Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Строительная энциклопедия

Н

НЕРЖАВЕЮЩАЯ ЖАРОПРОЧНАЯ ДЕФОРМИРУЕМАЯ СТАЛЬ

 

Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

- сталь, обладающая высокой прочностью и окалиностойкостью при высоких темп-рах. Предназначается для изготовления деталей силовых установок, работающих при высоких темп-рах под большими нагрузками (рабочие лопатки и диски газовых турбин, детали турбокомпрессоров, крепежные детали и т. п.). Высокие жаропрочные св-ва стали достигаются спец. легированием, особой технологией выплавки и сложной термич. обработкой. Легирование нержавеющей жаропрочной деформируемой стали заключается во введении в твердый раствор неск. легирующих элементов, играющих различную роль в работе детали при высоких темп-рах под нагрузкой. С одной стороны, необходимы такие легирующие элементы, к-рые в процессе работы или при термич. обработке способствуют развитию дисперсионного твердения и упрочнению твердого раствора; с др. стороны, такие легирующие элементы, к-рые повышают энергию связи твердого раствора, тормозят диффуз. процессы обмена атомами в кристаллич. решетке, связанные с коагуляцией выпавших фаз, и замедляют рекристаллизац. процессы.

Роль элементов, способствующих развитию дисперсионного твердения в сплавах с карбидным упрочнением, выполняют углерод, ванадий и хром, при взаимодействии к-рых выделяются высокодисперсные карбиды VG и Сг23С6.

В сплавах с интерметаллидным упрочнением развитие дисперсионного твердения обеспечивают титан и алюминий. При старения или во время работы сплава эти элементы вместе с никелем образуют интерметаллидные фазы и тем самым способствуют упрочнению сплава. В сплавах с малым содержанием никеля (до 25%) титан является осн. упрочняющим элементом, а в сплавах на никелевой основе упрочнение связано как с титаном, так и с алюминием. Роль элементов, подавляющих диффузионные процессы, выполняют тугоплавкие металлы— вольфрам, молибден, ниобий; их присадка

к сплавам обоих указанных типов повышает темп-ру рекристаллизации твердых растворов и замедляет коагуляцию выпавших фаз.

Взаимодействие выделяющихся при повыш. темп-рах интермета л лидных или карбидных фаз с твердым раствором обусловливает более высокое сопротивление сплавов пластич. деформации при высоких рабочих темп-рах. Присадка малых добавок бора (0,005—0,015%), а также кальция, бария, циркония, магния и нек-рых др. редкоземельных элементов весьма полезна для упрочнения границ зерен и повышения жаропрочности сплавов.

 

 

Обычно термич. обработка нержавеющей жаропрочной деформируемой стали состоит из закалки с высоких темп-р с образованием твердого раствора (закалка на аустенит) и последующего старения при умеренных темп-рах. Цель закалки — перевести выделившиеся или же раздробленные при горячей обработке карбиды и интерме- таллиды в твердый раствор и гомогенизировать сплав. Создание определ. степени пересыщения у твердого раствора необходимо для последующего упрочнения сплавов за счет дисперсионного твердения, протекающего при повыш. темп-рах.

Темп-ра и длительность старения выбираются в зависимости от легирования стали и условий работы деталей. В нек-рых сталях, напр. ЭИ481, старение на макс, твердость опасно, т. к. этим вызывается большая чувствительность стали к надрезу вследствие резкого ее охрупчивания; небольшое повышение темп-ры старения способствует смягчению стали вследствие коагуляции дисперсных частиц. Применяется также более сложная термич. обработка, состоящая из одинарной или двойной закалки, одинарного или двойного старения. Напр., двойное старение для стали ЭИ481 и двойная закалка для стали ЭИ787.

Эксплуатац. стойкость деталей газотурбинных двигателей в сильной степени зависит от величины зерна или разнозернистости нержавеющей жаропрочной деформируемой стали. Обычно разнозернистость образуется при термообработке деталей, горячая обработка давлением к-рых происходила в зоне критич. степеней деформации.

