Жаростойкие и жаропрочные сплавы и стали: марки, виды и состав жаростойких сталей и сплавов

alexxlab | 02.06.1970 | 0 | Разное

12. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ КОМНАТНЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ 

Жаропрочными называют стали и сплавы, сохраняющие при повышенных температурах в течение определенного времени высокую механическую прочность и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаростойкими (окалиностойкими) называют стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 ° С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаропрочность характеризуется, в основном, пределами ползучести и длительной прочности. Ориентировочно о жаропрочности судят также по механическим свойствам, определяемым кратковременным испытанием на растяжение при рабочей температуре.

Дополнительные характеристики жаропрочности: длительная пластичность, релаксационная стойкость, предел выносливости, термостойкость и др.

Жаропрочность стали (сплава) определяется химическим составом и структурой; к числу элементов, повышающим жаропрочность, относятся молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, кобальт, алюминий и отчасти хром и никель. Последний, наряду с марганцем, имеет значение, главным образом, как аустенитообразующий элемент (поскольку аустенитная структура создает наибольшую жаропрочность стали). На жаропрочные свойства хром влияет меньше, чем многие другие элементы. Однако его присутствие в стали или сплаве наряду с алюминием и кремнием повышает их жаростойкость (окалиностойкость). Поэтому хром — обязательный компонент жаропрочных сталей и сплавов.

Классификация

К жаропрочным сталям относят сплавы на основе железа, если содержание последнего превышает 50 %.

В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов жаропрочные стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными.

В низколегированной стали суммарное содержание легирующих элементов не превышает 4–5 %. Среднелегированной называется сталь с суммарным содержанием легирующих элементов от 5 до 9 %, причем содержание каждого из них не должно превышать 5 %. Высоколегированной называют сталь, в которой содержание любого легирующего элемента превосходит 5 %, либо суммарное содержание всех легирующих элементов — более 10 %.

По микроструктуре (получаемой после охлаждения на воздухе с высокой температуры) жаропрочные стали подразделяют на семь классов: перлитный, мартенситный, мартенситно-ферритный, ферритный, аустенитно-мартенситный, аустенитно-ферритный, аустенитный.

Низколегированные стали относятся к перлитному классу, среднелегированные — к перлитному, мартенситному или мартенситно-ферритному, высоколегированные — к любому из перечисленных классов, кроме перлитного.

К сплавам на железоникелевой основе относятся сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе. Суммарное содержание железа и никеля не менее 65 %.

К сплавам на никелевой основе относятся сплавы, содержащие не менее 50 % Ni, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никеле (содержание железа не более 6–8 %).

Стали перлитного класса

Среди низколегированных сталей высокой жаропрочностью отличаются молибденосодержащие стали, например, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфрамованадиевые, имеющие достаточно высокие сопротивление ползучести и длительную прочность при температурах до 565–580 °С. Такие стали условно называют теплоустойчивыми.

Химический состав теплоустойчивых сталей перлитного класса приведен в ГОСТ 20072–74, ГОСТ 4543–71, ТУ 14-1-1391–75. Они содержат 0,5–3,3 % Cr; 0,25–1,2 % Мо; 0,15–0,8 % V. Некоторые марки содержат 0,3–0,8 % W либо Nb.

Эти стали применяют для изготовления различных деталей в котлостроении, работающих длительное время (10 000–100 000 ч) при температурах 500–580 °С, в частности, для паропроводных и пароперегревательных труб, а также для проката и поковок, используемых в турбинах и паровых котлах высокого давления. Механические свойства при повышенных температурах, определяемые кратковременным испытанием на растяжение, как правило, не регламентируются. Решающее значение имеют нормы длительной прочности и ползучести при рабочих температурах в зависимости от длительности службы за время 10 000–100 000 ч Стали мартенситного класса

Стали мартенситного класса содержат 4,5–12 % Cr, а также в значительно меньшем количестве Ni, W, Mo, V.

Стали марок 15Х5, 15Х5М, 15Х5ВФ и 15Х8ВФ широко применяют для изготовления элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов – деталей насосов, задвижек, крепежных деталей, крекинговых труб, работающих при температурах 550–600 °С. Стали этой же группы с более высоким содержанием Cr (6–10 %) и с повышенным содержанием Si (2–3 %), в основном, применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Сталь 11Х11Н2ВМФ применяют для дисков компрессоров и для других деталей, работающих при температурах до 600 °С с ограниченным сроком службы.

Стали мартенситно-ферритного класса

Стали мартенситно-ферритного класса содержат в структуре кроме мартенсита 10–25 % феррита. Основная легирующая добавка и в этих сталях — Cr (11–13 %), наряду с которым присутствуют менее значительные присадки Ni, W, Mo, Nb, V (модифицированные хромистые стали). Их термическая обработка заключается либо в закалке с отпуском, либо в нормализации с отпуском. Механические свойства при надлежащей температуре отпуска практически равноценны. Уровень жаропрочных свойств после оптимальной термической обработки для большинства сталей мартенситно-ферритного класса также примерно одинаков. Однако наиболее высокие (при обработке на одинаковую твердость) характеристики жаропрочности при 500–600 °С у стали 18Х12ВМБФР.

Эти стали изготовляют в виде сортового проката и применяют в турбостроении для лопаток и дисков турбин, а также для крепежных деталей. Ориентировочная рабочая температура для стали 15Х12ВНМФ — 550–580 °С и 570–600 °С — для стали 18Х12ВМБФР.

Стали аустенитного класса

Стали аустенитногокласса – в основном хромоникелевые стали с содержанием Cr и Ni в пределах от 7 до 25 % каждого, наряду с которыми присутствуют W, Mo, Ti, Nb и др.

Это самая многочисленная группа жаропрочных (и жаростойких) сталей (см. ГОСТ 5632–72).

В марках этих сталей приняты следующие обозначения для легирующих элементов: А — N, Б — Nb, В — W, Г — Mn, К — Co, М — Mo, Н — Ni, P — B, C — Si, T — Ti, Ф — V, X — Cr, Ю — Al. Цифра после буквы указывает на округленное (среднемарочное) содержание этого элемента в процентах (при содержании менее 1 % цифру не пишут). Исключение — углерод, содержание которого первые две цифры марки выражают в десятых процента. Например, марка 45Х14Н14В2М следующего состава: 0,45 % С, 14 % Cr, 14 % Ni, 2 % W, и ≤ 1 % Мо. Характеристики механических свойств сортового проката из жаропрочных аустенитных сталей, а также оптимальные режимы термической обработки приведены в табл. 12.4.

В соответствии с особенностями легированного аустенита характеристики жаропрочных свойств аустенитных сталей более высоки), чем у жаропрочных сталей перлитного или мартенситного классов.

Сталь 08Х18Н10Т применяют как жаропрочную и жаростойкую. При температуре до 600 °С у стали стабильные механические свойства, она устойчива против межкристаллитной коррозии и хорошо сваривается. Сталь этой марки изготовляют в виде сортового проката, поковок, листа, труб для энергетического и химического оборудования. Аналогичные свойства у стали 12Х18Н12Т, которую применяют в тех же областях техники.

У хромоникельвольфрамовых аустенитных сталей (45Х14Н14В2М) повышенные жаропрочность и сопротивление усталости при высоких температурах. Сталь 45Х14Н14В2М находит применение для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания. Для длительных сроков службы при температурах 600–650 °С рекомендуется сталь того же типа с пониженным содержанием С (до 0,15 %).

Аустенитные стали применяют, как правило, для изготовления деталей, работающих при температурах 650–700 °С весьма длительное время. Механические свойства этих сталей при температуре 20 °С похожи, но пределы длительной прочности и ползучести отличаются весьма существенно (табл. 12.4, 12.5). Наиболее жаропрочные из них стали 09Х14Н19В2БР1 и 09Х14Н19В2БР, которые применяют для изготовления пароперегревательных и паропроводных труб установок сверхвысокого давления.

Хромомарганцевые стали марок 30Х13Г18Ф и 37Х12Н8Г8МФБ — заменители жаропрочных сталей с более высоким содержанием никеля. Эти стали имееют достаточно высокую длительную прочность при температурах 500–650 °С.

Классификация алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками.

Основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются Cu, Zn, Mg, Mn, Zr. В условиях равновесия алюминиевые сплавы представляют собой равновесный твердый раствор с выделениями интерметаллидных фаз типа CuAl₂  (q -фаза), Al₂CuMg (S-фаза), Al₆

CuMg₄ (Т-фаза) и др. Помимо основных элементов в сплавы вводят малые добавки Cr, Zr, Ti, Sc, V, Be и некоторые редкоземельные элементы, которые существенно влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, на процесс рекристаллизации и размер зерна, на коррозионные и технологические свойства.

Большое влияние на технологические, особенно литейные свойства, в частности на пластичность и склонность к кристаллизационным трещинам, оказывают уровень и соотношение постоянно присутствующих примесей железа и кремния. При уменьшении содержания этих примесей и, соответственно, количества грубых первичных интерметаллидов в сплавах существенно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения. Поэтому для техники ответственного назначения, в том числе для авиакосмической, разработаны сплавы с жестким ограничением по примесям, которые в марке имеют обозначение «ч» — чистые; «пч» — повышенной чистоты; «оч» — особой чистоты.

Состав промышленных алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784–97, ГОСТ 1583–93 и др.), структура и свойства изделий из них в значительной степени определяются способом производства. По способу производства алюминиевые сплавы делятся на две основные группы: деформируемые и литейные.

По способности к упрочнению термической обработкой алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые термообработкой и упрочняемые термообработкой (см рис 16.1).

Рис. 16.1 Типовая диаграмма состояния сплавов Al—легирующий элемент (схема): Д — деформируемые сплавы; Л — литейные сплавы; I — сплавы, не упрочняемые термической обработкой; II — сплавы, упрочняемые термической обработкой

В зависимости от уровня прочности, технологических свойств и назначения алюминиевые сплавы разделяют на сплавы высокой, средней и пониженной прочности; ковочные, заклепочные, свариваемые; коррозионностойкие, жаропрочные, криогенные, со специальными физическими свойствами (например, пониженной плотности) и др.

ДЕФОРМИРУЕМЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Общие сведения

Из деформируемых сплавов методом полунепрерывного литья получают круглые и плоские слитки, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением (прессованию, прокатке, ковке, штамповке и др.). Главной структурной составляющей деформируемых сплавов является твердый раствор на основе алюминия, а объемная доля хрупких интерметаллидов сравнительно невелика (не более 10 %), что обеспечивает деформируемость этих сплавов.

Упрочнение деформируемых алюминиевых сплавов, а также изменение физических, технологических, коррозионных свойств достигается с помощью различных методов: нагартовки, термической обработки (закалка + старение), термомеханической обработки (сочетание термической обработки и пластической деформации), закалки из жидкого состояния и упрочнения нерастворимыми частицами оксида алюминия, интерметаллидов и др. (порошковые материалы).

Упрочнение нагартовкой, повышающее прочностные свойства, применяется особенно широко для термически неупрочняемых сплавов и при термомеханической обработке — для термоупрочняемых сплавов. Сильная нагартовка используется для изделий простой формы (листы, плиты, иногда поковки).

Значительная часть алюминиевых деформируемых сплавов упрочняются термической обработкой: закалкой и естественным (искусственным) старением. Содержание основных легирующих элементов в таких сплавах как правило не превышает их растворимости в алюминии при высокой температуре. После закалки структура сплавов представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Такая структура, в отличие от закаленных сталей, обладает невысокой прочностью и повышенной пластичностью. При последующем старении происходит закономерное изменение структуры и свойств сплавов в результате распада пересыщенного раствора с образованием интерметаллидов.

Для всех алюминиевых сплавов этот процесс имеет общие закономерности. На первой стадии старения возникают зоны Гинье—Престона (ГП), в которых в результате повышенной концентрации легирующего элемента наблюдается сильное искажение кристаллической решетки, приводящее к увеличению прочности и твердости. Эта стадия называется стадией зонного старения. При повышении температуры старения (или увеличении его продолжительности при достаточно высокой температуре) возникают частицы метастабильных фаз, когерентно связанных с матрицей твердого раствора, —стадия фазового старения. Затем появляются более крупные частицы метастабильных фаз — стадия коагуляции. В дальнейшем частицы метастабильных фаз обособляются и укрупняются — стадия отжига. При этом искаженность решетки снижается и, следовательно, снижаются прочность и твердость.

Для каждой стадии старения независимо от систем алюминиевых сплавов характерен определенный комплекс свойств. Зонному старению свойственны относительно низкий предел текучести (s _0,2/s _в = 0,6–0,7), высокое относительное удлинение (d  >  10–15%), высокая коррозионная стойкость, в том числе и стойкость против коррозии под напряжением, высокая вязкость разрушения, низкая чувствительность к трещине.

Для фазового старения характерны высокий предел текучести (s _0,2/s _в = 0,9–0,95), низкая пластичность, пониженные вязкость разрушения, сопротивление коррозии под напряжением и расслаивающей коррозии.

