Литые карбидные сплавы

Для борьбы со всевозможными видами абразивного износа деталей и инструментов грунтообрабатывающих машин применяют литые или наплавочные износостойкие сплавы. Такие сплавы содержат до 4%С и большое количество (до 50%) карбидообразующих легирующих элементов (Cr, W, Mo и т.д.)

При абразивном износе без ударных нагрузок (детали сельхозмашин, тачки, бункеры и т.д.) применяются сплавы типа У25Х38 (С=0,25%, Cr=38%).

При значительных ударных нагрузках (зубья экскаваторов, пики отбойных молотков и др.) применяются сплавы типа У35Х7Г7С со структурой аустенит + мартенсит + мелкие карбиды.

Детали, работающие при очень больших нагрузках (ковши экскаваторов, добывающих железную руду, наконечники рельсов, резцы для мерзлого

грунта и др.) наплавляются сплавами, обеспечивающими аустенитную структуру с вкраплениями карбидов У30Г34 или У11Х14В13Ф2ГС.

Коррозионостойкие стали

Коррозионостойкими (ГОСТ5632-72) называются металлы и сплавы, которые спососбны противостоять коррозионному воздействию среды, то есть устойчивые против электрохимической коррозии, которая развивается в жидких средах: в водных растворах солей, щелочей, кислот, в морской воде, влажной атмосфере или почве. В таких средах на поверхности металлов возникают участки с разным электрохимическим потенциалом, что приводит к появлению гальванического тока и растворению элемента с пониженным потенциалом. Электрохимическая неоднородность возникает при наличии в структуре нескольких фаз, дислокаций остаточных напряжений, окисных пленок и т.д. Коррозионный поток можно уменьшить легированием, в основном Cr и Ni. Хром придаст железу пассивные свойства, а никель способствует получению однофазной аустенитной структуры. Дополнительное легирование Ti, Mn, Mo, Nb, Al придает стали более высокие коррозионностойкие свойства в определенных средах.

Наиболее характерной и широко распространенной коррозионностойкой сталью является 12Х18Н9Т. Для получения аустенитной структуры сталь закаливается в воде с температуры нагрева Т=1100^ºС. Сталь имеет хорошие технологические свойства: легко прокатывается, сваривается, штампуется. Имеет высокие механические свойства: σ_b=500МПа, δ=35%. Сталь стойкая в среде HNO₃, щелочей, хлористых солей, морской воде. Применяется в пищевой, нефтяной, авиа- и химической промышленности.

Для изготовления аппаратуры, работающей в растворах серной, фосфорной кислот, в солянокислых средах применяется никелевый сплав Н70МФ (σ_b=950 МПа, δ=50%).

В некоторых случаях применяются двухслойные стали: основной слой – из низколегированной (09Г2, 12ХМ и др.) или даже углеродистой (Ст. 3), а плакирующий слой- (1-6 мм) из коррозионностойкой стали 08Х18Н9Т, Н70МФ и других.

Таблица3.3 Применение коррозионностойких сталей (ГОСТ5632-72)

.

№ п/п	Марка	Структура	Назначение
	12Х13 20Х13	Феррит + мартенсит	Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидропрессов, предметы домашнего обихода), а так же изделия, подвергающиеся действию слабо-агрессивных сред (атмосферные осадки, растворы органических кислот): детали турбин, котлов, трубы, лопатки, болты и др.
	30Х13 40Х13	Мартенсит	Режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины,карбюраторные иглы, клапаны компрессоров, предметы домашнего обихода.
	12Х18Н10Т	Аустенит	Изготовление сварной арматуры, работающей в среде высокой агрессивности:: трубы, детали печной арматуры,теплообменники, коллекторы выхлопных систем, патрубки, муфели, реторты и другие детали.
	ХН65МВ Н70МВ	Аустенит	Изготовление сварных конструкций, работающих при повышенной температуре в сернокислых, солянокислых средах, фосфорной кислоте, концентрированной уксусной кислоте и других агрессивных средах.

Жаростойкие и жаропрочные стали.