Разнозернистая структура чаще образуется в тех частях детали, в к-рых пластич. деформация была затруднена вследствие снижения темп-ры металла при ковке, штамповке или из-за конструктивных особенностей детали, затрудняющих течение металла в штампе при деформации. Когда детали с разнозерни- стой структурой подвергаются воздействию напряжений при высоких темп-рах, то участки с мелкозернистой структурой, обладая большей пластичностью, легко деформируются под действием напряжений. Вследствие этого на участки с крупнозернистой структурой, обладающие меньшей пластичностью, приходится большая нагрузка, что приводит к преждеврем. растрескиванию стали по границам зерен. Трещины во время работы деталей с разнозернистой структурой появляются в первую очередь на стыке более крупных зерен.

Для повышения эксплуатац. стойкости деталей из нержавеющей жаропрочной деформируемой стали весьма важно избегать образования наклепа при их механич. обработке. Наличие наклепа на поверхности деталей повышает диффузионную подвижность и способствует увеличению грубозернистости и охрупчиванию материала даже при невысоких темп-рах. Наклепанный слой следует удалять электрохимия, травлением.

Кроме хромистых нержавеющих сталей, в машиностроении применяется аустенитная жаропрочная сталь: с карбидным упрочнением, напр. 4Х14Н14В2М (ЭИ69), 4Х15Н7Г7Ф2МС (ЭИ388), 4Х12Н8Г8МФБ турбины стационарных установок).

Хромоникельвольфрамовая сталь 4Х14Н14В2М (ЭИ69) применяется гл. обр. для выпускных клапанов двигателя внутр. сгорания (см. Клапанная сталь) и в газотурбостроении в качестве крепежного материала. В последнем случае она успешно заменяется более экономичной сталью ЭИ388.

Для клапанов сталь применяется в состоянии после горячей обработки давлением с хорошим измельчением зерна и после отжига в течение 5 час. при 820°.

Xромомарганцовоникелевая сталь 4Х15Н7Г7Ф2МС (ЭИ388) является наиболее дешевой, применяется для различных деталей газотурбинных установок, к-рые работают при сравнительно небольших нагрузках (турбовозы, газовые детали подвергают алитированию или электролитич. никелированию. Сталь успешно применяется для крепежных деталей после закалки с 1180°, 8-часового старения при 300° и 10—15 мин. нагрева при 900° в соляной ванне из 50% NaN03 и 50% KN03.

Хромомарганцовоникелевая сталь 4Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) применяется для изготовления турбинных дисков весом от 50 до 500 кг и диаметром до 1 ж, а также для бандажных колец, соединяющих диски, экранов, лабиринтных уплотнений и крепежных деталей. Для дисков не требуется сложной технологич. операции — полугорячего наклепа, т. к. необходимое упрочнение получается за счет термич. обработки, состоящей из закалки в воде и двойного старения. На рис. И показано изменение механич. св-в стали в зависимости от темп-ры. Сталь с высокой твердостью, получаемой в результате старения при 650—700°, имеет высокую прочность, но по- ниж. и неустойчивую жаропрочность вследствие повышения чувствительности к надрезу при рабочих темп-рах порядка 650°. Для уменьшения чувствительности к надрезу сталь подвергают двойному старению (1-е — при 670° в течение 16 час., 2-е — при 780— 800° в течение 14— 16 час.). Этим достигается хорошая жаропрочность стали и устойчивость работы дисков. 2-му

старению следует подвергать только обод диска с целью большего его смягчения. В целях экономии никеля в стали данного типа и исключения из хим. состава ниобия разработана более дешевая сталь ЭИ734. Эта сталь имеет те же св-ва, что и сталь ЭИ481, и рекомендуется для ряда деталей, работающих при высоких темп-рах (бандажи, болты, шпильки и диски).