На стадии коагуляции прочностные свойства, достигнув максимума, снижаются, при этом значительно улучшается сопротивление коррозии под напряжением и замедленному разрушению.

Для каждого стареющего алюминиевого сплава имеются свои температурно-временные области зонного и фазового старения. Для сплавов систем Al—Cu—Mg, Al—Mg—Si, Al—Cu—Mg—Si и Al— Zn—Mg—Cu зонное старение протекает при 20 ° С. Для сплавов системы Al—Zn—Mg при 20 ° С наблюдается фазовое старение. Сплавы систем Al—Cu—Li, Al—Mg—Li при 20 ° С практически не старятся; для осуществления зонного старения их необходимо подогревать. Поэтому термины «естественное старение» и «искусственное старение» следует употреблять только для указания условий старения — без подогрева или с подогревом. Для характеристики структурного состояния и соответствующего ему комплекса свойств надо использовать термины «зонное старение», «фазовое старение» и «коагуляция при старении».

 

Термически неупрочняемые коррозионностойкие и свариваемые сплавы

Сплавы системы Al—Mn

Сплавы алюминия с марганцем, а в ряде случаев с добавкой магния (табл. 16.6), отличаются невысокой прочностью и высокой пластичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Эффект твердорастворного упрочнения в этих сплавах невелик, и для дополнительного упрочнения используют холодную деформацию. Из этих сплавов производят различный полуфабрикат: листы, трубы, плиты, проволоку и др. Технологические свойства. Сплавы Al—Mn не упрочняются термической обработкой. Для полного разупрочнения нагартованного материала проводится отжиг при температуре 300–500 ° С с охлаждением на воздухе. Для частичного разупрочнения и повышения пластичности проводится низкотемпературный отжиг при 200–290 ° С.

При производстве полуфабрикатов эти сплавы деформируются в горячем (при 320–470 ° С) и холодном состоянии. Температура ковки и штамповки 420–470 ° С, охлаждение на воздухе.

Параметры штампуемости листов из сплава АМц в отожженном состоянии при операциях формообразования деталей следующие: при вытяжке К_выт = 1,8–1,9; при отбортовке К_отб = 1,4–1,5; при выдавливании К_выд = 18–22 %; минимальный радиус гиба R_min = (0,8–0,555) × s (s — толщина листа).

Сплавы Al—Mn хорошо свариваются аргонодуговой, газовой и контактной сваркой. Обрабатываемость резанием неудовлетворительная, особенно в отожженном состоянии.

Применение. Эти сплавы используются в различных отраслях промышленности: для малонагруженных деталей (сварные баки, бензо- и маслопроводы и др.), изготовляемых глубокой вытяжкой; для радиаторов тракторов и автомобилей, в строительстве, для упаковочных материалов, заклепок и т. д.

Сплавы системы Al—Mg (магналии)

Алюминиевые деформируемые сплавы на основе системы Al—Mg являются термически неупрочняемыми. Они имеют невысокие прочностные характеристики — временное сопротивление и, в особенности, предел текучести, но отличаются высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью в различных средах и хорошо свариваются аргонодуговой сваркой.

Применение. Полуфабрикаты из сплавов АМг1, АМг0,5 используются в изделиях, где требуется повышенная декоративность и высокая отражательная способность.

Сплавы АМг2, АМг3 применяются в слабонагруженных сварных конструкциях, способных работать длительное время в достаточно агрессивной коррозионной атмосфере. Эти сплавы наиболее широко используются и главным образом в виде листов.

Сплавы АМг5, АМг6 применяются в сварных конструкциях для изготовления емкостей, используемых в том числе и при криогенных температурах.

Полуфабрикаты из сплава АМг61 нашли применение в судостроении. Сплав 01570 является сравнительно новым, и полуфабрикаты из этого сплава (наряду со сплавами АМг5, АМг6) применяются в ракетно-космической технике, а также опробуются для других целей.

Сплавы повышенной пластичности и ковочные

Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности системы Al—Mg—Si

Сплавы системы Al—Mg—Si относятся к термически упрочняемым сплавам. Они обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичностью в металлургическом и машиностроительном производстве, способностью подвергаться цветному анодированию, эмалированию (покрытие пленкой из эмалевого лака или смолы) и электрохимическому оксидированию для получения непрозрачной эмалевидной пленки молочного цвета с окрашиванием в любой цвет.

Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет изготовлять из них сложные по конфигурации тонкостенные полые полуфабрикаты. Высокую пластичность сплавы имеют в отожженном, свежезакаленном и естественно состаренном состоянии, что позволяет подвергать их штамповке, вытяжке и другим операциям со значительными степенями деформации. При этом материал сравнительно мало упрочняется и допускает значительно большие вытяжки, чем сплавы АМг5 и АМг6 системы Al—Mg, которые быстро наклепываются при холодной пластической деформации.

Марки и химический состав сплавов этой системы приведены в табл. 16.14 (эти сплавы называют авиалями).

Сплав АД31 характеризуется минимальной прочностью, не содержит элементов антирекристаллизаторов (Mn, Cr), что повышает однородность и устойчивость твердого раствора и улучшает декоративный вид полуфабрикатов.

Термическая обработка. Сплавы упрочняются термической обработкой по следующим режимам:

• закалка (нагрев до 510–535 ° С и последующее охлаждение в холодной воде) + естественное старение в течение 10–15 сут.;

• закалка + искусственное старение при 160–170 ° С в течение 10–12 ч.

Процесс естественного старения сплавов системы Al—Mg—Si замедленный по сравнению со сплавами типа дуралюмина. Эффект естественного старения достаточно высок и составляет 30–40 % от s _в и около 50 % от s _0,2 в свежезакаленном состоянии. Максимальные прочностные свойства при удовлетворительной пластичности обеспечиваются искусственным старением.

Технологические свойства. Сплавы АД31, АД33, АД35 и АВ хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Пластичность сплавов при температуре обработки давлением 450–500 ° С высокая. Допустимая степень деформации за один прогрев 85 %.

Для обеспечения высокой пластичности при холодной деформации сплавы отжигают. Для снятия технологического наклепа, полученного в результате холодной деформации, рекомендуется проводить отжиг при 350–370° С в течение 0,5–1,5 ч, охлаждение на воздухе.

Применение. Из сплавов АД31, АД33 и АД35 выпускаются преимущественно прессованные полуфабрикаты и штамповки, а из сплава АВ — плиты, листы, прессованные полуфабрикаты и штамповки. Механические характеристики полуфабрикатов сплавов приведены в табл. 16.16.

Сплав АД31 применяется для деталей невысокой прочности (s _в= 200 МПа) с хорошей коррозионной стойкостью и декоративным видом, работающих в интервале температур от –70 до 50 ° С. Сплав применяется с различными цветовыми покрытиями, в том числе для ювелирных изделий «под золото», отделки кабин самолетов и вертолетов. Сплав широко используется в гражданском строительстве для оконных витражей, дверных рам, перегородок, эскалаторов, а также в мебельной, автомобильной, легкой промышленностях. При применении специальной термомеханической обработки сплав АД31Е приобретает высокие электрические свойства при относительно высоких прочностных свойствах.

Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности (s _в £ 270 МПа), от которых требуется удовлетворительная коррозионная стойкость во влажной воздушной и морской средах (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов). Сплав АД33 и его сварные конструкции успешно работают при температурах до 200 ° С, а также в криогенной технике (трубопроводы, патрубки), в судостроении и гражданском строительстве.

Сплав АД35 применяется для деталей средней прочности (s _в ³ 300 МПа) в закаленном и искусственно состаренном состояниях или при s _в ³  200 МПа в закаленном и естественно состаренном состояниях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и равномерная структура, практически без крупнокристаллического ободка (см. гл. 3). В судостроении для различных деталей и конструкций используются профили из этого сплава в закаленном и естественно состаренном состояниях.

Сплав АВ (s _в ³ 300 МПа) применяется для деталей самолетов, двигателей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях, лопастей вертолетов, штампованных и кованых деталей сложной формы.

 

Ковочные сплавы системы Al—Cu—Mg—Si

К этой системе принадлежат сплавы АК6 и АК8, которые обладают хорошей пластичностью и стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. Их применяют для изготовления штамповок и поковок. Эти сплавы термически упрочняемые.

Дополнительное легирование сплавов медью повышает эффект упрочнения по сравнению с авиалями при некотором снижении относительного удлинения, вязкости разрушения и сопротивления коррозионному растрескиванию.

Небольшие добавки титана (0,10–0,15 %) и хрома (≈ 0,01 %) позволяют устранить столбчатую структуру слитков и повысить пластичность в горячем состоянии. После термообработки сплавы с этими добавками имеют сильно измельченную структуру и повышенные механические свойства.

Термическая обработка. Сплавы АК6 и АК8 применяются в закаленном и, как правило, в искусственно состаренном состоянии. Для получения высоких механических свойств полуфабрикатов и деталей из этих сплавов охлаждение при закалке проводят в воде с температурой не выше 40 ° С. Для снижения закалочных напряжений и коробления при закалке массивных, сложных по конфигурации деталей и полуфабрикатов из сплавов АК6 с толщиной стенки до 30 мм допускается охлаждение в воде, нагретой до 80–90 ° С, а с толщиной до 150 мм — до 70–80 ° С. Закалка в горячей воде вызывает снижение прочностных характеристик на ≈ 5 %, но не ухудшает другие свойства. При этом наблюдается некоторое повышение сопротивления коррозионному растрескиванию.

Технологические свойства. Сплавы АК6 и АК8 имеют высокие технологические свойства при непрерывном литье, горячей обработке давлением (свободной ковке, штамповке, прессовании). Сплавы хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей деформации составляет 420–470 ° С.

Сплав АК6 может успешно деформироваться и в более высоком температурном интервале. Деформация сплава при 505–525 ° С с непосредственной закалкой в воде и последующее старение (ВТМО) приводят к некоторому повышению прочности и является перспективным технологическим процессом.

Применение. Сплав АК8 вошел в международные стандарты под маркой 2014. Он особенно широко применяется за рубежом, причем не только в виде кованых, но и катаных, и прессованных полуфабрикатов.

Сплав АК6 — высокотехнологичный оригинальный российский ковочный сплав средней прочности с хорошими характеристиками вязкости и пластичности. Из него изготовляют стыкующие детали планера пассажирских самолетов длительного ресурса. Отечественные авиастроители на основании продолжительного опыта отдают предпочтение этому сплаву для применения в сложных штампованных деталях, требующих повышенной выносливости.

Сплавы АК6 и АК8 используются для ответственных силовых деталей авиационной техники, в частности в крыльях пассажирских самолетов.

Сплав АК6 применяют для изготовления сложных штамповок: крыльчаток компрессора, крыльчаток вентилятора для компрессоров реактивных двигателей, корпусных деталей агрегатов.

Кроме того эти сплавы широко используют в строительстве, транспорте, электротехнике и других отраслях промышленности.

 

Плавка жаростойких и жаропрочных сталей: конструкционные, нержавеющие, коррозионностойкие

Жаростойкие марки стали выдерживают длительный нагрев при температуре выше 550 градусов, эти материалы способны сопротивляться агрессивным воздействиям условий окружающей среды. Многие нержавеющие металлы являются представителями данной категории и нашли широкое применение в промышленности, в авиа- и машиностроении. Главным свойством таких изделий является высокая окалиностойкость и сохранение кристаллической прочности решетки при нагреве.

Комплектующие для плавки жаростойких и жаропрочных сталей

Тигли из корундоцирконосодержащего материала

Преимущества тиглей от производителя АО “Поликор”

• высокая эрозионная стойкость и термостойкость;
• устойчивость к химическим воздействиям обеспечивает
• высокую чистоту материала расплава и готового изделия;
• широкая линейка типоразмеров.

Купить тигель

Плавка жаростойких и жаропрочных сталей осуществляется в специальных газовых печах, которые могут работать на вакууме. Такие сплавы изготавливаются по требованиям ГОСТ и отвечают всем стандартам качества. Минимальная температура плавления подбирается под конкретный материал, который необходимо расплавить и может составлять до 3410 градусов и выше.

Тигли для плавки жаростойких и жаропрочных сталей

Все печи должны быть оборудованы специальными тиглями, в которых можно переплавить такую категорию металлов до состояния сплава. Они изготавливаются из жаростойких материалов, которые устойчивы к критическим температурам и не выделяют примесей при нагреве.

Виды углеродосодержащих сплавов для плавки

ЖС6К — ВИ

ЖС6У — ВИ

ЭП-648

ВЖЛ-12

ЖС-26

ЖС-31

У нас можно заказать тигли для печей:

• изделия подходят для плавки всех марок жаропрочных сталей;
• изготавливаем любые объемы по заявленным стандартам;
• возьмемся за оптовую партию, изготовим формы для любых печей;
• гарантируем высокое качество своей продукции и справедливые цены.

Печи, оснащенные такими тиглями, могут полноценно работать всю смену в условиях высоких температур. Плавка осуществляется со строгой выдержкой временных интервалов и заданных параметров. После расплавления сырье заливается в специальные формы и проходит дальнейшую обработку. Продукция, полученная таким методом, отвечает всем требованиям ГОСТ.

