Высокие жаропрочные свойства сталей типа Х10Н20 достигаются после термообработки, состоящей из закалки с температур 1100-1200° С и последующего старения при 700-800° С. Чем больше сечение изделия, тем выше должны быть температуры закалки и старения. Для малых сечений хорошие результаты получаются после закалки на воздухе с 1100-1150° С, а для больших сечений после закалки на воздухе с 1150-1180° С. В первом случае достаточно старение в течение 16 ч при 700° С, а во втором температуру старения необходимо повышать до 750 - 800° С.
Использование в промышленности: турбинные диски, кольцевые детали, крепежные детали, детали компрессора и рабочей части турбины с рабочей температурой до 700 град.; сталь аустенитного класса.
Сталь 40Х9С2, сталь жаропрочная
высоколегированная. Сталь с особыми физическими и химическими свойствами:
коррозионно-стойкие, жаростойкая и жаропрочная, (ГОСТ 5632-72
<http://www.profprokat.ru/content/view/1165/3/>),предназначена для
деталей, работающих в условиях высоких температур и агрессивных газов(хим
состав представлен в таблице 4). К сталям стойким против всех видов коррозии
относятся, например, такие стали, как 20Х13
<http://www.profprokat.ru/content/view/766/76/>, 17Х18Н9
<http://www.profprokat.ru/content/view/730/76/>; к жаростойким (стойким к
образованию окалины при температуре >550°С) 40Х9С2; к жаропрочным (прочным
при температурах до 1000°С и более) - 36Х18Н25С2
<http://www.profprokat.ru/content/view/659/75/> и др. Из указанных сталей
изготавливают детали газораспределительных механизмов, выпускных трубопроводов,
системы питания и др. Например, сталь 40Х9С2 используется для тарелок выпускных
клапанов (стержень из стали 40Х
<http://www.profprokat.ru/content/view/203/52/>) автомобильных,
тракторных моторов, трубок рекуператоров, теплообменников, колосников.
Жаростойкие стали и сплавы получают на базе системы Fe - Cr с добавками
алюминия и кремния (сильхромы, хромали, сильхромали). Основным потребительским
свойством этих сталей является температура эксплуатации, которая должна быть
более 550°С.
Таблица 4.
|
Химический состав, % |
||||||||
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Ti |
Cu |
|
0.35 - 0.45 |
2 - 3 |
до 0.8 |
до 0.6 |
до 0.025 |
до 0.03 |
8 - 10 |
до 0.2 |
до 0.3 |
Жаростойкие стали устойчивы против газовой коррозии до 900 - 1200°С в воздухе, печных газах, в том числе, серосодержащих (15Х5 <http://www.profprokat.ru/content/view/642/75/>, 15Х6СЮ <http://www.profprokat.ru/content/view/639/75/>, 40Х9С2, ЗОХ13Н7С2 <http://www.profprokat.ru/content/view/661/75/>,12Х17 <http://www.profprokat.ru/content/view/773/76/>, 15Х28 <http://www.profprokat.ru/content/view/767/76/>), окислительных и науглероживающих (20Х20Н14С2 <http://www.profprokat.ru/content/view/666/75/>) средах, но могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так при 15% Cr температура эксплуатации изделий составляет 950°С, а при 25% Cr - 1300°С.Жаростойкость зависит от состава стали, а не от её структуры, поэтому жаростойкость ферритных и аустенитных сталей при равном количестве хрома практически одинакова. Жаростойкие стали и сплавы используются для производства труб, листов, деталей высокотемпературных установок, газовых турбин и поршневых двигателей, печных конвейеров, ящиков для цементации и др. Для работы при температуре 500-600 гр. С применяют стали мартенситного класса: высокохромистые, например 15Х11МФ <http://www.profprokat.ru/content/view/675/75/> для лопаток паровых турбин: хромокремнистые (называемые сильхромами), например 40Х9С2 для клапанов моторов: сложнолегированные, например 20Х12ВНМФ <http://www.profprokat.ru/content/view/668/75/> для дисков, роторов, валов.
Для получения оптимальной жаропрочности детали из этих сталей подвергают закалке в масле с температуры 100-150гр С и отпуску при 700-800 С (в зависимости от стали). Сталь 40Х9С2 после закалки имеет структуру мартенсита и твердость НRС~60, а после отпуска - структуру сорбита, твердость НRC~30. Жаростойкость сталей мартенситного класса до температуры 750-850 гр.С. Сталь 15ХМ <http://www.lasmet.ru/steel/mark.php?s=263>- сталь жаропрочная низколегированная (ГОСТ 4543 - 71), применяется для изготовления втулок гусениц тракторов, различных деталей, работающих при температуре от -40 °С до +560 °С под давлением, деталей трубопроводов с закалкой в воду или на воздухе и отпуском на воздухе, трубной заготовки, предназначенной для изготовления бесшовных холоднодеформированных, теплодеформированных, горячедеформированных, в том числе горячепрессованных, и горячепрессованных редуцированных труб, предназначенных для паровых котлов и трубопроводов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара.
Химический состав сплава 15ХМ
приведен в таблице 5.
Таблица 5.
|
Химический состав % |
|||||||||||
|
Fe |
C |
Cr |
Cu |
Mn |
Mo |
Ni |
P |
S |
Si |
Ti |
W |
|
96 |
0,11- 0,18 |
0,8-1,1 |
≤0,30 |
0,4-0,7 |
0,4-0,55 |
≤0,30 |
≤0,035 |
0,17-0,37 |
- |
- |
|
Вывод: на основании приведенных
свойств материалов можно сделать вывод что сталь 40Х9С2 наиболее подходит для
изготовления изделий работающих при температуре 700 °С так как является
жаропрочным и жаростойким материалом.
Заключение
Материаловедение является одной из важнейших дисциплин, рассказывающей о свойствах чистых металлов и сплавов, рассматривает как поведет себя заданный материал при определенной температуре.
Знание структуры и свойств материалов приводит к созданию принципиально новых продуктов и даже отраслей индустрии. Однако и классические отрасли также широко используют знания, полученные учёными-материаловедами для нововведений, устранения проблем, расширения ассортимента продукции, повышения безопасности и понижения стоимости производства. Эти нововведения были сделаны для процессов литья, проката стали, сварки, роста кристаллов, приготовления тонких плёнок, обжига, дутья стекла и др.
В ходе выполнения первой части курсовой работы изучили диаграмму W-Ni, построили кривые охлаждения для данной диаграммы, изучили вольфрамоникелевый сплав, а также назначать вид термической обработки.
Во второй части, исходя из поставленной задачи, научились выбирать сплавы по заданным условия электропроводности, пластичности и выбирать сталь удовлетворяющую условиям жаропрочности.
Задание на курсовую работу
выполнено в полном объеме.
Список литературы
1. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 648 с.: ил.
. Конструкционные материалы: Справочник / под редакцией Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990
. Марочник сталей т сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Ваткин; под общ. Ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640с.
. Вольфрам/ государственное научно-техническое изд-во черной и цветной металлургии Коллин Дж. Смителлс 1988-340с.
. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов / Ю.М. Лахтин, Изд.2, «Металлургия», 1979
. Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов/ Е.М Савицкий; Изд-во «Наука» 1985-460с.