Хромоникельтитанистая сталь Х12Н20ТЗР (ЭИ696) применяет- ся для изготовления турбинных дисков, силовых деталей корпуса турбин, соединит, колец, валов, деталей соплового раструба. Камеры дожигания, изготовл. из листового материала, вполне удовлетворительно работают до 800°. По жаропрочным св-вам данная сталь близка к никелевому сплаву ХН77ТЮР (ЭИ437Б), равноценна никелевому сплаву ХН77ТЮ, (ЭИ437А) и среди Н. ж. д. с. на железной основе является наиболее дешевой сталью. На рис. 12 показано изменение жаропрочных св-в стали Х12Н20ТЗР с изменением темп-ры.Высокие жаропрочные св-ва получаются за счет применения термич. обработки, состоящей из закалки на аустенит с 1100— 1180° и последующего дисперсионного твердения при 750—775°. В целях устранения усадки закалку следует проводить в масле при темп-ре около 1100° и двойное старение: 10 час. при 750—800° и 10—20 час. при 600—650°, охлаждение на воздухе.

Охлаждение при закалке для малых сечений следует производить на воздухе, а для больших сечений — в масле.

Для крепежных и др. деталей высокой прочности при 500—600° применяется термо- механич. обработка: нагрев 1120°, деформация в горячем состоянии с обжатием 20%; двойное старение; 16 час. при 700—750° и 10—20 час. при 600—650°, охлаждение на воздухе (сь= 100 кг!мм2; о0?2= 70 кг!мм2, 6 = 15%, of) = 20%). Минимальная прочность и твердость стали при комнатных темп-рах получается при закалке на ау- стенит с 1000—1150°. В этом состоянии сталь хорошо штампуется. Наибольшее изменение твердости стали происходит при старении в интервале 650—750°.

Сталь ЭИ696А является модификацией стали ЭИ696 и применяется для деталей, изготовляемых из листа с помощью сварки и работающих при темп-ре не выше 800°. Детали лучше свариваются в закаленном на аустенит состоянии (закалка с 1000°). При точечной и роликовой сварке необходимо более высокое давление электродов, а при аргонодуговой — постоянство условий сварки во избежание появления трещин. Сталь ЭИ696А с содержанием 2,4— 2,7% Ti и 0,008% В и с меньшим содержанием алюминия сваривается лучше, чем сталь с высоким содержанием алюминия. Сваренные детали для повышения прочности подвергают старению при 700—750° в течение 5—16 час.

Хромоникельтитанистая сталь Х12Н22ТЗМР (ЭИ696М и ЭПЗЗ) тоже является дисперсионно-твердеющей с интерметаллидным упрочнением. Предназначается для изготовления высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей, работающих при темп-рах до 750° (турбинные диски, диски компрессора, дефлекторы, кольцевые детали, рабочие и компрессорные лопатки). Закалка деталей, работающих при темп-рах до 600°, проводится при 950—1050° в масле, двойное старение в течение 16 ч. при 720—750° и в течение 16 ч. при 600—650°. Для деталей, работающих при 650—750°, целесообразно производить закалку при 1100—1130° с охлаждением на воздухе, старение в течение 16—25 ч. при 750—785° и 10—16 ч. при 600—650°. Для деталей, работающих в условиях концентраций напряжений (диски, лопатки турбин) при этих же темп-рах, рекомендуется закалка при 1120° в масле и двойное старение: при 830—850° в течение 2—5 час. и при 700° в течение 16—25 час. Сталь ЭИ696М по длит, прочности близка к никелевому сплаву ЭИ437Б и может его заменять при 700 и 750°.

Сталь ЭИ696М отличается от ЭИ696 (благодаря присадке ю молибдена) меньшей склонностью к разупрочнению при охлаждении на воздухе во время термич. обработки, что очень важно при изготовлении дисков и др. деталей больших размеров и сечений.