Применение огнеупорной продукции АО Поликор

404 Not Found | 404 Страница не найдена

Отдел продаж

По вопросам приобретения контрольно-измерительного оборудования Вы можете обратиться к сотрудникам отдела продаж посредством “Skype”. Свяжитесь с нами в режиме онлайн!

Васюкова Юлия Павловна	Заместитель коммерческого директора	Вопросы по приобретению оборудования
Гавриков Андрей Юрьевич	Начальник отдела продаж №1	Вопросы по приобретению оборудования
Гофман Анна Валерьевна	Начальник отдела продаж №2	Вопросы по приобретению оборудования
Степанов Евгений Евгеньевич	Руководитель дилерской сети	Вопросы по работе с дилерской сетью

Центральный федеральный округ

Разгуляев Вячеслав Валерьевич	Менеджер ОП №1	Костромская область
Зырянова Лариса Владиславна	Менеджер ОП №1	Москва и Московская область
Удалова Татьяна Александровна	Менеджер ОП №1	Калужская, Смоленская, Тверская области
Иванова Екатерина Александровна	Менеджер ОП №1	Брянская, Владимирская, Ивановская, Рязанская, Тульская, Ярославская области

Северо-Западный федеральный округ

Удалова Татьяна Александровна	Менеджер ОП №1	Санкт-Петербург, Калининградская, Ленинградская, Мурманская, Новгородская области, Карелия
Иванова Екатерина Александровна	Менеджер ОП №1	Архангельская, Вологодская, Псковская области, Ненецкий АО
Бобырь Вера Сергеевна	Менеджер ОП №2	Республика Коми

Уральский федеральный округ

Разгуляев Вячеслав Валерьевич	Менеджер ОП №1	Курганская, Свердловская области
Иванова Екатерина Александровна	Менеджер ОП №1	ХМАО-Югра, Челябинская область
Удалова Татьяна Александровна	Менеджер ОП №1	ЯНАО, Тюменская область

Башкирия, Татарстан

Грищенко Юрий Евгеньевич

Менеджер ОП №2

Республики Башкортостан и Татарстан

Приволжский федеральный округ

Бобырь Вера Сергеевна	Менеджер ОП №2	Нижегородская, Пензенская, Самарская, Кировская, Оренбургская, Саратовская, Ульяновская области; Чувашия, Марий Эл, Мордовия, Удмуртия
Пикунов Игорь Андреевич	Менеджер ОП №2	Пермский край, Удмуртия

Сибирский федеральный округ

Маркина Екатерина Андреевна	Менеджер ОП №2	Иркутская, Кемеровская, Новосибирская, Томская области; Алтайский край, Красноярский край, Забайкальский край; Бурятия, Хакасия, Тыва, Алтай
Иванова Екатерина Александровна	Менеджер ОП №1	Омская область

Южный Федеральный округ

Разгуляев Вячеслав Валерьевич

Менеджер ОП №1

Астраханская, Волгоградская, Ростовская области, Краснодарский край, Адыгея, Калмыкская Республика, Крым

Северо-Кавказский федеральный округ

Разгуляев Вячеслав Валерьевич

Менеджер ОП № 1

Дагестан, Ингушетия, Кабардино-Балкарская республика, Карачаево-Черкесская республика, Северная Осетия, Ставропольский край, Чеченская республика

Дальневосточный Федеральный Округ

Маркина Екатерина Андреевна

Менеджер ОП №2

Вопросы по приобретению оборудования

Казахстан, Узбекистан, Киргизия, Таджикистан, Туркмения

Пикунов Игорь Андреевич

Менеджер ОП №2

Вопросы по приобретению оборудования

Иванова Екатерина Александровна

Менеджер ОП №1

Вопросы по приобретению оборудования

Грузия, Армения, Азербайджан

Разгуляев Вячеслав Валерьевич

Менеджер ОП №1

Вопросы по приобретению оборудования

Жаропрочные стали и сплавы :: Книги по металлургии

 

Жаропрочные стали и сплавы как особый вид конструкционных ма­териалов стал интенсивно развиваться в связи с развитием турбо­строения. Турбина как источник или преобразователь энергии широко применяется в теплоэнергетике (силовые электростанции), судовых и авиационных двигателях. В последние годы появились газовые турбины для наземного подвижного состава (локомотивы, грузо­вые автомобили). В конструкциях современных турбии жаропроч­ные сплавы составляют 40—50% массы. Чем выше температура газа на входе в турбину, тем экономичнее двигатель. С повышением температуры газа уменьшается удельный расход топлива и воздуха на единицу мощности. Это обстоятельство привело к тому, что ‘ в короткий срок появилось много составов сталей и сплавов, рассчи­танных на разливочные температуры и сроки работы. Жаропрочные стали и сплавы —это материалы, которые рабо­тают при высоких температурах в течение заданного периода вре­мени в условиях сложнонапряженного состояния. Главной харак­теристикой, определяющей работоспособность стали или сплава, является жаропрочность. Под жаропрочностью понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое спосо­бен выдерживать металлический материал в конструкции при оп­ределенной температуре за заданный отрезок времени. Если огова­риваются напряжение и время, то эта характеристика называется пределом длительной прочности. Если оговариваются напряжение, время и деформация, то такая характеристика называется пределом ползучести.

 Надежность работы металла оценивается не только прочностью, но и пластичностью, которую он сохраняет до конца службы. По­этому второй важной характеристикой жаропрочного материала является запас пластичности, который определяется такими пока­зателями, как … при испытаниях на длительную прочность, KCU после длительного старения и чувствительность к надрезу при испы­тании образцов с надрезом на длительную прочность. Для жаропрочных материалов хорошими показателями являются 6 и ф при испытаниях на длительную прочность, если значения составляют соответственно 10 и 10 %. Значение KCU оговаривается, исходя из условий работы материала.

Чувствительность к надрезу определяется как отношение времен до разрушения надрезанного и гладкого образцов, испытанных при омой и той же температуре я напряжении. Считается, что сплав нечувствителен к надрезу, если это отношение больше или равно единице.

Поскольку подъем температуры до рабочей протекает во времени, а начало работы, как правило, соответствует климатической температуре окружающей среды, важно также, чтобы и значения прочности и пластичности, свойственные материалу при комнатной температуре, были бы достаточно высокими. Для дисперсионнотвердеющих никелевых и железоникелевых сплавов значения прочности составляют >1200 МПа, >800 МПа. Несмотря на то что по­давляющее число жаропрочных сплавав не имеет температурного порога хрупкости, или имеет его ниже рабочей температуры или температуры технологического передела, наличие различных кон­центраторов напряжений в реальных конструкциях неизбежно ставит вопрос о низкой чувствительности сплавов к наличию надрезов или острых трещин. С этой целью значение KCU должно быть как мож­но выше. Поскольку жаропрочные сплавы работают в условиях сложно-напряженного состояния, характеризующегося постоянными измене­ниями величины и знака нагрузок, высокое сопротивление усталости при высоких температурах также важно, как и характеристики ус­талостной прочности для материалов, работающих при обычных климатических условиях. Сложность современных технических решений конструкций обусловливает необходимость иметь материалы с высокими техно­логическими свойствами. Например, при изготовлении лопаток га­зотурбинных двигателей применяют такие операции, как ковка или точная штамповка, механическая обработка прутков и готовых из­делий, шлифовка, полировка, прецизионное литье. При изготовле­нии камер сгорания из листовых жаропрочных материалов широко применяют холодную штамповку, прессовку, гибку, точечную сварку, клепку. Широкое распространение в последние годы получили свар­ка электродом, диффузионная сварка, сварка трением, пайка изде­лий.

Не следует упускать из вида н тот факт, что жаропрочные стали и сплавы по своей природе сохраняют высокие значения прочности не только до рабочих, но и до технологических температур, что на­кладывает свой отпечаток на всю технологию передела металла, на­чиная от деформации слитка и кончая конечными операциями до­водки изделий до необходимых размеров и требуемой чистоты по­верхности.

2. Деформация сталей и сплавов под действием ограниченных нагрузок

Если воздействующие на металл напряжения близки к пределу те­кучести, то металл будет медленно деформироваться в течение вре­мени, зависящем от величины напряжения и температуры испыта­ния. Это явление носит название ползучести. Ползучесть имеет место при всех температурах, начиная от абсолютного нуля до темпера­туры плавления, однако механизм ползучести зависит от температур­ного интервала. Различают ползучесть логарифмическую, высоко­температурную и диффузионную.

Логарифмическая ползучесть имеет место при низких темпера­турах, когда из-за низкой диффузионной подвижности элементов невозможен возврат механических свойств. В процессе ползучести металл постепенно упрочняется н скорость ползучести уменьшается. Характерная черта низкотемпературной ползучести — пропорцио­нальность удлинения логарифму времени.

Наиболее распространенный в технике вид ползучести охваты­вает температурный интервал 0,4—0,7 Тпл металла основы. В на­стоящем справочнике приведены данные, охватывающие этот ин­тервал температур.

При температурах выше 0,7 Тпл металла основы интенсивно развивается ползучесть вследствие ориентированной диффузии атомов под действием приложенных напряжений. Так, если к материалу прикладываются растягивающие напряжения, то атомы сплава интенсивно диффундируют в направлении к концам образца, а ва­кансии, наоборот, продвигаются в противоположном направлении. Длина образца при этом увеличивается.

3. Основные виды деформаций

при нагружении поликристаллических образцов

Прежде чем переходить к способам определения характеристик длительной прочности и ползучести, необходимо рассмотреть под­робнее само явление ползучести. Промышленный металл массового потребления всегда представляет собой поликристалл. Под действием напряжений, прикладываемых к металлу, он испытывает различные виды деформации; упругую, вязкую и пластическую. Упругая де­формация е описывается законом Гука: где а — приложен­ное напряжение; Е—модуль Юнга.

В отличие от упругой деформации вязкое течение характеризу­ется наличием деформации при условии пропорциональности при­ложенному напряжению не величины деформации, а скорости деформации. Вязкую деформацию в поликристаллических металлах связывают в основном с проскальзыванием по границам зерен. Вяз­кая деформация, подобно упругой, устраняется после снятия напря­жений. Она особенно четко проявляет себя при высоких температу­рах н может протекать одновременно с упругой деформацией, при­водя к рассеянию механической энергии в виде тепла. Это так на­зываемое внутреннее трение.

Пластическая деформация, наблюдаемая при приложении нагрузки, в отличие от упругой и вязкой деформаций, не устраняется после снятия нагрузки и фиксируется при механических испытаниях в виде остаточного удлинения и сужения.

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.

Однако повысить температурный предел работы никелевых и железных сплавов путем дальнейшего увеличения содержания од­ного лишь хрома не удается. Дело в том, что с увеличением содер­жания хрома свыше 30 % заметно снижается температура плавления железных и никелевых сплавов, но главное — сплавы становятся нетехнологичными в металлургическом производ­стве.

Многолетний опыт создания технологических сталей и сплавов, стойких против газовой коррозии, показал, что деформируемые сва­риваемые жаростойкие материалы для службы в условиях до 800″С могут быть созданы на основе систем Fe—Cr, Fe-—Cr—Mn—N; для температур выше 800 °С в качестве основы необходимо ис­пользовать- аустенит системы Fe—№—Cr. Выбор аустенитной структуры обусловлен необходимостью иметь при высокой темпера­туре достаточный запас длительной прочности, свариваемости и пла­стичности. Ферритная структура сталей типа Х25, Х28, Х25Т обеспечива­ет высокую стойкость в различных газовых средах, однако этим ста­лям свойственны охрупчивание, низкая жаропрочность и хрупкость сварных соединений.

Из общего анализа процесса окисления сложного сплава вы­текает, что основными факторами, определяющими сопротивление сплава окислению при длительной службе, являются физико-хими­ческие свойства образующихся окнекых соединений компонентов сплава, сродство компонентов к кислороду, химические и структур­ные изменения в слоях металла на границе металл—окалина.

Легирование основы каким-либо элементом может сопровож­даться при окислении:

—                образованием собственного окисла добавляемого элемента, на внешней или внутренней стороне окалины;

—                 образованием смешанных окислов или шпинелей на основе компонентов сплава;

—                  изменением адгезионных свойств окалины;

—                 изменением состава и структуры металла в подокалинных слоях;

—                образованием включений окислов в теле или по границам зерен за счет внутреннего окисления;

‘ — образованием при окислении летучих продуктов.

В настоящее время применяется широкий арсенал методов ис­следования процесса окисления сложнолегированных композиций сплавов. Основной характеристикой стойкости сплава против окис­ления остается увеличение массы образца, реже применяется оценка по потере массы, определяемая в результате удаления окалины пу­тем травления или ее восстановления.

Из структурных методов, помимо широкого применения рентгеноструктурного анализа фазового состава окалины, существенную информацию дает метод электронографии. Именно с помощью электронографического анализа удалось расшифровать структуру окис­лов в начальной стадии окисления и построить модели слоистого строения окалины.

