Otpornost na toplinu i otpornost na toplinu
Neopterećene strukture, koje rade na temperaturi od oko 550 ° C u atmosferi oksidacijskog plina, obično su napravljene od čelika otpornog na toplinu. Ti proizvodi često uključuju dijelove peći za grijanje. Legure na bazi željeza na temperaturama iznad 550 ° C imaju tendenciju da se aktivno oksidiraju, zbog čega na njihovoj površini nastaje željezni oksid. Spoj s elementarnom kristalnom rešetkom i nedostatak kisikovih atoma dovodi do pojave krhkog mjerila.
U cilju poboljšanja otpornosti čelika na toplinu u kemijski sastav unose se:
- krom;
- silicij;
- aluminij.
Ovi elementi, kombinirajući se s kisikom, doprinose stvaranju pouzdanih, gustih kristalnih struktura u metalu, čime se poboljšava sposobnost metala da sigurno prenosi povišenu temperaturu.
Vrsta i količina elemenata za legiranje uvedenih u legure na bazi željeza ovisi o temperaturi na kojoj se proizvod koristi. Najbolja otpornost na toplinu kod čelika, čije se legiranje provodi na bazi kroma. Najpoznatije robne marke ovih Silchroma:
- 15H25T;
- 08H17T;
- 36H18N25S2;
- H15H6SYU.
S povećanjem količine kroma u sastavu povećava se otpornost na toplinu. Kod kroma mogu se stvoriti vrste metala, čiji proizvodi neće izgubiti svoje izvorne karakteristike čak i pri dugotrajnom izlaganju temperaturama iznad 1000 ° C.
Značajke materijala otpornih na toplinu
Toplinski otporna legura i čelik uspješno djeluju uz stalnu izloženost visokim temperaturama, a tendencija puzanja se ne događa. Suština ovog procesa, koji je izložen stupnjevima čelika i drugim metalima, je taj da se materijal koji je izložen stalnoj temperaturi i naprezanju polako deformira ili puzi.
Puzanje, koje se izbjegava pri izradi čelika i metala otpornih na toplinu drugog tipa, je:
- dugo;
- kratkoročno.
Za određivanje parametara kratkotrajnog puzanja, materijali se podvrgavaju ispitivanjima: stavljaju se u peć zagrijanu na željenu temperaturu, a na njih se određeno vrijeme primjenjuje vlažno opterećenje. U kratkom vremenu, nije moguće testirati materijal za sklonost ka dugotrajnom puzanju i saznati što je njegova granica. U tu svrhu ispitni proizvod u peći je podvrgnut kontinuiranom opterećenju.
Važnost granice puzanja je da ona karakterizira najveće naprezanje koje dovodi do uništenja zagrijanog uzorka nakon izlaganja određenom vremenu.
Ocjene čelika otpornih na toplinu i topline
Po unutarnjoj strukturi kategorije su sljedeće:
- martenzitska;
- austenitnog;
- martenzitska-feritna;
- perlita.
Čelik otporan na toplinu može biti od još dva tipa:
- feritno;
- martenzitna ili austenitno-feritna.
Među čelicima s martenzitnom strukturom, najpoznatiji su:
X5 (od nje se izrađuju cijevi koje će raditi na temperaturi koja ne prelazi 650 ° C).- H5M, H5VF, 1 H8VF, H6SM, 1 H12N2VMF (koristi se za proizvodnju proizvoda koji na određeno vrijeme rade na 500-600 ° C (1000-10000 sati).
- 3H13N7S2 i 4H9S2 (proizvodi od njih uspješno rade na 850-950 ° C, stoga su od njih napravljeni ventili motornih vozila).
- 1H8VF (proizvodi izrađeni od tog čelika uspješno rade na temperaturama ne većim od 500 ° C tijekom 10.000 sati i duže; posebno su konstrukcijski elementi parnih turbina izrađeni od materijala).
Osnova martenzitne strukture je perlit, koji mijenja stanje ako se udio kroma u sastavu materijala povećava. Perlitički stupovi otporni na toplinu i toplinski otporni čelici, krom-silicij i krom-molibden:
- H6S;
- H7SM;
- H6SM;
- H9S2;
- H10S2M;
- X 13H7C2.
Za dobivanje od tih materijala čelika sa strukturom sorbitola, karakteriziranog visokom tvrdoćom (ne manje od 25 HRC), najprije se gase na 950-1100 ° C, a zatim podvrgavaju kaljenju.
Čelične legure s feritnom strukturom, iz kategorije otporne na toplinu, sadrže 25-33% kroma, što određuje njihove karakteristike. Da bi se ovim čelicima dala sitnozrnata struktura, njihovi proizvodi se žare. Ova kategorija čelika uključuje:
- 1 H12S;;
- X17;
- H18SYU;
- 0H17T;
- H25T;
- X28.
Kad se zagrije na 850 ° C ili više, zrno unutarnje strukture se povećava, što čini krhkost višom.
Od nehrđajućeg čelika otpornog na toplinu:
- čelični čelik;
- bešavne cijevi;
- agregati kemijske i prehrambene industrije.
