Стали аустенитного класса

Жаросто́ йкая (окалиносто́ йкая) сталь - это сталь, обладающая стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550 °C, работающая в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаростойкость (окалиностойкость) стали характеризуется сопротивлением окислению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые изменяют состав и строение окалины. В результате введения в сталь необходимого количества хрома (Cr) или кремния (Si), обладающих бо́ льшим родством с кислородом (O), чем железо (Fe), в процессе окисления на поверхности образуются плотные оксиды на основе хрома или кремния. Образовывающаяся тонкая плёнка из этих оксидов затрудняет процесс дальнейшего окисления. Чтобы обеспечить окалиностойкость до температуры 1100 °C в стали должно быть не менее 28% хрома (например сталь 15Х28). Наилучшие результаты получаются при одновременном легировании стали хромом и кремнием.

Маркировка

Пример: 20Х25Н20С2.

Цифры вначале маркировки указывают на содержание в стали углерода в сотых долях процента.

Буква без цифры - определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1%:

Х - хром;

Н - никель;

С - кремний;

Т - титан;

М - молибден.

Буква и цифра после неё - определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).

Классификация

Жаростойкие стали подразделяются на несколько групп:

хромистые стали ферритного класса;

хромокремнистые стали мартенситного класса;

хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса;

хромоникелевые аустенитные стали.

Хромистые стали ферритного класса

Пример: 15Х25Т, 15Х28.

Могут применяться для изготовления сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже минус 20 °C; для изготовления труб для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах; аппаратуры, деталей, чехлов термопар, электродов искровых зажигательных свечей, труб пиролизных установок, теплообменников; для спаев со стеклом. Жаростойкость - до 1100 °C.

Хромокремнистые стали мартенситного класса

Пример: 40Х10С2М.

Применяются для изготовления клапанов авиационных двигателей, автомобильных и тракторных дизельных двигателей, крепёжные детали двигателей.

Хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса

Пример: 20Х23Н13.

Применяются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах в слабонагруженном состоянии. Жаростойкость до 900-1000 °C.

Хромоникелевые аустенитные стали

Пример: 10Х23Н18, 20Х25Н20С2.

Применяются для изготовления листовых деталей, труб, арматуры (при пониженных нагрузках), а также деталей печей, работающих при температурах до 1000-1100 °C в воздушной и углеводородной атмосферах.

62. Износостойкие стали сплавы

Износоойкие стали и сплавы

Стали и сплавы износостойкие в условиях истирающего износа (трения качения, трения скольжения). В подобных условиях работают детали типа шарико- и роликоподшипников, валы, детали дорожных и землеройных машин.

Чтобы материал имел повышенную износостойкость в таких условиях, необходима высокая твердость.

Наряду с высокоуглеродистыми сталями в качестве износостойких материалов используют белый чугун, твердые сплавы. Последние имеют исключительно высокую износостойкость.

Особую группу износостойких сталей составляют шарикоподшипниковые стали, имеющие около 1 % C и от 0, 6 до 1, 5 % Cr: ШХ6 (0, 6 % C), ШХ9 (0, 9 % C), ШХ15 (1, 5 % C) и др.

В качестве износостойкого сплава используется и графитизированная сталь. Такая сталь имеет в своем составе повышенное содержание углерода (1, 3…1, 75 %) и кремния (1, 3…1, 75). Благодаря этому часть углерода в стали выделяется в виде графита.

Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов.

Износостойкие материалы в условиях действия ударного изнашивания в абразивной струе. Типичными – деталями подвергающимися подобному износу, являются рабочие органидезинтеграторов (мельниц для дробления песка).

Наиболее износостойкими материалами в условиях ударного абразивного износа являются твердые сплавы типа ВК, состоящие из карбидов вольфрама и кобальта при содержании кобальта около 6 % (ВК6), но этот материал очень дорог. Более перспективными являются спеченные стали с карбидным упрочнением, у которых износостойкость помимо карбидов создается упрочняющей термической обработкой.

Износостойкая высокомарганцовистая сталь марки Г13 для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками. Сталь Г13 имеет в своем составе 1…1, 4 % углерода и 12…14 % марганца, она имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 HB). Сталь Г13 широко используется для изготовления таких деталей, как корпуса шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д. Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.

К износостойким сталям относятся графитизированные стали, содержащие 1, 3…1, 75% С и» 1, 0% Si. В состоянии литья такая сталь имеет структуру перлит + цементит. В результате графитизирующего отжига (820…840 °С, 5ч и медленное охлаждение с печью до 600°С, затем на воздухе) цементит графитизируется, образуя точечные включения графита. Такая сталь имеет прочность sв=850МПа и хорошую износостойкость благодаря смазывающему действию графита. В термообработанном состоянии графитизированная сталь может использоваться для изготовления штампов холодной высадки, калибров, траков, других деталей, работающих на износ.

В качестве износостойкой используют также марганцовистую сталь Г13, 110Г13Л, широко известную как сталь Гатфильда. Содержание углерода в стали этого типа 1, 1…1, 2%, содержание марганца»13%, соотношение Mn/C³ 10. Однофазное аустенитное состояние сталь приобретает в результате закалки от 1050…1100°С в воду. Несмотря на невысокую твердость 180…220НВ сталь Гатфильда обладает высокой износостойкостью в условиях абразивного изнашивания с высокими удельными давлениями, с ударными нагрузками вследствие развития наклепа в поверхностных нагруженных слоях.