 

Жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы: гост, характеристики, классификация, свойства

Жаропрочность – это способность металла сохранять свои свойства, подвергаясь воздействию высоких температур. Когда он попадает в такую среду, может возникнуть газовая коррозия стали или сплава. Металл должен быть устойчивым к ее влиянию. Это свойство называется жаростойкостью. Жаропрочные и жаростойкие стали, и сплавы обладают и тем, и другим качеством. Только они могут обеспечить ресурс функционирования многих деталей, оборудования, техники, каких-то инструментов.

Особенности жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов

При очень высоких температурах жаропрочные стали и сплавы не разрушаются и не деформируются. Такие материалы выдерживают температуры выше 500ºС и обладают:

1. Большим пределом выносливости;
2. Пластичностью;
3. Релаксационной устойчивостью.

Стойкость к сильному нагреванию у сталей и сплавов повышается из-за того, что в их состав добавляют такие элементы, как кобальт, молибден, хром или вольфрам. Они повышают прочность металла и его устойчивость к появлению окалины. Хром делает жаропрочные и жаростойкие сплавы антикоррозийными.

Виды жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов

Жаропрочные стали бывают:

1. Ферритными;
2. Мартенситными;
3. Ферритно-мартенситными;
4. Аустенитными.

В состав ферритного типа входит 30% хрома. Сталь подвергается специальной обработке, которая делает ее структуру мелкозернистой. При температурах нагрева более 850ºС зерна расширяются, и металл становится хрупким.

Мартенситный тип стали содержит от 4% до 12% хрома. В сплаве в небольших количествах могут присутствовать такие элементы, как никель или вольфрам. Мартенситные стали лучше переносят высокие температуры, чем ферритные металлы. Из них изготавливают автомобильные клапаны, элементы турбин.

Ферритно-мартенситные стали содержат до 14% хрома. Они способны выдерживать длительное воздействие высоких температур и обладают длительным сроком эксплуатации.

Аустенитные типы получаются, когда в состав сплавов вводят никель. Они обладают множеством марок. Никель делает обработку металла и в горячем, и в холодном виде, более легкой, повышает устойчивость сплава к коррозии и к агрессивным средам. Такой металл делится на жаропрочный и отдельно жаростойкий, имеющий минимальные жаропрочные свойства. Сталь подобного вида выдерживает температуры до 1200ºС. В нее дополнительно вводят титан, хром, магний, бор или барий. Металл с никелем применяется при изготовлении деталей для газовых турбин. Аустенитная жаропрочная сталь может иметь в своем составе до 30% добавок хрома. Она довольно легко штампуется, сваривается и часто используется в газопроводах.

Жаропрочная сталь с небольшим процентом титана отличается высокой прочностью и пластичностью. Она легко обрабатывается, а если вместе с титаном в состав титана вводятся другие компоненты, они могут значительно повысить жаропрочные свойства сплава. В том случае, когда металл предназначается для работы в агрессивных средах и для сварки, его легирование титаном становится необходимым.

Введение в сталь кобальта увеличивает ее пластичность и повышает порог рабочих температур. Это качества усиливаются, если процент кобальта достаточно большой. Иногда в состав металла вводят 30% кобальта. У подобных марок стали существенно улучшаются магнитные свойства. Однако кобальт стоит дорого, поэтому их немного.

Если в состав стали входит молибден, она становится более прочной при нагревании до очень высоких температур. Даже в незначительных количествах компонент способен существенно повысить твердость металла и его антикоррозийные свойства. Молибден измельчает зерна в структуре стали, однако затрудняет проведение с ней сварочных работ.

На данной страничке приведены технические, механические и остальные свойства, а также характеристики стали марки .

Классификация материала и применение марки

Марка:
Классификация материала:

---

Другие марки из этой категории:

---

ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные

Настоящий стандарт распространяется на деформируемые стали и сплавы на железоникелевой и никелевых основах, предназначенные для работы в коррозионно-активных средах и при высоких температурах.

К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, суммарная массовая доля железа в которых более 45 %, а легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу, при массовой доле одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу.

К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65 % при приблизительном отношении никеля к железу 1:1,5).

В С. на никелевой основе основная структура – твердый раствор хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержание никеля не менее 50 %).

Стандарт разработан с учетом требований международных стандартов ИСО 683/ХIII-85, ИСО 683/XV-76, ИСО 683/XVI-76, ИСО 4955-83.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1. В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы:

• I – коррозионностойкие (нержавеющие), обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
• II — жаростойкие (окалиностойкие) со стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
• III — жаропрочные, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной стойкостью.

1.2. В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:

• мартенситный — с основной структурой мартенсита;
• мартенситно-ферритный —содержат в структуре, кроме мартенсита, не менее 10 % феррита;
• ферритный — стали, имеющие структуру феррита;
• аустенитно-мартенситный — количество аустенита и мартенсита в составе можно изменять в широких пределах;
• аустенитно-ферритный — стали, имеющие в структуре более 10 % феррита;
• аустенитный — стали, имеющие структуру аустенита.

Подразделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Поэтому структурные отклонения причиной забраковывания служить не могут.

1.3. В зависимости от химического состава сплавы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:

• сплавы на железоникелевой основе;
• сплавы на никелевой основе.

2. МАРКИ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

2.1. Марки и химический состав сталей и сплавов должны соответствовать указанным в табл. 1. Состав при применении специальных методов выплавки и переплава должен соответствовать нормам табл. 1, если иная массовая доля элементов не оговорена в стандартах или технических условиях на металлопродукцию. Наименования специальных методов выплавки и переплава приведены в примечании 7 табл. 1. Массовая доля серы в сталях, полученных методом электрошлакового переплава, не должна превышать 0,015 %, за исключением сталей марок 10Х11Н23Т3МР (ЭП33), 0ЗХ16Н15М3 (ЭИ844), 03Х16Н15М3Б (ЭИ844Б), массовая доля серы в которых не должна превышать норм, указанных в табл. 1 или установленных по соглашению сторон.

2.2. В готовой продукции допускаются отклонения по химическому составу от норм, указанных в табл. 1. Они не должны превышать указанные в табл. 2, если иные отклонения, в том числе и по элементам, не указанным в табл. 2, не оговорены в стандартах или технических условиях на готовую продукцию.

2.3. В сталях и сплавах, не легированных титаном, допускается титан в количестве не более 0,2 %, в сталях марок 03Х18Н11, 03Х17Н14М3 – не более 0,05 %, а в сталях марок 12Х18Н9, 08Х18Н10, 17Х18Н9 — не более 0,5 %, если иная массовая доля титана не оговорена в стандартах или технических условиях на отдельные виды стали и сплавов. По согласованию изготовителя с потребителем в сталях марок 03Х23Н6, 03Х22Н6М2, 09Х15Н8Ю1, 07Х16Н6, 08Х17Н5М3 массовая доля титана не должна превышать 0,05 %.

2.4. В сталях, не легированных медью, ограничивается остаточная массовая доля меди – не более 0,30 %. По согласованию изготовителя с потребителем в стали марок 08Х18Н10Т, 08Х18Н2Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9 допускается присутствие остаточной меди не более 0,40 %. Для стали марки 10Х14АГ15 остаточная массовая доля меди не должна превышать 0,6 %.

2.5. В хромистых сталях с массовой долей хрома до 20 %, не легированных никелем, допускается остаточный никель до 0,6 %, с массовой долей хрома более 20 % – до 1 %, а в хромомарганцевых аустенитных сталях – до 2 %.

2.6. В хромоникелевых и хромистых сталях, не легированных вольфрамом и ванадием, допускается присутствие остаточного вольфрама и ванадия не более чем 0,2 % каждого. В стали марок 05Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т массовая доля остаточного молибдена не должна превышать 0,5 %; для предприятий авиационной промышленности в стали марок 05Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т массовая доля остаточного молибдена не должна превышать 0,3 %. В остальных сталях, не легированных молибденом, массовая доля остаточного молибдена не должна превышать 0,3 %. По требованию потребителя стали марок 05Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т изготовляются с остаточным молибденом не более 0,3 %, стали марок 05Х18Н10Т, 03Х18Н11, 03Х23Н6, 08Х18Н12Б, 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т — не более 0,1 %.

2.6.1. В сплавах на никелевой и железоникелевой основах, не легированных титаном, алюминием, ниобием, ванадием, молибденом, вольфрамом, кобальтом, медью, массовая доля перечисленных остаточных элементов не должна превышать норм, указанных в табл. 3.

2.7. В сталях и сплавах, легированных вольфрамом, допускается массовая доля остаточного молибдена до 0,3 %, которая по соглашению сторон может быть превышена при условии соответственного снижения вольфрама из расчета 2:1. В сплаве ХН60ВТ (ЭИ868) допускается остаточная массовая доля молибдена не более 1,5 %. В сплаве ХН38ВТ допускается остаточная массовая доля молибдена не более 0,8 %.

 

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

Согласно ГОСТ 5632—2014 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные» к группе жаростойких (окалиностойких) отнесены стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. К сталям и сплавам этой группы предъявляют достаточно сложный комплекс требований, включающий наряду с высоким сопротивлением газовой коррозии хорошую технологичность в металлургическом переделе (изготовление листов и ленты) и при изготовлении сложных сварных конструкций. Требуется также определенный уровень жаропрочности, поскольку в отличие от сплавов сопротивления, используемых для электронагревателей и также обладающих высоким сопротивлением окислению, жаростойкие конструкционные стали и сплавы в процессе эксплуатации обычно испытывают воздействие механических напряжений, хотя бы от собственной массы детали (детали печных конструкций).
Жаростойкость материалов измеряется изменением массы образца за определенное время при определенных условиях испытания (обычно при постоянных температуре и составе атмосферы) и выражается величиной изменения массы за данный отрезок времени либо в единицах скорости. Чем меньше эти величины, тем выше жаростойкость. Основным элементом, определяющим уровень жаростойкости сталей и сплавов, является хром, образующий защитную пленку, состоящую из Cr₂O₅ или шпинели NiO•Cr₂O₃ или более сложного состава типа (Fe,Ni)O•(Cr,Fe)₂O₃. Поскольку хром определяет также и коррозионную стойкость сталей, в процессе развития качественной металлургии высоколегированных сталей было установлено, что целый ряд материалов обладает как коррозионной стойкостью, так и жаростойкостью. К таким материалам относятся стали типа 20Х23Н18, 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2 и сплав ХН78Т. Поэтому четкую границу между коррозионностойкими и жаростойкими материалами провести нельзя.

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, применяются в машиностроении, в энергетике, нефтехимической и химической, в том числе авиационной промышленности. Эти материалы способны длительное время работать при высоких температурах в сложнонапряженном состоянии при одновременном воздействии агрессивной внешней среды и сохранять свои физико-механические свойства. Области использования жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов в промышленности очень разнообразны: сварные конструкции, муфели, деталей печного оборудования, экраны, газоходы, опоры, подвески и т.д. Сплавы на никелевой основе могут быть рекомендованы к применению только для весьма ответственных назначений в авиационной и ракетно-космической технике.

Металлопродукция из жаропрочных и жаростойких сплавов выпускается в виде холоднокатаного или горячекатаного листа, проволоки, а также прутка горячекатаного и кованного, либо со специальной отделкой поверхности (обточенных, или шлифованных). При выборе жаропрочной стали цена отходит на второй или на третий план, после получения необходимых эксплуатационных характеристик и срока изготовления.

Области применения материалов: термостойкость | MetalTek

По определению, термостойкие приложения обычно возникают при температуре выше 1200 ° F / 670 ° C и требуют использования материалов, которые обладают повышенной стойкостью к окислению и другим газам, специфичным для окружающей среды, и ухудшению механических свойств. Рабочие характеристики в этих высокотемпературных средах обозначаются приемлемыми уровнями прочности на растяжение, долговечности при напряжении и прочности на ползучесть, которые соответствуют требуемому времени эксплуатации.

Обычно свойства материала ухудшаются при повышении температуры. Особенно это заметно в углеродистой стали. За прошедшие годы металлургические компании разработали легированные стали, содержащие никель и хром, которые, помимо прочего, значительно улучшили прочность и пластичность. Исторически наиболее часто используемые материалы в этих приложениях – это сплавы, соответствующие литым нержавеющим сталям ASTM A297 «серии H», хотя в последние годы пользуется популярностью многие запатентованные сплавы.

Основными группами жаропрочных сплавов являются аустенитные сплавы с высоким содержанием хрома и никеля, также известные как жаропрочная нержавеющая сталь, сплавы на основе никеля, сплавы на основе кобальта, хрома и никеля и сплавы на основе молибдена и титана.

В случае высоких требований к прочности при повышенной температуре, циклическом термическом воздействии или агрессивной углеродистой атмосфере (а углерод является врагом в некоторых высокотемпературных применениях, таких как нефтехимические печи), обычно выбираются сплавы на основе никеля.Однако также можно использовать сплавы на основе кобальта. Первичный компромисс обычно экономический. Сравнение высокой начальной стоимости со стоимостью жизненного цикла обычного жаропрочного сплава поможет определить наилучшую долгосрочную стоимость.