Čelik, na bazi ferita i martenzita, aktivno se koristi u proizvodnji proizvoda za različite namjene u strojarstvu. Čak i dugo vremena proizvodi od takvih legura otpornih na toplinu uspješno rade na temperaturama do 600 ° C.
Najčešći tipovi čelika otpornog na toplinu:
- H6SYU;
- 1H13;
- 1 H11MF;
- 1H12VNMF;
- 1 X12V2MF;
- 2 X12VMBFR.
Krom u kemijskom sastavu ovih legura - 10-14%. Alloying aditivi koji poboljšavaju sastav, ovdje - vanadij, volfram i molibden.
Austenitno-feritne i austenitne legure čelika
Najznačajnija svojstva austenitnih čelika su da se njihova unutrašnja struktura formira zbog nikla u njihovom sastavu, a otpornost na toplinu povezana je s kromom.
U legure ove kategorije, karakterizira nizak sadržaj ugljika, ponekad postoje legiranje elemenata titan i niobij. Čelici, čija je unutarnja struktura austenit, spadaju u kategoriju nehrđajućeg čelika, a pri dugotrajnom izlaganju visokim temperaturama (do 1000 ° C) dobro se odupiru formiranju ljestvice.
Najčešći čelik s austenitnom strukturom danas je tvrdoća disperzijskih legura. Da bi se poboljšale karakteristike kvalitete, dodaju se karbidni ili intermetalni učvršćivači.
Najpopularnije marke, na kojima se temelji unutarnja struktura austenita:
- Disperzijsko očvršćivanje X12H20T3R, 4H12N8G8MFB, 4H14N14V2M, 0H14N28V3T3YUR.
- Homogena 1H14N16B, 1H14N18V2B, H18N12T, H18N10T, H23N18, H25N16G7AR, H25N20S2.
Čelične legure na bazi mješavine austenita i ferita odlikuju se vrlo visokom otpornošću na toplinu, koja u smislu performansi premašuje sličan parametar čak iu materijalima s visokim kromom. Karakteristike otpornosti na toplinu postižu se zbog visoke stabilnosti unutarnje strukture čelika ove kategorije. Proizvodi iz njih uspješno rade i na temperaturama do 1150 ° C.
Toplinski otporni čelici s austenitno-martenzitnom strukturom karakterizira povećana lomljivost, stoga se ne mogu koristiti u proizvodnji proizvoda koji rade pod visokim opterećenjem.
Od toplinski otpornih čelika ove kategorije izrađene su sljedeće stavke:
- Toplinski otporne cijevi, transporteri za peći, spremnici za cementiranje (X20H14C2 i 0X20H14C2).
- Pirometrijske cijevi (X23H13).
Vatrostalni materijali
Čelične legure na temelju vatrostalnih metala koriste se za proizvodnju proizvoda koji rade na 1000-2000 ° C.
Vatrostalni metali, koji su uključeni u kemijski sastav takvih čelika, karakterizirani su točkama taljenja:
Zbog činjenice da vatrostalni čelici ove kategorije imaju visoku temperaturu prijelaza u krhko stanje, pri jakom zagrijavanju, deformiraju se. Da bi se povećao otpornost takvih čelika na toplinu, u njihov sastav unose se posebni aditivi, a radi povećanja otpornosti na toplinu, legirani su titanom, molibdenom, tantalom itd.
Najčešći omjeri kemijskih elemenata u vatrostalnim legurama:
- baza - volfram i 30% renija;
- 60% vanadija i 40% niobija;
- baza - 48% željeza, 15% niobija, 5% molibdena, 1% cirkonija;
- 10% volframa i tantala.
Legure na bazi nikla i nikal s željezom
Legure na bazi nikla (55% Ni) ili na bazi smjese s željezom (65%) otporne su na toplinu s visokim svojstvima otpornosti na toplinu. Osnovni legirajući element za bilo koji čelik u ovoj kategoriji je krom, koji je 14–23%.
Visoka izdržljivost i čvrstoća održavaju se na povišenim temperaturama. Čelične legure na bazi nikla imaju te kvalitete.
Najpopularnije:
HN60V;- HN67VMTYU;
- HN70MVTYUB;
- HN70;
- HN77TYU;
- XH78T;
- HN78MTYU;
- XH78T.
Neke marke su jata otporna na toplinu, drugi su otporni na toplinu. Kada se zagrijava, na površini proizvoda iz tih legura pojavljuje se oksidni film na bazi aluminija i kroma. U krutim otopinama strukture tih metala nastaju spojevi nikla i aluminija ili nikla i titana, što osigurava otpornost materijala na visoke temperature. Detaljnije specifikacije date su u posebnim imenicima.
Čelici nikl grupe su izrađeni:
Elementi plinskih struktura i komunikacija (KhN5VMTYU).- Strukturni elementi turbinskih uređaja (HN5VTR).
- Elementi dizajna kompresora - lopatice, diskovi (HN35VTYU).
- Rotori za turbinsku opremu (HN35VT i HN35VMT).
Dakle, marke otporne na toplinu mogu dugo funkcionirati u uvjetima visoke temperature bez deformacija i otporne su na koroziju plina. Kroz legure različitih elemenata postižu se optimalna svojstva materijala, ovisno o uvjetima rada.