Хромоникельтитанистая сталь ХН35ВТЮ (ЭИ787) предназначается для деталей газотурбинных двигателей, работающих от 500 до 750°. Для деталей, работающих при 500—650° и высоких напряжениях, термомеханич. обработка состоит из нагрева заготовок до 1150°, деформации в горячем состоянии с большими степенями обжатия и последующего старения в течение 16 час. при 750°. Для деталей, работающих при 650—750°, применяется двойная закалка: с 1150° на воздухе (выдержка 6 час.) и с 1050° на воздухе (выдержка 4 часа) и затем старение в течение 8 час. при 830° с охлаждением на воздухе. Изменение механич. св-в стали с повышением темп-ры показано на рис. 15. Данная сталь очень плохо сваривается.

Хромоникельтитанистая сталь ХН35ВМТР (ЭИ692) относится к слабодисперсионно-твердеющим сталям, применяемым в турбостроении при изготовлении лопаток и крепежных деталей, работающих при 650—700° со сроком службы порядка 10 000 час. Сталь имеет удовлетворит. пластичность в условиях длит, разрыва при 650—700° и окалиностойкость до 850°.

Хромоникелевая сталь ХН35ВТ (ЭИ612) относится к сталям, упрочняемым за счет дисперсионного твердения и легирования вольфрамом. Сталь предназначается для лопаток, дисков и роторов турбины, длительно работающих при 650—680°.

Хромоникельтитано алюминиевая сталь (ЭП105) является дисперсионно-твердеющей с интерметал- лидным упрочнением. Кроме интерметал- лидной У'-ФАЗЫ> в структуре стали присутствуют карбиды титана TiC, нитриды титана TiN и боридная фаза «У», в к-рую входит незначит, количество хрома и железа. Сталь обладает высокими жаропрочными св-вами, особенно при 750—800°. Применяется для лопаток и дисков газовых турбин, работающих до 800°, вместо никелевых сплавов ЭИ437А, ЭИ437Б.

Хромоникельтитанистая сталь ХН35ВТР (ЭИ725) применяется для изготовления корпусов турбин, направляющих лопаток, работающих при 750°. Сталь относится к группе дисперсионно- твердеющих иимеет повыш. жаропрочность.

 

Лит.: Химушин Ф. Ф., Жаропрочные газотурбинные стали и сплавы, в кн.: Современные сплавы и их термическая обработка, М., 1958; его же, Легирование, термическая обработка и свойства жаропрочных сталей и сплавов, М., 1962; Приданцев М. В. и Эстулин Г. В., «Сталь», 1957, № 7; Приданцев М. В. иЛанская К. А., Стали для котлостроения, М., 1959; A symposium on high-temperature steels and alloys for gas turbines, L., 1952 (The Iron and Steel Institute. Special report, № 43); Simmons W. F., Krivo- bok V. N., Compilation of chemical compositions and rupture strengths of super-strength alloys, Phil., 1957 (ASTM. Special technical publication, № 170А).

 

 

  Свойства нержавеющей стали. Нержавеющие стали хромистые ...

Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевой нержавеющей стали делятся на аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные
www.bibliotekar.ru/spravochnik-149-metalloizdeliya/121.htm

 

  КОРРОЗИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ - коррозионная стойкость нержавеющих ...

Как правило, в окислит, средах нержавеющие стали обладают высокой коррозионной ... В последнее время установлено, что нержавеющие стали теряют также свою ...
bibliotekar.ru/spravochnik-181-2/148.htm

 

  Какие условия приводят к коррозии. Коррозия материалов и защита от неё

Но такие нержавеющие стали слишком дороги для широкого применения. Чаще применяют так называемые коррозионностойкие стали. Благодаря
www.bibliotekar.ru/materialy/70.htm

 

К содержанию книги:  Энциклопедия строителя. Словарь строительных терминов

  

Последние добавления:

 

Кузнечно-штамповочное оборудование   Прокатное производство