В промышленности часто встречаются высокотемпературные применения, требующие применения термостойких материалов. Эти области применения включают электростанции, пиропереработку минералов (например, цемента, извести и железной руды), сжигание отходов, нефтехимическую обработку, сталелитейные и цветные металлургические комбинаты, обработку металлов, включая термическую обработку, и производство / формовку стекла.

Часто первым соображением при выборе сплава для высокотемпературного применения является его прочность при повышенных температурах. Однако прочность – не единственный ключевой фактор, поскольку многие приложения при высоких температурах происходят в жестких коррозионных средах, таких как химические заводы. (По этой причине модуль коррозии в этой серии информационных бюллетеней может быть ценным ресурсом при оценке выбора материалов, работающих при повышенной температуре.)

Относительная прочность сплавов демонстрируется на краткосрочной основе обычными испытаниями на растяжение при повышенных температурах.Для долговременных характеристик сплава проектировщик должен учитывать дополнительные свойства, включая прочность на разрыв, сопротивление ползучести и / или сопротивление термической усталости.

Замена жаропрочных сплавов

При обсуждении применения жаропрочных отливок существует очевидный компромисс между стоимостью жизненного цикла более дорогих запатентованных сплавов и более традиционных сплавов, которые могут встречаться в этой области. Может оказаться полезным классифицировать сплавы по пяти часто используемым категориям.Следующее введение представляет некоторые перспективы и общие рамки, которые могут быть использованы для классификации сплавов, рассматриваемых для применения.

Разрыв напряжения

Обычно при выборе сплава в первую очередь следует учитывать прочность на разрыв. Прочность на разрыв – это минимальное напряжение, которое вызовет отказ в течение расчетного срока службы оборудования. Например, в нефтехимической отрасли это 100 000 часов (11,4 года). Эти значения обычно экстраполируются из тестов меньшей продолжительности.

Ползучесть

Ползучесть – это деформация, определяемая за единицу времени, которая возникает при напряжении при повышенных температурах. Ползучесть во многих случаях применения жаропрочных отливок при рабочих температурах. Со временем ползучесть может привести к чрезмерной деформации, которая в дальнейшем может привести к разрушению при напряжениях, значительно меньших тех, которые могли бы вызвать разрушение при испытании на растяжение при той же температуре.

Термическая усталость

Компоненты, которые будут подвергаться термоциклированию или тепловому удару во время эксплуатации, требуют учета термической усталости.Усталость – это состояние, при котором переменные нагрузки приводят к отказу в более короткие сроки и при меньших напряжениях, чем можно было бы ожидать при постоянной нагрузке. Термическая усталость – это состояние, при котором напряжения возникают в основном из-за затрудненного расширения или сжатия. Это может быть вызвано либо внешними ограничениями, либо температурными градиентами внутри компонента. Выбор сплавов для этого типа услуг по-прежнему основывается в первую очередь на опыте и является одной из областей, в которой консультации по металлургии будут полезны для пользователей.

Тепловое расширение

Еще одним важным фактором выбора является тепловое расширение. Например, соседние части должны расширяться и сжиматься с одинаковой скоростью, иначе одна из них может треснуть. Инвар, например, испытывает очень низкое тепловое расширение и поэтому используется в штампах для высокоточного формования. Есть много других примеров соответствия материалов друг другу или спецификациям приложения. Ваш консультант по металлургии тоже может помочь в этом.

Сварка

Не во всех приложениях требуется, чтобы компонент был свариваемым, но особое внимание следует уделять, когда приложение является таким, в котором требуется сварная сборка.Например, некоторые никелевые сплавы и кобальтовые сплавы очень трудно сваривать, поэтому компромисс между свойствами, которые могут обеспечить эти материалы, и возможностью создания конечного продукта имеет первостепенное значение.

Желаемые характеристики жаропрочных сплавов

• Низкие затраты на материалы и обработку при приемлемом сроке службы при высоких температурах.
• Низкое содержание кислорода, азота и водорода.
• Высокая пластичность, усталостная прочность и вязкость при комнатной температуре.
• Высокая стойкость к окислению в приложениях, требующих воздействия воздуха или пара при повышенных температурах.
• Небольшое снижение прочности при повышенной температуре.
• Высокая стойкость к продуктам сгорания или газообразным химическим продуктам при повышенных температурах.
• Высокая стойкость к тепловому удару при нагревании или охлаждении.
• Высокая усталостная прочность при повышенных температурах.
• Высокая прочность на ползучесть при динамической нагрузке при повышенных температурах.
• Высокий модуль упругости при температуре нанесения и / или низкое тепловое расширение.
• Достаточная свариваемость.
• Умеренно крупный размер зерна для повышения прочности на разрыв.

Заключение

Высокотемпературные области применения и среды различаются. Понимание нагрузок, с которыми будут сталкиваться компоненты, и уравновешивание их со свойствами материалов из различных сплавов обеспечит рентабельную работу.

Жаропрочные сплавы – обзор

IV.C Суперсплавы

Металлургия суперсплавов сложна, как и следовало ожидать от материалов, которые часто содержат 10 или более преднамеренных легирующих добавок. В таблице I приведены функции различных элементов, используемых в суперсплавах. Охрупчивание таких сплавов обычно является результатом образования фаз в результате комбинации этих добавок с основным металлом, друг с другом или с другими остаточными примесными элементами. Стандартными основными металлами для коммерчески важных суперсплавов являются никель, железо и кобальт, а микроструктура состоит из аустенитной [гранецентрированной кубической (ГЦК)] матрицы, содержащей упрочняющие твердые растворы и многие типы фаз осадка.

ТАБЛИЦА I. Функции различных элементов, используемых в суперсплавах

901 43

Назначение	Cr	Al	Co	Mo	W	Ti	Ta	Nb	Hf	C	B	Zr
Усилители матрицы	x		x 901 x
Гамма-формеры		x				x	x	x				9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 909	x	x	x	x	x
Формирователи оксидной окалины	x	x
Усилители границ зерен		9013 9013														x	x

Геометрически плотноупакованные (gcp) фазы, такие как Ni ₃ Al (γ ‘), Ni ₃ Ti (η) и Co ₃ W (ɛ), как правило, являются распределены в матрице случайным образом.Они вносят значительный вклад в прочность суперсплавов в результате несоответствия или деформаций когерентности между аустенитной (γ) матрицей и выделением γ ‘, а также их дальнего порядка и большой объемной доли. Несоответствие γ / γ ′ можно контролировать путем замены других легирующих элементов. Эти элементы также определяют морфологию γ’-частиц, которая может иметь как положительный, так и отрицательный эффект на пластичность и ударную вязкость. В общем, выделения γ ‘в суперсплавах на основе никеля полезны, за исключением тех случаев, когда они осаждаются в эвтектической узловой форме или в виде пленки вокруг карбидов на границах зерен.В суперсплавах на основе Ni – Fe существует тенденция превращения γ ‘в η (Ni ₃ Ti). Его морфология может быть пластинчатой ​​или ячеистой в зависимости от условий термообработки. Влияние η на механические свойства неодинаково и, по-видимому, оказывает некоторое отрицательное влияние на пластичность при растяжении и разрыве. Добавление бора и алюминия в такие сплавы имеет тенденцию ингибировать образование η. Некоторые суперсплавы на основе Ni – Fe упрочняются γ ″ (Ni ₃ Nb) вместо γ ′. При некоторых условиях термообработки γ ″ может трансформироваться в новую фазу, называемую δ, которая имеет приблизительную стехиометрию Ni ₃ (Nb _0.8 Ti _{0,2 ​​}). Увеличение ниобия и уменьшение содержания алюминия приводит к увеличению количества δ, а замена ниобия на тантал имеет тенденцию ингибировать его. Небольшие количества δ могут способствовать пластичности надреза, тогда как большие количества могут вызвать потерю пластичности при растяжении.

Вторая общая фаза была названа фазой топологически плотной упаковки (tcp). Примерами фаз этого типа являются α, μ, R, , χ и Laves. Они могут образовываться, когда состав сплава не контролируется должным образом, и могут вызвать серьезное ухудшение механических свойств.Обычно они образуются в виде тонких пластин, которые являются местом зарождения и распространения трещин и приводят к низкотемпературному разрушению и потере пластичности при разрыве. Наиболее выраженное влияние на пластичность при комнатной температуре коррелирует с появлением и распространением σ-фазы в сплавах на основе Ni, возникновения которой следует избегать путем надлежащего баланса легирующих элементов. Образование фаз tcp также изменяет химический баланс суперсплава за счет удаления из раствора тугоплавких элементов хрома, молибдена и вольфрама.Это не только снижает твердорастворное упрочнение сплава, но и влияет на несоответствие γ / γ ′. Суперсплавы на основе никеля и железа особенно склонны к образованию ТПУ. Возникновение, морфология, плотность и распределение этих фаз определяются условиями термообработки и химическим составом. Во многих случаях фаз tcp теперь можно избежать при проектировании сплавов с помощью метода, известного как PHACOMP (вычисление фазы). Расчеты PHACOMP оказались весьма успешными и позволили ослабить химические требования к конструкции суперсплавов, поскольку учитывается тенденция всех легирующих элементов (а не только хрома и молибдена) к образованию фаз tcp.Однако при применении PHACOMP есть некоторые проблемы, и поэтому разработчик сплава не должен рассматривать его как абсолютный критерий.

Помимо перечисленных выше фаз, карбиды часто являются основным компонентом суперсплавов. Они могут отрицательно повлиять на некоторые свойства, такие как пластичность, в то же время положительно влияя на другие; Примером последнего является повышенная прочность суперсплавов на основе кобальта. Существует три основных типа карбидов: MC, M ₂₃ C ₆ и M ₆ C, которые довольно стабильны, а также два других типа M ₃ C ₂ и M ₇ C ₃ , иногда встречается в сплавах на основе кобальта.Часто это смешанные карбиды или карбонитриды различных карбидообразующих элементов, таких как хром, молибден, ниобий, вольфрам и титан. Их морфология зависит от химического состава карбидов и сплава, термической обработки и условий эксплуатации. Влияние этих карбидов на пластичность и вязкость обычно зависит от их морфологии. Как правило, они оказывают вредное воздействие, когда находятся в ячеистой форме, в виде стрингеров или зернограничных пленок.

Высокотемпературные коррозионно-стойкие сплавы от National Electronic Alloys

Высокотемпературные коррозионно-стойкие сплавы из национальных электронных сплавов Молибден, 302, 304, нержавеющая сталь 316, никель 600, 625, 718, 750, вольфрам, тантал и титан Высокотемпературные коррозионно-стойкие сплавы представляют собой смеси различных металлов, включая нержавеющую сталь, хром, никель, железо, медь, кобальт, молибден, вольфрам и титан, которые могут противостоять высоким температурам и коррозии более эффективно, чем стандартная углеродистая сталь. Эти сплавы широко используются в химической обрабатывающей промышленности, предлагая высокую стойкость к равномерному воздействию, исключительную стойкость к локальной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, а также простоту сварки и изготовления. Устойчивые к высоким температурам и коррозионно-стойкие сплавы исключают необходимость в дорогостоящих ремонтах и ​​обеспечивают ценные преимущества в отношении стоимости жизненного цикла. Молибден: Молибден – тугоплавкий металлический элемент, который легко образует твердые, стабильные карбиды, улучшая прокаливаемость, прочность, ударную вязкость и устойчивость к износу и коррозии.Молибден чаще всего используется в военной и оборонной промышленности, цехах полупроводников и специальных станков. 302, 304, 316 Нержавеющая сталь: Сплавы нержавеющей стали устойчивы к коррозии, сохраняют свою прочность при высоких температурах и просты в обслуживании. Чаще всего они включают хром, никель и молибден. Сплавы из нержавеющей стали используются в автомобильной, авиакосмической и строительной отраслях. Никель 600, 625, 718, 750: Никелевые сплавы – это стойкие к окислению и коррозии материалы, хорошо подходящие для экстремальных условий окружающей среды, демонстрирующие превосходную механическую прочность и сопротивление ползучести, а также высокие температуры и хорошую стабильность поверхности.Никелевые сплавы обычно используются в авиационной и космической промышленности, а также в пружинах и электрических компонентах. Вольфрам: Вольфрам обладает твердостью и высокой плотностью, что делает его идеальным для использования в военных целях, в соплах ракет, лопатках турбин, а также в износостойких деталях и покрытиях. Вольфрам имеет самый низкий коэффициент теплового расширения, самую высокую температуру плавления, самое низкое давление пара и самый высокий предел прочности на разрыв среди всех металлов в чистом виде. Тантал: Тантал используется для производства различных сплавов с высокими температурами плавления и хорошей пластичностью.Его химическая инертность делает тантал ценным заменителем платины. Танталовые сплавы часто используются для изготовления твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования, компонентов реактивных двигателей, химического технологического оборудования, ядерных реакторов и деталей ракет. Титан: Титан имеет самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов. Его высокая коррозионная стойкость, сопротивление усталости, высокая трещиностойкость и способность противостоять высоким температурам без сползания делают титан идеальным для аэрокосмической, военной и морской промышленности, от кораблей и ракет до шасси и гидравлических систем.