Жаростойкостью (окалиностойкостью) называется способность металла сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре. Скорость образования окалины обуславливается появлением пленок окислов на поверхности металла: чем плотнее и сплошнее пленка, тем меньше окалинообразование. Для повышения жаростойкости сталь легируется элементами, которые изменяют состав окалины в сторону снижения диффузии атомов кислорода через неё. Такими элементами являются Cr, Al, Si, образующие плотные и сплошные окислы Cr₂O_3, Al₂O₃ и SiO₂. Чем больше в стали Cr, Al, Si, тем выше жаростойкость. Для работы при 900^о С нужно иметь в стали ≥10% Cr, при 1100^о С - ≥25% Cr, при 1300^о С - ≥ 25% Cr и ≥5% Al. Стали, легированные Cr и Si называются сильхромами, легированные Cr и Al – хромалями, легированные Cr, Al и Si- сильхромалями.

Таблица 3.4

Применение жаростойких сталей (ГОСТ10994-74).

№ п/п	Марка	Рабочая температура о С	Назначение
	40Х9С2 Х20Н80	600- 650 1000- 1100	Электронагреватели печей.
	Х13Ю4	900- 950	Клапаны выпуска ДВС, трубы рекуператоров, теплообменники, колосники.
	15Х25Т	800- 1000	Малонагруженные детали печей, чехлы термопар, теплообменники, трубы пиролизных установок, электроды свечей.
	20Х23Н18	950- 1050	Муфели, ролики рольгангов, подовые плиты, трубы для пиролиза метана, пирометрические трубки.
	Х23Ю5Т	1350- 1400	Электронагреватели печей, газопроводы, камеры сгорания химических установок.

Жаропрочные стали

Жаропрочностью называется способность сталей сопротивляться деформации и разрушению в области высоких температур.

Перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали используются при температурах 450 – 700^о С и по масштабам применения занимают ведущее место. При температурах 700 – 1000^о С применяются никелевые сплавы, при более высоких температурах применяются кобальтовые сплавы, тугоплавкие металлы, специальная керамика, графит.

Перлитные стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450 -580^оС и используются в котлостроении. Обычно это низкоуглеродистые (0,08-0,15%С) стали, легированные Mo, Cr, V. Оптимальной термической обработкой является нормализация с температуры Т=1000^оС и последующим высоким (650 – 700^о С) отпуском. Перлитные стали пластичны в холодном состоянии, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием.

Мартенситные стали предназначены для изделий, работающих при температуре 450-600^оС. Повышенная по сравнению с перлитными сталями жаропрочность у мартенситных сталей достигается либо при низком (0.10-0.15% ) содержания С и легированием Cr 10-12%, Mo, V, W, Nb, либо средним 0,4% содержанием углерода и легированием Si = 2-3% и Cr =5-10% , так называемые сильхромы. Сильхромы используются для изготовления клапанов двигателей, крепежных деталей и т.д.

Аустенитные стали самые жаропрочные и используются при температурах более 600 ºС .Основные легирующие элементы - хром и никель выбирают в количестве, достаточном для получения чисто аустенитной структуры. Для повышения жаропрочности стали легируют элементами Cr, Mo, W, Al , Ti, Nb, которые образуют карбиды.

Для изготовления деталей работающих при температуре более 700^оС применяются сплавы на никелевой и кобальтовой основе. Сплавы с содержанием никеля более 50% называются нимоники. Сталь ХН77ТЮР работает длительно при температуре 850^оС. При температурах выше 1000-1400^оС применяются тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ниобий и тантал.

Таблица 3.5

Применение жаропрочных сталей (ГОСТ5632-72).

	Марка стали.	Рабочая температура, оС	Назначение
1.	30Х13Н7С2		Клапаны тракторов и ДВС средней мощности.
2.	Х6С		Клапаны легковых машин
3.	15 ХМ		Котлостроение: трубы пароперегревателей и т. д.
4.	12Х12ВНМФ		Котлостроение: лопатки паровых турбин и т. д.
5.	40ХН2МА		Крепежные детали котлов.
6.	ХН 78Т		Жаровые трубы и камеры сгорания турбин.
7.	ХН70ВМТЮ		Лопатки газовых турбин.

Криогенные стали.

Криогенные стали обладают достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требования высокой коррозионной стойкости. В качестве криогенных сталей применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, не склонные к хладноломкости. Для сварных конструкций, работающих при температуре до – 196^оС, используют стали с 6-7 % никеля (OH6A) и 8,5-9 ,5 % Ni (OH9A) , обладающие низким порогом хладноломкости.

Из этих сталей изготавливают цилиндрические или сферические резервуары для хранения и транспортировки сжиженных газов при температуре не ниже-- 196^оС.

Сталь 10Х14Г14Н4Т имеет:σ_b= 620МПа , σ₀₂= 280МПа , δ = 45%, 60%