Марганцовистую сталь типа Г13 используют для изготовления черпаков экскаваторов, звеньев гусениц, трамвайных крестовин, деталей камнедробилок и др.

Для повышения сопротивления износу часто используют наплавки изнашиваемых поверхностей порошковой смесью карбидов W2C+WC или специальными сплавами: сормайтом, а также сталинитом.

Наплавка сормайтом состава 3, 0%С, 30%Cr, 5%Ni, 3%Si, остальное Fe имеет твердость 50HRC. У менее легированной и содержащей меньшее количество углерода сормайтовой наплавки 1, 7%С, 15%Cr, 2%Ni, 2%Si, остальное Fe твердость (40HRC), а следовательно и износостойкость меньше.

Наплавка сталинитом состава 1, 0%С, 20%Cr, 15%Mn, 3%Si, остальное Fe имеет структуру аустенит + карбиды, а твердость ³ 65HRC.

63. Магнитномягкие стали и сплавов их маркировка свойства и область применения

Магнитомягкие материалы. Эти материалы используют для изготовления магнитопроводов (сердечники трансформаторов, электрических машин, реле, электромагнитов).

Главные требования к электромагнитным материалам - это малое значение коэрцитивной силы Нс, высокая или повышенная магнитная проницаемость и малые потери при перемагничивании.

Характерным для этих материалов является узкая петля гистерезиса.

Магнитомягкими материалами являются технически чистое железо (железо армко), электротехническая сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои), альсиферы, ферриты и оксиферы, магнитодиэлектрики.

Технически чистое железо должно иметь меньше 0, 05 % С и минимальное количество других примесей, которые уменьшают значение µ и повышают значение Нс. Таким же образом влияет наклёп, поэтому железо используется в отожжённом состоянии. Магнитные свойства технического железа: Нс= 1, 2 Э (эрстед) (1Э =79, 5 А/м), µ = 3500….4500 Гн/Э (Ге́ нри (обозначение: Гн) — единица измерения индуктивности в системе СИ. Цепь имеет индуктивность один генри, если изменение тока со скоростью один ампер в секунду создаёт электродвижущую силу, равную одному вольту), удельное электросопротивление ρ = 0, 1 Ом Х мм2/м.

Техническое железо используют главным образом для магнитопроводов постоянного тока (реле, электромагниты, полюсы электрических машин и т.д.). Недостатком этих материалов является высокая электропроводность, благодаря чему при перемагничивании в сердечниках имеют место значительные потери мощности из-за возникновения вихревых токов Фуко.

Электротехническая сталь имеет в своём составе мало углерода (до 0, 05%) и значительное количество кремния (1…5%). Благодаря этому повышается электросопротивление до 0, 3…0, 6 Ом Х мм2/м и уменьшаются потери мощности за счёт уменьшения вихревых токов.

Коэрцитивная сила Нс электротехнической стали находится в пределах 0, 5…1 Э, магнитная проницаемость составляет 12000…20000 Гн/Э.

Выпускают много марок магнитомягких материалов: 1212, 1311 и др…Принцип маркировки следующий: первая цифра показывает класс по структурному состоянию металла и виду проката; вторая – содержание кремния; третья -- группу по основной нормируемой характеристике стали. Вместе первые три цифры обозначают тип стали; четвёртая -- порядковый номер типа стали.

По характеру производства магнитомягкие стали подразделяются на горячекатаную, холоднокатаную с разной степенью развития текстуры. Степень текстурированности влияет на магнитные характеристики, которые увеличиваются с развитием текстуры.

Наличие кремния в составе стали резко ухудшает пластичность стали тем более, чем больше его в составе стали.

Стали с содержанием кремния до 2 % имеют повышенную пластичность. Их используют для изготовления пакетов роторов и статоров электрических машин. Такая сталь называется динамной.

Стали с содержанием кремния более 2 % более хрупки, из них изготовляют листы для сердечников трансформаторов. Такой сплав называется трансформаторным железом.

Железоникелевые сплавы (пермаллой) (45…78 % Ni; остальное –Fe) имеют магнитную проницаемость µ до 105 Гн/Э. Поэтому такие сплавы очень широко используются в качестве магнитопроводов в слаботочной промышленности (радио, телефон, телеграф).

Альсиферы (5, 4 % Al, 9, 6 % Si, 85 % Fe) относятся к литейным сплавам (µ ≤ 117 000 Гн/Э). Преимущество альсиферов перед пермаллоями -- меньшая дефицитность, так как в их составе нет никеля.

Ферриты и оксиферы -- металлокерамические материалы. Их изготовляют прессованием с последующим спеканием ферромагнитного оксида железа с оксидами двухвалентных металлов типа ZnO, NiO, MgO…..Отличительной особенностью ферритов является их очень высокое электросопротивление. Применяются они в высокочастотной технике (сердечники радиотрансформаторы, контурные катушки).

Магнитодиэлектрики изготавливают методом порошковой металлургии из порошков карбонильного железа, альсифера или магнетита с изолирующим материалом. Получаемые материалы отличаются постоянством магнитной проницаемости. Применяются они в аппаратуре связи и в радиоаппаратуре.

64. Магнитнотвердые стали и сплаы их свойства маркировка и область применения