Обработка никеля | Британника

Полная статья

Обработка никеля , подготовка металла для использования в различных изделиях.

Хотя никель (Ni) больше всего известен своим использованием в чеканке монет, он стал гораздо более важным для многих промышленных применений, которые обязаны своим значением уникальной комбинации свойств. Никель имеет относительно высокую температуру плавления 1453 ° C (2647 ° F) и гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру, которая придает металлу хорошую пластичность.Никелевые сплавы обладают высокой устойчивостью к коррозии в самых разных средах и способны выдерживать широкий диапазон высоких и низких температур. В нержавеющих сталях никель улучшает стабильность защитной оксидной пленки, которая обеспечивает коррозионную стойкость. Его основной вклад связан с хромом в аустенитных нержавеющих сталях, в которых никель позволяет сохранять аустенитную структуру при комнатной температуре. Современные технологии сильно зависят от этих материалов, которые составляют жизненно важную часть химической, нефтехимической, энергетической и смежных отраслей.

История

Никель использовался в промышленности в качестве легирующего металла почти за 2000 лет, прежде чем он был выделен и признан новым элементом. Еще в 200 г. до н.э. китайцы сделали значительное количество белого сплава из цинка и медно-никелевой руды, найденной в провинции Юньнань. Сплав, известный как pai-t’ung , экспортировался на Ближний Восток и даже в Европу.

Позже горняки в Саксонии наткнулись на то, что выглядело как медная руда, но обнаружили, что при ее переработке получается только бесполезный шлакоподобный материал.Они посчитали это заколдованным и приписали дьяволу «Старый Ник». Таким образом, он стал известен как купферникель (медь Старого Ника). Именно из этой руды, изученной Акселем Фредриком Кронштедтом, был выделен никель и признан новым элементом в 1751 году. В 1776 году было установлено, что пай-тун , теперь называемый никель-серебром, состоит из меди, никель и цинк.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Спрос на нейзильбер был стимулирован в Англии примерно в 1844 году развитием гальваники серебра, для которого оно было признано наиболее желательной основой.Несколько позже было разработано использование чистого никеля в качестве коррозионно-стойкого гальванического покрытия; оба эти использования по-прежнему важны.

В середине XIX века в Германии производили небольшое количество никеля. Более значительные суммы поступили из Норвегии, а небольшая часть – из шахты в Гэпе, штат Пенсильвания, в Соединенных Штатах. Новый источник, Новая Каледония в южной части Тихого океана, начал добываться примерно в 1877 году и доминировал до разработки медно-никелевых руд в районе Медно-Клифф-Садбери, Онтарио в Канаде, который после 1905 года стал крупнейшим в мире источником никеля. .К концу 1970-х годов производство в Советской России превысило производство в Канаде. К началу 21 века Китай стал мировым лидером по производству никеля, за ним следуют Россия, Япония, Австралия и Канада.

Канадские руды представляют собой сульфиды, содержащие никель, медь и железо. Наиболее важным минералом никеля является пентландит (Ni, Fe) ₉ S ₈ , за которым следует пирротин, обычно от FeS до Fe ₇ S ₈ , в котором часть железа может быть заменена никелем. .Халькопирит, CuFeS ₂ , является доминирующим минералом меди в этих рудах, с небольшими количествами другого минерала меди, кубанита, CuFe ₂ S ₃ . Также присутствуют золото, серебро и шесть металлов платиновой группы, и их извлечение важно. Кобальт, селен, теллур и сера также могут быть извлечены из руд.

Другими важными классами руд являются латериты, которые являются результатом длительного выветривания перидотита, изначально содержащего небольшой процент никеля.Выветривание в субтропическом климате удаляет большую часть вмещающей породы, но содержащийся никель растворяется и просачивается вниз и может достигать концентрации, достаточно высокой, чтобы сделать добычу рентабельной. Из-за этого метода образования отложения латерита обнаруживаются вблизи поверхности в виде мягкого, часто глинистого материала, с концентрацией никеля в пластах в результате выветривания. Гарниерит, (NiMg) ₆ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₈ , силикат никеля и магния, самый богатый никелем, но никелевый лимонит (Fe, Ni) O (OH) · n H ₂ O, составляет основную часть латеритов.Месторождения Новой Каледонии относятся к типу гарниерита, и множество других месторождений латерита разбросаны по всему миру, что создает широкий спектр проблем при добыче, транспортировке и извлечении. Содержание никеля в латеритах широко варьируется: например, на заводе Le Nickel в Новой Каледонии руда, доставленная на плавильный завод в 1900 году, содержала 9 процентов никеля; в настоящее время он составляет от 1 до 3 процентов.

Поскольку никель содержится в двух радикально разных типах руды, неудивительно, что методы его добычи различаются.Сульфидные месторождения обычно разрабатываются подземными методами, как и медь, хотя некоторые месторождения на ранних этапах разрабатывались открытым способом. Добыча латеритов – это в основном землеройные работы, когда большие экскаваторы, драглайны или фронтальные погрузчики извлекают богатые никелем пласты и выбрасывают большие валуны и отходы. Руда загружается в самосвалы на забое, как в карьере, и вывозится на медеплавильный завод.

Высококачественные сплавы | Ниппон Якин

Коррозионно-стойкие сплавы

Хотя стандартные нержавеющие стали не подвержены коррозии, в тяжелых условиях коррозия может привести к образованию отверстий в материале.Добавляя оптимальное количество хрома, молибдена, никеля и других легирующих металлов, мы улучшаем нержавеющую сталь для обеспечения общей защиты от коррозии, а также повышения стойкости к зернограничной коррозии, точечной и щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Нержавеющие стали и никелевые сплавы с высокой коррозионной стойкостью используются в суровых, агрессивных средах, таких как системы опреснения, морские конструкции, топливные элементы и атомные электростанции.

Nippon Yakin марка

Жаропрочные сплавы

В высокотемпературной среде материалы сталкиваются с проблемами, связанными с прочностью, окислением и коррозией.Никель эффективен для повышения прочности при высоких температурах, в то время как хром, кремний и алюминий обеспечивают защиту от окисления. Материалы из нержавеющей стали с примесью таких элементов называются жаропрочными нержавеющими сталями. Другие факторы, принимаемые во внимание для высокотемпературных сред, включают сопротивление ползучести и усталость от теплового цикла. Жаропрочные нержавеющие стали используются в теплообменниках, емкостях под давлением и компонентах печей для термообработки.

Nippon Yakin марка

Высокопрочная нержавеющая сталь

Методы, используемые для повышения прочности нержавеющей стали, включают наклеп, упрочнение растворенными веществами и дисперсионное упрочнение.В процессе дисперсионного твердения нержавеющая сталь смешивается с алюминием и медью и нагревается до определенного диапазона температур, выделяя интерметаллические соединения. Одним из примеров нержавеющей стали с дисперсионным упрочнением является EN 1.4542 (17-4PH®). Упрочнение растворенным веществом включает добавление в нержавеющую сталь элементов, таких как азот, для повышения прочности, и включает NAS NM15M. Эти продукты используются в средах, где требуются прочность и коррозионная стойкость.

* 17-4PH – зарегистрированная торговая марка AK Steel Corporation.

Nippon Yakin марка

Сплавы с контролируемым расширением

Металлы резко расширяются и сжимаются при изменении температуры окружающей среды. Сплав FeNi36 NAS36 имеет удивительно низкий коэффициент теплового расширения, одну десятую коэффициента теплового расширения железа и одну двадцатую – алюминия. Сплавы с контролируемым расширением используются в приложениях, требующих высокой четкости и точности, таких как оборудование для производства полупроводников, контрольно-измерительные приборы, оборудование для производства плоских дисплеев, штампы для точного формования деталей из углеродного волокна и астрономические телескопы.Они также используются в биметаллах, изготовленных из металлов с низким и высоким тепловым расширением, для преобразования изменения температуры в механическое смещение.

Nippon Yakin марка

Мягкие магнитные сплавы

Магнитомягкие сплавы

сводят к минимуму потери энергии, связанные с изменением магнитного поля. Они характеризуются низкой напряженностью коэрцитивного поля и высокой магнитной проницаемостью.Применения включают магнитные сердечники для трансформаторов и индукторов, магнитные ярмы и магнитные экраны.

Nippon Yakin марка

Немагнитные сплавы

Обычная аустенитная сталь намагничивается при холодной обработке, но аустенитная сталь, содержащая марганец, не накапливает магнитный заряд даже при интенсивной холодной обработке.NAS NM15M и NAS NM17 – немагнитные нержавеющие стали, разработанные Nippon Yakin. Они используются в мобильных телефонах, металлических аксессуарах для одежды, электронных компонентах и ​​других деталях, где магнетизм нежелателен.

Nippon Yakin марка

Коррозионно-стойкий чистый никель

Поскольку никель обеспечивает превосходную стойкость к коррозии, вызываемой такими веществами, как каустическая сода и газообразный хлор, он используется в качестве материала в оборудовании для производства каустической соды с использованием ионообменных мембран.Другие области применения включают порты электронных терминалов и коллекторы аккумуляторов большой емкости из-за низкого электрического сопротивления никеля.

Nippon Yakin марка

Нержавеющая сталь, поглощающая нейтроны

Эта классификация нержавеющей стали содержит бор для поглощения нейтронов. Из-за коррозионной стойкости, высокой прочности и способности удерживать нейтроны такая нержавеющая сталь используется в стеллажах для хранения, транспортном оборудовании и контейнерах для хранения отработанных ядерных топливных стержней.

Nippon Yakin марка

3.7.5 Термическая обработка жаропрочных сплавов

Обычно ковка и термообработка осуществляется из трех групп жаропрочных сплавов:

• на основе железа
• на основе никеля
• на основе кобальта.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе железа Жаростойкие сплавы на основе железа можно подвергать термообработке одним из трех основных типов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы.

1. Отжиг выполняется при температурах от 705 до 980 ° C (1300 и 1800 ° F) для размягчения и снятия напряжений в упрочненной поковке.
2. Раствор Обработка обычно применяется к упрочняющимся старению сплавам перед обработкой старением для перевода упрочняющих старение компонентов и карбидов в твердый раствор.
3. Возрастное упрочнение, или дисперсионное твердение, выполняется при температурах от 425 до 700 ° C (от 800 до 1300 ° F) для достижения максимальной расчетной прочности, иногда при двух разных температурах старения.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе никеля Никелевые сплавы могут подвергаться термообработке с использованием одного из шести основных типов процессов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы. Выбор оптимальной термообработки зависит от поставленной цели и способности сплава реагировать.

1. Отжиг используется для получения структуры рекристаллизованного зерна и размягчения упрочненных сплавов. Обычно для этого требуются температуры от 705 до 1205 ° C (от 1300 до 2200 ° F), в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
2. Отжиг на твердый раствор – это высокотемпературный отжиг, проводимый при температурах между 1150 и 1315 ° C (2100 и 2400 ° F) определенных никелевых сплавов для перевода карбидов в твердый раствор и получения крупнозернистых частиц с улучшенными характеристиками разрушения при напряжении.
№
3. Снятие напряжений используется для снятия или снижения напряжений в упрочненных перед нагрузкой, не поддающихся старению сплавах без образования рекристаллизованной зернистой структуры. Его проводят при температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
4. Выравнивание напряжений – это низкотемпературная термообработка, используемая для уравновешивания напряжений в холоднодеформированных поковках без заметного снижения механических свойств, возникающих при холодной обработке.
5. Обработка раствором – это высокотемпературная термообработка, используемая для перевода компонентов, упрочняющих старение, в твердый раствор. Обычно его наносят на стареющие материалы перед старением.
6. Упрочнение при старении или дисперсионное твердение – это термообработка, выполняемая при промежуточных температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) определенных сплавов для развития максимальной прочности за счет выделения дисперсной фазы по всей матрице.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе кобальта Сплавы на основе кобальта обычно поставляются только в растворе (отожженном). Обычно они не затвердевают при старении. Раствор после ковки сводит к минимуму остаточные напряжения. Увеличить прочность и твердость можно только при обычных температурах ковки.

Вернуться к содержанию

множество ( ‘#markup’ => ‘

Обычно ковку и термообработку производят из трех групп жаропрочных сплавов:

• на основе железа
• на основе никеля
• на основе кобальта.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе железа Жаростойкие сплавы на основе железа можно подвергать термообработке одним из трех основных типов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы.

1. Отжиг выполняется при температурах от 705 до 980 ° C (1300 и 1800 ° F) для размягчения и снятия напряжений в упрочненной поковке.
2. Раствор Обработка обычно применяется к упрочняющимся старению сплавам перед обработкой старением для перевода упрочняющих старение компонентов и карбидов в твердый раствор.
3. Возрастное упрочнение, или дисперсионное твердение, выполняется при температурах от 425 до 700 ° C (от 800 до 1300 ° F) для достижения максимальной расчетной прочности, иногда при двух разных температурах старения.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе никеля Никелевые сплавы могут подвергаться термообработке с использованием одного из шести основных типов процессов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы. Выбор оптимальной термообработки зависит от поставленной цели и способности сплава реагировать.

