Жаропрочность и жаростойкость: Жаропрочная сталь: виды и сплавы

alexxlab | 27.05.2023 | 0 | Разное

Содержание

Глава 8.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы — Купити в Харкові, Києві, Україні. Безкоштовне тестування

Жаростойкие стали и сплавы. Жаростойкость (окалиностойкость) — это способность металла сопротивляться окислению при высоких температурах. При повышении температуры скорость окисления металлов возрастает. Железо при температурах выше 570 °С образует оксиды FeO, Fe3О 4, Fe2О3, не защищающие поверхность металла от воздействия кислорода.

Окалиностойкость сталей достигается легированием хромом, алюминием или кремнием. Эти элементы образуют на поверхности стали плотные оксиды Cr2О3, Аl2О3, SiО2, затрудняющие окисление.

Образование защитной оксидной пленки обеспечивается только наличием соответствующих легирующих элементов. Поэтому жаростойкость определяется химическим составом стали и не зависит от ее структуры.

Для работы при температурах до 800 °С применяют хромистые стали. Влияние хрома наиболее заметно при содержании 15. .. 20 % (стали 12X17, 15Х25Т). При более высоких температурах используют хромоникелевые стали (20Х23Н13) и сплавы на основе никеля (ХН45Ю с составом 44…46% №, 15… 17% Сr, 2,9…3,9% А1). Содержание кремния и алюминия не превосходит 4%, при их большем содержании сплавы становятся весьма хрупкими.

Жаростойкие стали и сплавы применяют для изготовления печного оборудования, сопловых аппаратов, деталей газотурбинных установок.

Жаропрочные стали и сплавы. Жаропрочность — это сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительной нагрузке. При повышении температуры силы межатомных связей ослабевают и металлы разрушаются при напряжениях более низких, чем при комнатной температуре. Разрушение происходит в результате ползучести.

Жаропрочность характеризует сопротивление материала ползучести. Напомним, что ползучесть развивается при рабочей температуре, превышающей температуру рекристаллизации, и напряжении выше предела текучести (см.

подразд. 3.2 и рис. 3.14). Таким образом, жаропрочность тем выше, чем выше температура рекристаллизации Тр, которая, в свою очередь, зависит от температуры плавления металла Тпл:

Тр = αТпл,

где α = 0,3 …0,4 для технически чистых металлов; а = 0,6… 0,8 для сплавов.

Таким образом, повышение жаропрочности достигается применением металлов с высокой температурой плавления (тугоплавких), а также сплавов — за счет увеличения коэффициента а. Высокие значения а (0,6…0,8) характерны для твердых растворов. При этом аустенитные стали и сплавы обладают большей жаропрочностью, чем ферритные, так как температура рекристаллизации выше у сплавов с ГЦК, а не с ОЦК решеткой.

Более высокой жаропрочностью обладают крупнозернистые структуры с меньшей протяженностью границ зерен, потому что именно на границах зерен скапливается большое количество дефектов, что делает их наиболее ослабленными участками в металле.

700 = 200 МПа означает, что при напряжении 200 МПа и температуре 700 °С разрушение произойдет не ранее, чем через 1000 ч.

В качестве жаропрочных материалов используют:

стали на основе Feσ для работы при температурах до 600 °С; аустенитные стали на основе Feγ, легированные никелем (около 18 %), для работы при температурах до 850 °С;
сплавы на основе никеля или железо-никелевые для работы при температурах до 950 °С.

Для работы при температурах около 600 °С и длительности работы 10000… 100000 ч используют низкоуглеродистые стали, в небольших количествах (до 1 %) легированные хромом, молибденом и ванадием (12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ), их используют для деталей котельного оборудования (паропроводы, крепеж и т.п.).

Применяются также стали с содержанием углерода около 0,4 %, легированные хромом и кремнием, — сильхромы (40Х9С2, 40Х10С2М), Их отличительной особенностью является высокое сопротивление окислению, что обеспечивается высоким содержанием хрома и кремния.

Сильхромы используют для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Аустенитные стали (12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т) применяют для деталей, работающих при температурах до 850 °С.

Для работы при более высоких температурах применяют сплавы на железоникелевой (ХН35ВТ, содержащий в среднем 15 % Сr, 35% Ni, 3,0% W, 1,3% Ti) или никелевой основе (ХН77ТЮР — 20 % Сr, 2,7 % Ti, до 1,0 % Fe, до 0,4 % Мn, Ni — в основе).

В технике находят применение тугоплавкие металлы с температурой плавления выше, чем у железа (1 539 °С). К ним относятся Nb, Мо, Та, Сr и W с температурами плавления соответственно 2468, 2625, 2996, 1849и3410°С. Поскольку чистые металлы имеют сравнительно низкую жаропрочность (малое значение коэффициента а), то для повышения жаропрочности их легируют элементами, образующими твердые растворы. Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью, в связи с чем на них наносят защитные покрытия.

Попередня
Наступна

Жаропрочность.

Жаропрочные стали. Жаропрочные сплавы. Жаропрочные стали и сплавы. Ползучесть. Предел ползучести.

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах. Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести. Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочности, ползучесть.

