|
| |
|
Главная Промышленность ТАБЛИЦА 14.7. Жаропрочность сплавов на основе алюминия, магния, твтана
Материалы высокой жаропрочности, применяемые при температуре выше 1000 °С,-это тугоплавкие металлы и их сплавы, керамика на основе SiC и SijN, графит. Перлитные стали. Эти стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450-580 °С и используются главным образом в котлострое-нии. Критерием жаропрочности для них является предел ползучести с допустимой деформацией 1 % за 10* или 10* ч. Жаропрочность перлитных сталей обеспечивается выбором рационального химического состава и полученной в результате термической обработки структурой легированного феррита с равномерно распределенными в нем частицами карбидов. Перлитные жаропрочные стали являются низкоуглеродистыми, содержат от 0,08 до 0,15% С (иногда содержание углерода повышают до 0,2 - 0,3 %) и не более 2 - 3% карбидообразующих элементов, из которых самые важные - молибден, хром и ванадий (табл. 14.8) (12Х1МФ, 25Х2М1Ф). Оптимальной термической обработкой являются нормализация после на- грева до ~ 1000 °С и последующий отпуск при температуре 650-750° С в течение 2-3 ч. Для перлитных жаропрочных сталей особенно важна стабильность исходной структуры и свойств, так как изготовленные из них трубы и другие части теплоэнергетических установок эксплуатируются годами. В исходном состоянии основная масса молибдена находится в феррите, а ванадий, хром и углерод-в карбидах типа МС. В условиях длительной эксплуатации в перлитных сталях происходит изменение химического состава феррита и карбидов; сфероидизация и рост карбидных частиц; графитизация-разложение карбидов с выделением свободного графита. Особенно опасна графитизация, так как образование графита приводит к аварийным разрушениям. Наиболее устойчив против графитизации карбид МС, а наименее стоек карбид М3С. Легирование ванадием и хромом, а также отпуск после нормализации увеличивают термическую устойчивость карбидов и стабилизируют свойства материала. ТАБЛИЦА 14.8. Свойства жаропрочных сталей н никелевых сплавов
оюо- О50-Ol/lOOO- О] ООО- Перлитные стали пластичны в холодном состоянии, удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. По теплопроводности и тепловому расширению они близки к обычным конструкционным сталям. Стали, содержащие 0,12-0,15% С, используют в паросиловых установках для изготовления труб пароперегревателей, паропроводов и других деталей, температура эксплуатации которых не превышает 570-580 "С. Перлитные стали с повышенным содержанием углерода (0,25-0,30%) по жаропрочности уступают перлитным сталям с содержанием углерода 0,12-0,15%, и поэтому для них установлены максимальные температуры длительной эксплуатации 525-565 °С. Из этих сталей изготовляют валы и цельнокованые роторы стационарных и транспортных паровых турбин, плоские пружины и крепежные детали. Перлитные стали широко применяют бла- годаря невысокой стоимости, технологичности и удовлетворительной жаропрочности. Мартенситные стали. Эти стали предназначены для изделий, работающих при температурах 450-600 °С, и от перлитных сталей отличаются повышенной стойкостью к окислению в атмосфере пара или топочных газов. По своей жаропрочности они немного превосходят перлитные стали. Критерий жаропрочности мартенситных сталей предел ползучести с допустимой деформацией 0,1% за 10" ч или 1% за 10* ч. Различают две группы мартенситных сталей: с содержанием 10-12% Сг, добавками Мо, V, Nb, W и низким, в пределах 0,10-0,15%, содержанием углерода; сильхромы с содержанием 5-10% Сг, добавками кремния в количестве до 2-3 % и повышенным содержанием углерода до 0,4%. Стали первой группы используют в термически обработанном состоянии. Оптимальная термическая обработка заключается в закалке или нормализации после нагрева до 950-1100 °С (для растворения карбидов) и отпуске при 600-740 °С. Структура термически обработанной стали-смесь легированного феррита и мелких карбидов - обеспечивает необходимую жаропрочность, сопротивление коррозии и релаксационную стойкость. Благодаря высокому содержанию легирующих элементов стали глубоко прокаливаются даже при нормализации (до 120-200 мм) и поэтому более пригодны для деталей крупных сечений, чем перлитные стали. При высоком содержании хрома (10-12%) и других ферритообразующих элементов и низком содержании углерода стали становятся мартенситно-фер-ритными. Количество неупрочняемого при термической обработке феррита невелико, по жаропрочным свойствам мартенситные и мартенситно-фер-ритные стали близки. При длительной эксплуатации они могут применяться до температуры 600 °С. Мартенситные ста- ли данной группы имеют разнообразное применение в паровых турбинах: из них изготовляют диски, лопатки, бандажи, диафрагмы, роторы, а также трубы и крепежные детали. Сильхромы характеризуются повышенной жаростойкостью в среде горячих выхлопных газов и используются для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания. Оптимальные свойства сильхромы имеют после обработки на сорбит. Так, сталь 40Х10С2М закаливают после нагрева до 1030 °С и отпускают при 720-780 °С. Чем больше содержание хрома и кремния в стали, тем выше ее рабочая температура. Жаропрочность сильхромов позволяет применять их при температурах не выше 600-650 °С; при более сложных условиях эксплуатации клапаны мощных двигателей изготовляют из аустенитных сталей. Сильхромы не содержат дорогих легирующих элементов и используются не только для клапанов двигателей, но и для крепежных деталей моторов. Технологические свойства сильхромов хуже, чем у перлитных сталей. Особенно затруднена сварка, требуются подогрев перед сваркой и последующая термическая обработка. Аустенитные стали. Эти стали по жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали и используются при температурах вьппе 600 °С. Основные легирующие элементы-хром и никель. Соотношение между ними и железом выбирают так, чтобы получить устойчивый аустенит, не склонный к фазовым превращениям. Иногда никель заменяют другими аустенитообра-зующими элементами-марганцем, азотом. Ферритообразующие элементы Мо, Nb, Ti, Al, W и др. вводят в стали для повышения жаропрочности: они образуют карбиды или промежуточные фазы. Аустенитные стали содержат, как правило, ~ 0,1 % С, лишь иногда его содержание повьппено до 0,4%. Аустенитные жаропрочные стали подразделяют на следующие группы: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