1. Отжиг используется для получения структуры рекристаллизованного зерна и размягчения упрочненных сплавов. Обычно для этого требуются температуры от 705 до 1205 ° C (от 1300 до 2200 ° F), в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
2. Отжиг на твердый раствор – это высокотемпературный отжиг, проводимый при температурах между 1150 и 1315 ° C (2100 и 2400 ° F) определенных никелевых сплавов для перевода карбидов в твердый раствор и получения крупнозернистых частиц с улучшенными характеристиками разрушения при напряжении.
№
3. Снятие напряжений используется для снятия или снижения напряжений в упрочненных перед нагрузкой, не поддающихся старению сплавах без образования рекристаллизованной зернистой структуры. Его проводят при температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
4. Выравнивание напряжений – это низкотемпературная термообработка, используемая для уравновешивания напряжений в холоднодеформированных поковках без заметного снижения механических свойств, возникающих при холодной обработке.
5. Обработка раствором – это высокотемпературная термообработка, используемая для перевода компонентов, упрочняющих старение, в твердый раствор. Обычно его наносят на стареющие материалы перед старением.
6. Упрочнение при старении или дисперсионное твердение – это термообработка, выполняемая при промежуточных температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) определенных сплавов для развития максимальной прочности за счет выделения дисперсной фазы по всей матрице.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе кобальта Сплавы на основе кобальта обычно поставляются только в растворе (отожженном).Обычно они не затвердевают при старении. Раствор после ковки сводит к минимуму остаточные напряжения. Увеличить прочность и твердость можно только при обычных температурах ковки.

Вернуться к содержанию

‘, ‘#printed’ => правда, ‘#type’ => ‘разметка’, ‘#pre_render’ => множество ( 0 => ‘drupal_pre_render_markup’, 1 => ‘ctools_dependent_pre_render’, ), ‘#children’ => ‘

Обычно ковку и термообработку производят из трех групп жаропрочных сплавов:

• на основе железа
• на основе никеля
• на основе кобальта.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе железа Жаростойкие сплавы на основе железа можно подвергать термообработке одним из трех основных типов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы.

1. Отжиг выполняется при температурах от 705 до 980 ° C (1300 и 1800 ° F) для размягчения и снятия напряжений в упрочненной поковке.
2. Раствор Обработка обычно применяется к упрочняющимся старению сплавам перед обработкой старением для перевода упрочняющих старение компонентов и карбидов в твердый раствор.
3. Возрастное упрочнение, или дисперсионное твердение, выполняется при температурах от 425 до 700 ° C (от 800 до 1300 ° F) для достижения максимальной расчетной прочности, иногда при двух разных температурах старения.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе никеля Никелевые сплавы могут подвергаться термообработке с использованием одного из шести основных типов процессов, в зависимости от химического состава, требований производства и ожидаемого срока службы. Выбор оптимальной термообработки зависит от поставленной цели и способности сплава реагировать.

1. Отжиг используется для получения структуры рекристаллизованного зерна и размягчения упрочненных сплавов. Обычно для этого требуются температуры от 705 до 1205 ° C (от 1300 до 2200 ° F), в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
2. Отжиг на твердый раствор – это высокотемпературный отжиг, проводимый при температурах между 1150 и 1315 ° C (2100 и 2400 ° F) определенных никелевых сплавов для перевода карбидов в твердый раствор и получения крупнозернистых частиц с улучшенными характеристиками разрушения при напряжении.
№
3. Снятие напряжений используется для снятия или снижения напряжений в упрочненных перед нагрузкой, не поддающихся старению сплавах без образования рекристаллизованной зернистой структуры. Его проводят при температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) в зависимости от состава сплава и степени деформационного упрочнения.
4. Выравнивание напряжений – это низкотемпературная термообработка, используемая для уравновешивания напряжений в холоднодеформированных поковках без заметного снижения механических свойств, возникающих при холодной обработке.
5. Обработка раствором – это высокотемпературная термообработка, используемая для перевода компонентов, упрочняющих старение, в твердый раствор. Обычно его наносят на стареющие материалы перед старением.
6. Упрочнение при старении или дисперсионное твердение – это термообработка, выполняемая при промежуточных температурах от 425 до 870 ° C (от 800 до 1600 ° F) определенных сплавов для развития максимальной прочности за счет выделения дисперсной фазы по всей матрице.

Термическая обработка жаропрочных сплавов на основе кобальта Сплавы на основе кобальта обычно поставляются только в растворе (отожженном).Обычно они не затвердевают при старении. Раствор после ковки сводит к минимуму остаточные напряжения. Увеличить прочность и твердость можно только при обычных температурах ковки.

Вернуться к содержанию

‘, )

Силовые части: жаропрочные суперсплавы | Cutting Tool Engineering

Добыча нефти и природного газа из горячих, агрессивных и других сложных сред, например, при гидроразрыве пласта или глубоководном бурении, помогает сделать США энергонезависимыми, но подвергает нагрузку металлические компоненты, используемые для выполнения работы Выполнено.Гидравлическое оборудование для гидроразрыва уходит в землю на расстояние 7 миль и более, где оно подвергается воздействию давления до 25000 фунтов на квадратный дюйм (1724 бар) и температуры до 500 ° F (260 ° C). Кроме того, глубокие скважины содержат «кислую» нефть, которая очень агрессивна из-за содержания серы. Даже детали для наземных применений в энергетике испытывают достаточные нагрузки, вызывающие увядание обычных металлов.

Таким образом, разработчики турбинных лопаток, роторов, корпусов клапанов и коллекторов, деталей насосов, лопаток и множества других энергетических деталей обращаются к экзотике, в первую очередь к жаропрочным суперсплавам (HRSA).«Они используют суперсплавы, которые могут выдерживать нагревание, коррозию, абразивный износ – практически все, – сказал Джон Форрест, вице-президент и национальный менеджер по продажам Toolmaker Alliance, Форт-Майерс, Флорида. – Некоторые прецизионные компоненты, например, для генератора или системы турбин, используются в стабильной среде, в то время как другие могут работать в экстремальных условиях, например, будучи частью системы глубокого бурения ».

Предоставлено Sandvik Coromant

Эффективное направление СОЖ под высоким давлением в зону резания улучшает обрабатываемость и продлевает срок службы инструмента при резке HRSA, например, при изготовлении деталей энергетической отрасли.

Существуют три группы материалов HRSA: сплавы на основе никеля, кобальта и железа. Согласно официальному документу Sandvik Coromant Co., Fair Lawn, штат Нью-Джерси, сплавы на основе никеля являются наиболее широко используемыми, среди обычных типов – Inconel 718, Waspaloy и Hastelloy X. Суперсплавы на основе кобальта, такие как Haynes 25 и Stellite 31 , демонстрируют исключительную стойкость к ползучести и коррозии при высоких температурах, как и никелевые сплавы, но они более дороги и их сложнее обрабатывать. Суперсплавы на основе железа, такие как Inconel 909, разработанные из аустенитных нержавеющих сталей, могут обеспечивать низкие коэффициенты теплового расширения, но обладают самыми низкими характеристиками прочности в горячем состоянии из трех.

Лэнс Хьюз, специалист по нефти и газу компании Mitsubishi Materials USA Corp., Фаунтин-Вэлли, Калифорния, добавил, что HRSA, такие как Inconel 718 и 625, Duplex и Super Duplex, также обеспечивают антимагнитную стойкость, стойкость к истиранию и высокую производительность. прочностные характеристики и подходят везде, где требуется защита уплотнительной поверхности от коррозии. «Эти детали используются в экстремальных условиях, – сказал он, – и HRSA помогают этим продуктам сохранять свою целостность».

Обрабатываемость имеет значение

Структурные характеристики, которые делают HRSA желательными для экстремальных применений, также делают их значительно более сложными в обработке, чем обычные металлы.Никель, например, эффективно противостоит высоким температурам, но также может быть довольно липким, что снижает его обрабатываемость и увеличивает распространенность наростов на кромке, – отметил Джим Вайант, инженер-разработчик приложений Greenleaf Corp., Сегертаун, Пенсильвания. Из всех применений HRSA, которые он видит – в энергетической промышленности и других областях, – для металлов на основе никеля, много – для кобальта, а железные сплавы составляют лишь треть.

Кроме того, высокий предел текучести, обеспечиваемый никелем, вызывает значительное тепловыделение во время обработки, отмечает Хьюз.Это в конечном итоге усложняет задачу обработки.

Предоставлено Mitsubishi Materials

Mitsubishi Materials рекомендует свои концевые фрезы со сменной головкой iMX для обработки HRSA, например, Inconel 718. И головка, и держатель изготовлены из твердого сплава.

Хотя некоторые из них более распространены, чем другие, множество металлов находятся под зонтиком HRSA и содержат различные процентные содержания до 10 или более легирующих элементов, таких как хром, молибден, вольфрам и титан, в пределах одной и той же группы сплавов.Это означает, что параметры обработки и поведение значительно различаются в каждой группе. «Каждый материал создает собственный набор препятствий для производственного процесса», – сказал Вайант. «Скорость, подача и DOC для каждого материала могут быть совершенно разными».

Даже один и тот же HRSA ведет себя по-разному при механической обработке, в первую очередь в зависимости от того, подвергался ли он термообработке или обработке раствора, а также от способа его производства, включая ковку, литье и пруток.

«Литые материалы могут добавить еще одну переменную обработки, которую необходимо учитывать в процессе обработки», – сказал Вайант, отметив, что многие HRSA отливаются.

По словам Скотта Уолкера, президента компании Mitsui Seiki (США) Inc., Франклин, помимо более мелкого зерна, что повышает прочность по сравнению с литьем, поковки испытывают в себе напряжение, потому что процесс ковки «забивает» внутреннюю структуру материала. Лейкс, штат Нью-Джерси «Когда вы обрабатываете кованые материалы, они имеют тенденцию перемещаться по вам».

Отливки обычно имеют твердую поверхность с видимыми пятнами, что снижает обрабатываемость и может вызвать износ режущих инструментов.Из трех прутков проще всего обрабатывать пруток, так как надрез – не такая большая проблема.

Тонкий дюйм

Когда возникает проблема с надрезом, использование методов утонения стружки может помочь уменьшить образование надрезов при черновой обработке, сказал Вайант. При утонении стружки обычно используется угол подъема инструмента для распределения стружки по большей части пластины, что эффективно снижает давление на инструмент. Хотя это помогает уменьшить образование надрезов DOC, во многих случаях это позволяет увеличить скорость съема металла, поскольку для поддержания необходимой толщины стружки требуется увеличение подачи.

Вайант добавил, однако, что производители деталей могут немного увеличить скорость подачи при обработке таких материалов, как сталь, но это не обязательно относится к HRSA. «С жаропрочным сплавом вы можете воспользоваться дополнительным преимуществом увеличения скорости подачи, но только до определенного момента, потому что материал начнет отталкиваться из-за своей способности выдерживать экстремальные условия», – сказал он.

Предоставлено Greenleaf

Greenleaf заявляет, что ее керамика, армированная нитевидными кристаллами с покрытием WG-600, обеспечивает более быструю резку и лучшую устойчивость к износу и нагреву, чем твердосплавные инструменты при обработке HRSA.

Помимо зазубрин, HRSA-материалы имеют тенденцию к деформационному упрочнению. Это требует обработки их, особенно поковок, на относительно низких скоростях резания. «Вероятно, скорость – это то, на что мы должны больше всего обращать внимание при обработке этих экзотических материалов», – сказал Форрест из Tool Alliance, отметив, что скорость резания для HRSA колеблется от 75 до 150 sfm. «Скорость вызывает нагревание, а нагревание повреждает инструменты и может привести к деформации материала».

Он добавил, что, когда поверхность заготовки затвердевает на детали, требующей нескольких проходов, каждый последующий проход в и без того труднообрабатываемом материале будет еще более трудным.«Эти многократные проходы серьезно снижают срок службы вашего инструмента».

Чтобы уменьшить тепловыделение, предотвратить деформационное упрочнение и эффективно обрабатывать эти материалы при производстве деталей для энергетических и других применений, Хьюз из Mitsubishi Materials рекомендует уменьшить параметры обработки в четыре-шесть раз по сравнению с параметрами обработки легированных сталей, таких как 4130 и 4140. при чистовой обработке HRSA это сокращение не такое резкое, сокращение sfm на 75–80 процентов при черновой токарной обработке и снижение скорости подачи на 30 процентов при обычной черновой обработке.

По словам Форреста, фрезерование на корке – это метод, который может быть эффективным при борьбе с HRSA, в зависимости от области применения. Вместо того, чтобы полностью задействовать фрезерный инструмент, например концевую фрезу, и выполнять обычную черновую обработку, инструмент выполняет более легкие разрезы при более высоких скоростях и подачах. «Радиальное зацепление довольно легкое, но скорость подачи высокая», – сказал он. «Инструменты Multiflute можно эффективно использовать для поддержания высоких скоростей подачи дюйм / мин».

Разработка инструмента

Большое количество канавок помогает при фрезеровании HRSA, – отметил Стив Шофлер, президент Superior Tool Service Inc., Уичито, Канада. Например, для обработки штамповок из инконеля инструментальный мастер изготовил твердосплавную концевую фрезу диаметром 3⁄8 дюйма с 10 канавками. Большое количество канавок позволяет большему количеству зубьев на фрезу распределять рабочую нагрузку при малых затратах. откусывает заготовку.

«Вы почти должны отправить это в архив», – сказал он. «По сути, это требует большого терпения, потому что резать нужно очень медленно».

Шофлер добавил, что жаропрочные и износостойкие покрытия, такие как AlTiN и AlCrN, полезны при резке HRSA.

Покрытия инструмента могут содержать специальные добавки, такие как диоксид кремния, чтобы субстрат более эффективно выдерживал жесткие условия обработки, отметил Форрест. Но независимо от состава покрытия все движутся в направлении высокой износостойкости и долговечности, улучшенной смазывающей способности и хорошей термической стабильности.

Вместо того, чтобы рекомендовать специальное покрытие для резки HRSA, Хьюз подчеркнул важность нанесения тонкого покрытия, такого как PVD, для сохранения острой кромки для срезания, а не для трения металла и минимизации тепловыделения.Положительная геометрия резания также эффективна.

«Высокий предел текучести этих сплавов приводит к чрезмерному нагреву во время обработки, – сказал Хьюз, – и чем острее кромка, тем ниже требуемые силы резания и, следовательно, тем меньше трение и нагрев».

Подходящая подложка также имеет решающее значение при резке настольных сплавов для энергетических целей. При использовании твердосплавных фрез Greenleaf’s Wyant рекомендует использовать фрезы с микрозернистой структурой для обеспечения необходимой твердости и износостойкости в таких неблагоприятных условиях.Твердые сплавы с покрытием дополнительно повышают производительность за счет улучшения общих характеристик подложки, что позволяет увеличить параметры резания и продлить срок службы инструмента. «Покрытия придают пластине дополнительную износостойкость и смазывающую способность, позволяя стружке плавно проходить по пластине», – сказал он.

Предоставлено Bilz Tool

Производители деталей

часто используют зажимные оправки при обработке HRSA, потому что они обеспечивают высокое зажимное усилие, высокую точность позиционирования инструмента по средней линии и минимизируют общее биение индикатора.

По словам Вайанта, более эффективным выбором подложки является керамика, усиленная нитевидными кристаллами, особенно для непрерывной резки, поскольку материал инструмента может выдерживать высокие температуры в течение длительного периода времени. Для прерывистого резания наиболее эффективным будет нанесение надлежащей подготовки кромки из керамики с нитевидными кристаллами надлежащего качества. По его словам, еще один вариант – керамика Sialon. «Керамика Sialon также предназначена для работы с более высокими температурами, но только в течение более коротких периодов времени и с более низкими скоростями, чем керамика с усами.”

Хьюз согласился с тем, что керамика эффективна для черновой обработки HRSA. Однако для приложений, где, например, HRSA вставляется или приваривается к корпусу из легированной стали, лучше избегать применения керамического инструмента для одновременной резки двух металлов и вместо этого использовать карбид, добавил он. Это связано с тем, что керамический инструмент подвергается значительному удару при контакте с основным металлом во вставке или сварке, что приводит к преждевременному износу инструмента.

Форма пластины

также играет роль при выборе подходящих инструментов для борьбы с HRSA.Поскольку Wyant обладает самой прочной геометрией, для черновой обработки обычно рекомендуются круглые пластины. Форма также обеспечивает универсальность. «С круглой пластиной вы можете отрегулировать глубину резания для уменьшения утонения стружки, вместо того, чтобы менять весь инструмент», – сказал он.

Держись крепче

Державки

– это еще одна часть набора инструментов для энергетических деталей. Джо Томпсон, региональный менеджер по продажам компании Bilz Tool Co. Inc., Ломбард, штат Иллинойс, отметил, что ее клиенты часто используют зажимные оправки ThermoGrip компании при обработке HRSA.Это связано с тем, что патрон с горячей посадкой обеспечивает высокое усилие зажима и высокую точность позиционирования инструмента по средней линии, а также сводит к минимуму общее биение индикатора. «Положение инструмента практически находится в мертвой точке от осевой линии шпинделя, поэтому здесь нет отклонений», – сказал он, добавив, что минимальное ПВО 3 мкм при 6-кратном диаметре максимизирует режущую кромку для каждой канавки, а не позволяет одной или нескольким канавкам двигаться. делать больше работы, чем остальные. «Таким образом, можно даже использовать каждую флейту».

Инструмент, хотя и редко, может выскочить из держателя с горячей посадкой в ​​определенных условиях резания, возможно, при высокочастотной резке, когда наблюдается сильная вибрация.«Такой потенциал есть всегда, но в основном он сводится к качеству державки и хвостовика режущего инструмента», – сказал Томпсон.

Он указал, что при наличии возможности выдергивания инструмента Bilz предлагает термоусадочную конструкцию THD, которая имеет более толстую стенку и меньший допуск на диаметр отверстия, чем стандартное предложение, чтобы обеспечить еще более высокое усилие зажима и большее гашение вибрации. Такая конструкция дает преимущества в применениях HRSA, например, в энергетических деталях, поскольку для резки металла требуется высокая мощность станка и крутящий момент при относительно низкой скорости шпинделя, обычно менее 10 000 об / мин.

«Безусловно, горячая посадка – отличный способ», – согласился Форрест из Tool Alliance, но добавил, что держатели с боковой фиксацией все еще эффективно используются, и даже некоторые гидравлические системы стали достаточно прочными для тяжелой черновой обработки. «Все холдинговые системы очень хорошие», – сказал он. «В любом случае вам нужно обращать внимание на минимально возможное биение и максимальную силу захвата».

Холодная резка

По словам Томпсона, еще одним продуктом Bilz, который подходит для применений HRSA в энергетических частях, является система охлаждения JetSleeve.Система состоит из термоусаживаемого патрона, заключенного в алюминиевую втулку для охлаждающей жидкости со стратегически расположенными отверстиями в передней части. За счет использования давления охлаждающей жидкости конструкция системы обеспечивает «эффект торнадоидального типа», который создается внутри втулки для подачи охлаждающей жидкости, воздуха или масла непосредственно к режущей кромке инструмента. По заявлению компании, система увеличивает покрытие охлаждающей жидкостью острия режущей кромки инструмента более чем на 90 процентов, значительно увеличивая срок службы инструмента, позволяя инструменту придавать более тонкую поверхность.

Предоставлено Unist

Вверху: при распиловке прутка из инконеля диаметром 3 дюйма с охлаждающей жидкостью, рез создавал чрезмерную вибрацию и заусенцы на краю заготовки. Внизу: когда один и тот же пруток из инконеля резался тем же пильным полотном на одном станке. , но при использовании минимальной системы смазки Unist и смазки Coolube 210EP качество резки значительно улучшилось.

Уокер Mitsui Seiki предполагает не только значительное сокращение использования охлаждающей жидкости, но и ее полное устранение через пару десятилетий, поскольку сохраняется тенденция к минимальному количеству смазки, криогенизации и сухой механической обработке.Хотя он отметил, что масло является наиболее эффективной жидкостью для металлообработки при резке самых твердых, упругих материалов, оно легко воспламеняется и не безвредно для окружающей среды, поэтому производители запчастей тяготеют к более экологически чистым охлаждающим жидкостям на водной основе.

Однако сухая обработка HRSA сегодня может быть эффективной. Уокер сказал, что достиг «очень хороших результатов» сухого фрезерования инконеля керамическими инструментами. «Это почти похоже на шлифовку. Инконель превращается в пылающую стружку, и я очень доволен высокой стойкостью инструмента.”

Вайант из

Greenleaf объяснил, что лучше всего применять СОЖ при непрерывной резке и воздух для удаления стружки и охлаждения поверхности раздела инструмент / заготовка при прерывистой резке, например, при фрезеровании керамикой, армированной усами. Это связано с тем, что сочетание охлаждающей жидкости и прерывистой резки может вызвать термический удар по керамике, когда она входит и выходит из выделяющей тепло зоны резания, что снижает срок службы инструмента.

Кроме того, уменьшение расхода СОЖ может улучшить качество резки.Для одного клиента, распиливающего пруток из инконеля диаметром 3 дюйма биметаллическим лезвием Lenox на станке Hydmech, компания Unist Inc., Гранд-Рапидс, штат Мичиган, сообщила, что при использовании заливки возникали чрезмерные вибрации и большие заусенцы на краях заготовки. охлаждающей жидкости (см. фотографии выше). Кроме того, срок службы лезвия составлял всего 5 дней. Однако, когда заказчик установил систему Unist MQL и применил смазку Coolube 2210EP, качество резки и срок службы лезвия значительно улучшились.

Тем не менее, по словам Уолкера, наведение охлаждающей жидкости под высоким давлением непосредственно на поверхность раздела инструмент / заготовка увеличивает стойкость инструмента и обрабатываемость при резке HRSA.Он сказал, что Mitsui Seiki построила машины, которые обеспечивают скорость вращения шпинделя до 55 галлонов в минуту. «Это похоже на ураган внутри машины».

Конструкции машин

Текущий проект Mitsui Seiki включает создание группы обрабатывающих центров, которые работают со скоростью до 80 галлонов в минуту при 2000 фунтах на квадратный дюйм для обработки лезвий из суперсплава с содержанием никеля до 30 процентов, отметил Уолкер. Однако вместо режущих инструментов для изготовления деталей используются специальные шлифовальные круги из CBN, а система подачи СОЖ предотвращает прилипание материала заготовки к кругам и налипание на них.

Уокер подчеркнул, что материалы заготовок определяют, как проектируются и производятся станки. Часто материалы вводятся для улучшения характеристик детали, но разработчики металла не понимают, как материал будет сдвигаться, когда режущая кромка касается его. «Ребята из материала вышли из-под контроля», – сказал он. «Они бросают в нас вещи, которые нравятся конечным пользователям, но которые трудно поддаются обработке».

Одним из примеров изменения конструкции станка для повышения жесткости при резке сложной экзотики является интерфейс державки.Уокер отметил, что он переключился на соединение шпинделя Kennametal KM4X100, поскольку оно обеспечивает изгибающий момент 35 000 фунт-дюймов, что для сравнения составляет примерно 16 500 фунт-дюймов. для конуса HSK100 и 8 500 фунт-дюймов. для конуса BT50. Например, при тестовых разрезах горизонтальный обрабатывающий центр Mitsui Seiki HPX63 был оснащен мощным шпинделем с высоким крутящим моментом и максимальной мощностью 26 кВт и крутящим моментом 1081 Нм. Соединение шпинделя KM4X100 создавало зажимное усилие 90 кН, что более чем в два раза больше, чем у HSK100, и почти в четыре раза больше, чем у BT50 (40 и 25 кН соответственно).

Такая повышенная жесткость особенно полезна при производстве энергетических деталей, поскольку они часто имеют большие размеры и требуют инструментов с большим радиусом действия для доступа к деталям. «Когда я вывешиваюсь на расстоянии 6 дюймов, 8 дюймов, 10 дюймов от калибровочной линии и режу с большим усилием, – сказал Уокер, – я не вытаскиваю инструмент из шпинделя».

Проектирование станка в большей степени зависит от приложения, когда конечным пользователем является OEM-производитель, обрабатывающий конкретный компонент HRSA, например, для генератора энергии, чем для производственного цеха, который обрабатывает различные материалы и детали.Производитель оригинального оборудования может указать, например, частотный диапазон для резки, требования к объему охлаждающей жидкости, границу раздела конусов, а также возможности осевого усилия и крутящего момента. Уокер сказал: «Таким образом вы строите платформу из определенного материала и получаете оптимальную производительность для новейшего оборудования. Это подходящий способ, но у спекулянтов нет такой гибкости. Им приходится работать с тем, что у них есть ».

По мере того, как в США и во всем мире добывается все больше запасов энергии, чтобы соответствовать практически неутолимому спросу, как OEM-производителям, так и мастерским потребуется больше оборудования для обработки экзотических сплавов, способных выдерживать высокую температуру.CTE

---

Авторы

Bilz Tool Co. Inc.
(800) 227-5460
www.bilzusa.com

Greenleaf Corp.
(800) 458-1850
www.greenleafcorporation.com

Mitsubishi Materials U.S.A. Corp.
(800) 523-0800
www.mitsubishicarbide.com

Mitsui Seiki (США) Inc.
(201) 337-1300
www.mitsuiseiki.com

Superior Tool Service Inc.
(316) 945-8488
www.superiortoolservice.com

Tool Alliance
(800) 564-5832
www.