Жаростойкость. Жаростойкая сталь. Жаростойкие сплавы.

Кратковременная прочность определяется с помощью испытаний на растяжение разрывных образцов. Образцы помещают в печь и испытывают при заданной температуре. Обозначают кратковременную прочность σ_в^t=, например σ_в³⁰⁰^oС= 300МПа. Прочность зависит от продолжительности испытаний.

Пределом длительной прочности называется максимальное напряжение σ_x^t, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время. Например, σ_300ч⁹⁰⁰^о= 200 МПа, верхний индекс означает температуру испытаний, а нижний – заданную продолжительность испытания в часах. Для котельных установок требуется невысокое значение прочности, но в течение нескольких лет.

Сталь нержавеющая. Нержавеющая сталь марки. Нержавеющая сталь гост. Хромистая сталь. Хастеллой.
Быстрорежущая сталь. Инструментальные быстрорежущие стали. Марки быстрорежущих сталей. Термообработка быстрорежущих сталей.

Ползучесть – свойство металла медленно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при постоянной температуре. При испытаниях образцы помещают в печь с заданной температурой и прикладывают постоянную нагрузку. Измеряют деформацию индикаторами.

При обычной температуре и напряжениях выше предела упругости σ > σ_упр ползучесть не наблюдается, а при температуре выше 0,6Т_пл, когда протекают процессы разупрочнения, и при напряжениях выше предела упругости σ > σ_упр наблюдается ползучесть.

В зависимости от температуры скорость деформации при постоянной нагрузке выражается кривой состоящей из трех участков.

Кривая ползучести

ОА – упругая деформация образца в момент приложения нагрузки;
АВ – участок, соответствующий начальной скорости ползучести;
ВС – участок установившейся скорости ползучести, когда удлинение имеет постоянную скорость.

Если напряжения достаточно велики, то протекает четвертая стадия (участок СД), связанная с началом разрушения образца (образование шейки). Для углеродистых сталей ползучесть наблюдается при нагреве выше 400^oС.

Механические свойства металлов. Механические свойства сталей. Механические свойства сплавов.

Предел ползучести – напряжение, которое за определенное время при заданной температуре вызывает заданное суммарное удлинение или заданную скорость деформации σ

δ/x^t.

Например, σ_1/1000ч⁹⁰⁰МПа, где верхний индекс – температура испытания в^oС, первый нижний индекс – заданное суммарное удлинение в процентах, второй – заданная продолжительность испытания в часах.

Жара – Термостойкость | Характеристики тонкой керамики | Мир тонкой керамики

ДОМ
Характеристики тонкой керамики
Жара – Термостойкость

Термостойкость, чтобы выдерживать экстремальные температуры

Обычная керамика, в том числе кирпич и плитка, хорошо известна своей способностью выдерживать высокие температуры. Тем не менее, Fine Ceramics (также известная как «усовершенствованная керамика») намного более термостойкая, чем эти материалы. В то время как алюминий начинает плавиться примерно при 660 ℃ (около 1220 ℉), глиноземная тонкая керамика начинает плавиться или разлагаться только при температуре выше 2000 ℃ (около 3632 ℉).

Посмотрите это видео, чтобы узнать о термостойких свойствах тонкой керамики

Области применения : Компоненты двигателей и компоненты для литейного/плавильного производства.

Знакомство с видами тонкой керамики (материалами) и различными характеристиками

Описание

Теплостойкость и термостойкость

Термостойкие свойства тонкой керамики измеряются температурами, при которых они начинают плавиться, и уровнями их устойчивости к тепловому удару. Устойчивость к тепловому удару относится к способности материала выдерживать быстрые изменения температуры. Нитрид кремния, особенно термостойкий материал, демонстрирует превосходную устойчивость к тепловому удару, что подтверждается нагревом материала до 550 ℃ (1022 ℉) и последующим быстрым охлаждением путем опускания в воду. Таким образом, нитрид кремния подходит для приложений, связанных с экстремальными колебаниями температуры, а также в высокотемпературных отраслях, таких как производство металлов и производство энергии.

Стойкость к тепловому удару (испытание погружением в воду)

Дополнительные сведения см. в разделе «Выдержка из значений графика».

Испытание на стойкость к тепловому удару
Термостойкость материала определяется разницей между пиковой температурой тонкой керамики, которая была нагрета, быстро охлаждена, а затем разрушена, и температурой охлаждающей среды. Напряжения возникают из-за разницы температур между внутренней частью и поверхностью образца, возникающей при быстром охлаждении. Когда эти напряжения превышают прочность тонкой керамики, происходит разрушение. Эти разности температур определяются теплопроводностью керамики, а также коэффициентом теплопередачи между тонкой керамикой и охлаждающей средой. Кроме того, создаваемые напряжения определяются путем умножения модуля Юнга, коэффициента теплового расширения и разницы температур между внутренней частью и поверхностью тонкой керамики.

Посмотрите это видео, чтобы узнать о свойствах тонкой керамики, устойчивых к тепловому удару

Термин «тонкая керамика» взаимозаменяем с «усовершенствованной керамикой», «технической керамикой» и «инженерной керамикой». Использование зависит от региона и отрасли.