Курсовая работа: Жаростойкие материалы в транспортостроении

Показатели жаростойкости сталей и сплавов на воздухе

Таблица 2

Жаростойкость сталей и сплавов на основе железа и никеля повышается легированием в основном хромом, алюминием и кремнием, которые могут образовывать плотные оксиды Cr2O3, Al2O3, SiO2. Наибольшее распространение в качестве легирующего элемента получил хром. Высокими защитными свойствами отличаются двойные оксиды-шпинели FtO*Cr2O3 и NiO*Cr2O3, которые образуются в высокохромистых сплавах. жаростойкий легирование коррозия газовый

Из жаростойких наиболее широкое применение нашли хромистые стали (15Х5, 15Х6СЮ). Стали, содержащие 5-6% Cr, обладают достаточно высокой жаростойкостью до 600-650С, а стали с 14-15 % Cr - до 800С. При более высоких температурах требуется применять стали с более высоким содержанием хрома (12Х17, 15Х28). Недостатком высокохромистых сталей является склонность к росту ферритного зерна. для предотвращения охрупчивания при длительных нагреваъх сталь дополнительно легируют титаном - сильным карбидообразующим элементом (08Х17Т, 15Х25Т, 08Х18Т1). Стали без титана применяют для деталей, работающих при высоких температурах в отсутствии больших нагрузок, например нагревателей.

Дополнительное легирование хромистых сталей алюминием и кремнием повышают их жаростойкость. В качестве жаростойких применяют легированные кремнием хромистые стали - сильхромы (40Х9С2, 40Х10С2М6, 30Х13Н7С2), которые широко используют в автостроении. Однако содержание алюминия и кремния в отличие от хрома в сталях ограничено, так как эти элементы ухудшают их технологические свойства. Этот недостаток исключается при совместном легировании хромом и алюминием. Химический состав этих сталей и сплавов приведен в ГОСТ 10994-74 "Сплавы прецизионные. Марки".

Легирование никелем улучшает технологические и прочностные свойства хромоникелевых аустенитных сталей, но значительно удорожает их. Стали и сплавы с никелем необходимо применять только в тех случаях, когда требуется повышенная жаропрочность и пластичность. Разработаны жаростойкие хромомарганцевые стали, легированные алюминием [6], которые можно использовать как жаростойкие до 900-950С. Они имеют высокие механические свойства и хорошую технологичность. В сплавах системы Fe-Ni-Cr, предназначенных для работы до 1050С, марганец может лишь частично заменить никель (до 10%). Следует выделить сплав ХН45Ю, который обладает лучшими свойствами, чем сплавы на основе никеля. это единственный сплав, который работает при 1350С (до 100 ч). Стали ХН35ЮС, 10Х18Н18Ю, 10Х10Н20ЮС содержат еще меньшее количество никеля, но их можно эксплуатировать до 1200С (первую) и 1100С (две последние). Сплавы системы Fe-Ni-Co-Cr являются высокожаростойкими, но легирование кобальтом связано в основном с необходимостью повышения жаропрочности [7].

Никель обладает более высокой жаростойкостью в окислительных средах, чем железо, так как его единственный оксид NiO менее дефектный, чем оксид FeO. Высокая жаростойкость нихромов (сплав никеля с хромом) объясняется прежде всего образованием шпинели NiO*Cr2O3. Жаростойкие сплавы на никелевой основе имеют в основном структуру твердых растворов, мало упрочняются термической обработкой и обладают невысокой прочностью и жаропрочностью, но хорошей технологичностью. нихромы имеют высокое удельное электрическое сопротивление, поэтому их используют в качестве материала для нагревателей, а также для изготовления камер сгорания, газопроводов и деталей газотурбинных установок.

Никелевый сплав, содержащий 20% Cr - основа большинства жаростойких никелевых сплавов, в которых содержание углерода ограничено 0,1 %. марганец уменьшает жаростойкость этих сплавов. кремний с этой целью также не используется, так как он снижает технологичность сплава. для создания высокожаростойких никелевых сплавов используют алюминий. лучший жаростойкий никелевый сплав - Х2Н80Ю3.

Жаростойкие сплавы на основе никеля в окислительных средах (парах воды, кислороде, синтетическом аммиаке) более стойки, чем сплавы на основе железа. Однако в серосодержащих средах никель нестоек к газовой коррозии. Присутствие серы снижает температуру применения никелевых сплавов в окислительных средах до 550С, а в восстановительных - до 260С.

Жаростойкие сплавы на основе железа и никеля не претерпевают фазовых превращений, и поэтому их термическая обработка состоит в высокотемпературном нагреве для выращивания зерна или снятия напряжений. Механические свойства термически обработанных полуфабрикатов из жаростойких сталей приведены в таблице 3.

Механические свойства сортовой жаростойкой стали, термообработанной в соответствии с рекомендациями ГОСТ 5949-75 [10]

Таблица 3

В таблице 4 приведены характеристики сплавов применяемых для нагревателей, которые составляют особую группу. Они отличаются сочетанием жаростойкости с высоким омическим сопротивлением [9].

Предельные рабочие температуры tпред. и марки сплавов, рекомендуемые к применению в различных средах.

Таблица 4

6. Жаростойкие чугуны

Широкое применение в промышленности находит жаростойкий чугун как наиболее дешевый и доступный материал. Жаростойкость чугуна определяется его сопротивлением окалинообразованию (не более 0,5 г/(м2*ч)). увеличению массы и росту (не более 0.2%) при заданной температуре в течение 150 ч. Для деталей, работающих при температурах до 300С, можно использовать простые серые чугуны при условии получения мелкого графита. До 450-500 С удовлетворительными характеристиками обладают отливки из модифицированного и ковкого чугуна. незначительное легирование хромом (иногда совместно с никелем) позволяет повысить температуру использования чугунов до 700С. Не менее важным фактором являются высокие литейные характеристики простых и низколегированных чугунов. Более тяжелые условия работы и необходимость применения отливок для работы при температурах выше 600-700С требуют обязательного использования специальных чугунов [11]. при выборе типа чугуна помимо жаростойкости и ростоустойчивости необходимо принимать во внимание и изменение механических характеристик с температурой, а также учитывать экономическую целесообразность его использования.

Требования по химическому составу, режимам термической обработк и механическим свойствам жаростойких чугунов определены ГОСТ 7769-82 " Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки." К основным легирующим элементам жаростойких чугунов относятся хром, кремний и алюминий. При разработке этих чугунов руководствуются теми же принципами жаростойкого легирования, что и при разработке жаростойких сталей. рекомендации по применению жаростойких чугунов приведены в таблице 5, а их механические свойства в таблице 6 [11].

Жаростойкие чугуны.

Таблица 5