки Х20Н14С2, 0Х20Н14С2 – печные конвейеры, резервуары для цементации, труб

Альфа-Сталь — это:

  • Огромный ассортимент всех видов проката из наличия на складе.
  • Профессиональная логистика: — минимальное время доставки заказа – 1 час; — минимальная стоимость доставки – 800 руб. (сборный груз).
  • Профессиональные консультации по любой продукции и услуге.

Ответим на вопросы и примем заказ: +7 (495) 725-66-37
Электронная почта: [email protected]

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector