46. Жаропрочные, жаростойкие и нержавеющие стали, их термообработка, свойства и применение.
Нержавеющие (корозионностойкие) стали – сталь, электрохимический потенциал которой положителен. Это достигается при содержаении хрома >12%.
3 группы:
1) 13% Cr
Содержание углерода до 0,5%: сталь 08Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13 (мартенситный класс, охлаждение на воздухе). Изготовление хирургических инструменов, бытовых ножей, топориков. Закалка при 1000…1050ºС, охлаждение в минеральном масле. Изготовление посуды, подвергающейся индукционному нагреву.
2) 18% Cr
Стали аустенитного класса (немагнитные) 08Х18Н10Т, 20Х18Н10Т. Аустенитные стали не упрочняются закалкой. Для таких сталей закалку делают для увеличения пластичности. Закалка при 1000…1050ºС и резкое охлаждение в воде. В этом случае образуется равномерный по химическому составу аустенит, если охлаждение медленное, то по границам зерна выделяются карбиды хрома и сталь становится хрупкой. Кроме того, границы зерна объединяются хромом и хрома на этих границах меньше 12%, т.е. сталь станет склонной к коррозии. Если при высокой t в сталь продиффундирует кислород, то границы зерён окислятся, что приведёт к резкому повышению хрупкости и снижению пластичности, и этот дефект неустраним.
3) 25-28% Cr
10Х25, 15Х28 (первые цифры – содержание углерода, вторые – содержание хрома). Повышенное количество хрома позволяет использовать стали в концентрированных средах.
Жаростойкие (окалиностойкие) стали
Оценивают по увеличению массы испытываемых образцов после высокотемпературной выдержки в окислительной среде. Взаимодействие атомов Fe и других атомов с кислородом даёт следующие оксиды:
Увеличение массы испытываемых образцов за счёт появления кислорода на поверхности. Чем меньше привес, тем выше окалиностойкость. Совокупность оксидов на поверхности – окалина. Если оксид на поверхности имеет бездефектную кристаллическую структуру, он может служить защитной плёнкой, препятствуя дальнейшей диффузии металла. В случае стали наиболее рыхлой кристаллической структурой обладает FeO, который образуется при t>570ºС. Поэтому при термообработке появляется большой слой окалины, и происходит большой угар металла. Чтобы увеличить окалиностойкость, необходимо изменить структуру окиси в металле, т.е. надо чтобы появлялись оксиды с плотной кристаллической структурой. В промышленности чаще всего используют легирование стали хромом; в структуре окалины преобладает Cr2O3. В качестве окалиностойких можно использовать нержавеющие стали. Чем больше Cr, тем выше эксплуатационная t. При 900ºС содержание хрома в стали должно быть не менее 10% (08Х13 – 40Х13). При 1000ºС – не менее 18%. Окалиностойкость – структурно нечувствительное свойство. Для повышения окалиностойкости необходимо применять химико-термическую обработку. Наибольший эффект при ХТО имеют алитирование (Al2O3), хромирование (Cr2O3), силицирование (SiO2), оксиды имеют бездефектную кристалличекую структуру. Хороший эффект даёт алитирование и для обычных углеродистых сталей. Проводится алитирование при 900ºС с использованием специальных алитирующих порошковых смесей. Металл засыпают смесью в контейнере, гермитизируют и помещают в печь+выдержка около 8 часов для насыщения. Хромирование даёт повышение окалиностойкости при 1000…1050ºС. Хромирование можно проводить в порошковых смесях при 1000…1100ºС 6-8 часов. Силицирование можно проводить в порошковых смесях при 900ºС около 4 часов.
Жаропрочные стали
Предел длительной прочности – напряжения, вызывающие разрушение при заданной температуре через заданное время. Предел ползучести – напряжения, вызывающие заданную деформацию при заданной температуре через заданное время. В зависимости от эксплуатационной температуры используют различные группы сталей: перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Наиболее дешёвые и простые – стали перлитного класса. Изготовление паронагревателей, котлов высокого давления, паропроводов, крепёжных деталей этих конструкций. Легируют эти стали хромом или молибденом (15ХМ).
Стали мартенситного класса – сильхромы (Si+Cr). Изготовление деталей выхлопа, двигателей внутреннего сгорания, впускных и выпускных клапанов. В сильхромах 0,5% C (Х6С2, Х9С2), t нагрева до 700ºС. Термическая обработка: t закалки 1000…1050ºС, t отпуска 700…750ºС, структура – сорбит.
Стали аустенитного класса – рабочая температура до 600…700ºС. Изготовление лопаток газовых турбин, клапанных систем двигателей. Стали делятся на упрочняемые термообработкой (20Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т) и неупрочняемые термообработкой (для таких сталей используют закалку для повышения пластичности и вязкости). Дисперсионно-твердеющие стали дополнительно содержат небольшое количество вольфрама, титана, алюминия, ванадия. Термическая обработка: закалка, охлаждение в воде, отпуск 600…750ºС. После закалки твёрдость не увеличивается, а в результате отпуска из аустенита выделяются мелкодисперсные интерметаллиды. За счёт этого существенно вырастает прочность, твёрдость – дисперсионное твердение.
- 8. Типы структурных составляющих, присутствующие в металлических сплавах.
- 29. Классификация видов термической обработки, их связь с диаграммами состояния.
- 30. Структурные превращения при термообработке стали и их классификация. Виды термообработки стали.
- 31. Превращение в стали при нагреве. Образование и рост аустенитного зерна.
- 32. Превращения в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
- 33. Мартенситное превращение и его особенности.
- 34. Превращение при отпуске закаленной стали.
- 35. Термомеханическая обработка стали.
- 36. Способы и параметры закалки стали. Прокаливаемость и закаливаемость. Поверхностная закалка сталей.
- 37. Отжиг и нормализация стали, их назначение и способы осуществления. Дефекты, возникающие при термообработке стали, их причины и методы устранения.
- 40. Классификация и маркировка легированных сталей.
- 41. Цементируемые и улучшаемые машиностроительные конструкционные стали, их термообработка, свойства и применение.
- 42. Рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые стали, их термообработка, свойства и применение.
- 43. Инструментальные некрасностойкие стали для изготовления режущего инструмента, их термообработка и свойства.
- 44. Быстрорежущие стали. Твёрдые сплавы.
- 45. Инструментальные стали для оснастки холодного и горячего деформирования металлов, их термическая и химико-термическая обработка, структура и свойства.
- 46. Жаропрочные, жаростойкие и нержавеющие стали, их термообработка, свойства и применение.
- 47. Высокопрочные мартеситно-стареющие стали, их термообработка, свойства и применение.
- 48. Сплавы с заданными значениями тепловых коэффициентов расширения и модуля упругости.
- 49. Магнитотвёрдые, магнитомягкие, немагнитые материалы.
- 50. Алюминий и его сплавы, литейные и деформируемые алюминиевые сплавы, их назначение, термообработка и свойства.
- 51. Медь и её сплавы. Латуни, бронзы, их свойства, маркировка и области применения.
- 52. Цинк, свинец, олово, магний, их использование в промышленных сплавах.
- 53. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе.
- 54. Полимерные материалы (пластмассы).
- 55. Резиновые материалы.
- 56. Силикатные материалы.