Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Конструкционные стали и сплавы.
1.углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества Ст0 – Ст6 (ГОСТ 380-88) и качественные углеродистые стали (ГОСТ 1050-74).
Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. В процессе выплавки они меньше всего очищаются от примесей (серы, фосфора). Сталь отливают в крупные слитки, вследствие чего у них развита ликвация и они содержат большое количество неметаллических включений. С повышением условного номера марки сталей возрастает предел прочности (σв) и предел текучести (σ0,2) и снижается пластичность (δ, ψ). Чем больше толщина проката, тем ниже σв, σ0,2, δ, ψ.
Из сталей обыкновенного качества изготавливают горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Для ответственных сварных конструкций, а также при низких климатических температурах, применяют спокойные стали (Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп). С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается, поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.
Стали обыкновенного качества нередко имеют специализированное назначение (мосто- и судостроение, сельскохозяйственное машиностроение).
Механические свойства сталей могут быть значительно повышены, а порог хладноломкости понижен закалкой в воде с прокатного нагрева. Закалку проводят сразу по выходе сортового проката из клети прокатного стана. После закалки следует самоотпуск за счет теплоты, сохранившейся при неполном охлаждении при закалке.
Качественную углеродистую сталь выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу и структуре, меньшее количество неметаллических включений, регламентированные макро- и микроструктура. Их маркируют цифрами 08,10,15,20,…,85.
Низкоуглеродистые стали (С<0,25%) 05кп,08,07кп,10,10кп обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью, без термической обработки применяют для малонагруженных изделий, тонколистовую холоднокатаную сталь используют для холодной штамповки. Стали 15,15кп,20,25 чаще применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии.
Сталь используют для ответственных сварных конструкций, деталей машин, упрочняемых цементацией.
Среднеуглеродистые стали (0,3- 0,5%С) 30,35,40,45,50,55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. Стали имеют более высокую прочность при более низкой пластичности по сравнению с низкоуглеродистыми.
Стали в отожженном состоянии хорошо обрабатываются резанием. Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой ступенчатого перлита. Прокаливаемость сталей невелика, для повышения прокаливаемости сталь легируют марганцем (40Г,50Г).
Высокоуглеродистые стали (0,6-0,85%С) 60,65,70,80,85 обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами, применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических вибрационных нагрузок (пружины, рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки).
2. легированные конструкционные стали
В качестве легирующих элементов чаще используют недорогие и недефицитные элементы – марганец, кремний и хром. Нередко их еще легируют титаном, ванадием и бором. Для изготовления высоконагруженных деталей сталь легируют никелем, молибденом, вольфрамом, ниобием.
Чем выше легированность стали и меньше размеры полуфабриката, тем стоимость стали больше.
В строительстве получили применение низколегированные стали, в машиностроении – легированные стали.
Большинство конструкционных легированных сталей относится к перлитному классу, а в равновесном состоянии к группе доэвтектоидных.
Высоколегированные стали имеют специальное назначение (коррозионно-стойкие, жаропрочные, немагнитные и др.) и относятся к ферритному, мартенситному, аустенитному и смешанным структурным классам.
Влияние легирующих элементов на свойства стали. В изделиях крупных сечений (Ø свыше 15 –20мм) механические свойства легированных сталей (σв, σ0,2, δ, ψ, КСU) значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей. Они обладают лучшей прокаливаемостью, имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из сталей изготавливают не только крупные изделия, но и изделия небольших сечений сложной формы. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.
При больших концентрациях в стали хрома или марганца порог хладноломкости повышается (для некоторых сечений). В сложнолегированных сталях никель обеспечивает высокое сопротивление хрупкому разрушению.
Легирование стали небольшим количеством (до 0,05- 0,15%) V, Ti, Nb, Zr образующих труднорастворимые в аустените карбиды измельчает зерно, что понижает порог хладноломкости, повышает работу распространения трещины KCT и уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. Легированная сталь после отпуска имеет более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость, чем углеродистая сталь. Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (вольфрамом), что очень важно для крупных изделий. Дополнительно это повышает прокаливаемость (в сочетании с никелем) и устойчивость стали к отпуску. Молибден улучшает механические свойства стали после цементации и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя. Кремний обеспечивает высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу.
Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными (< 0,035% P и < 0,035% S).
3. строительные низколегированные стали
Стали для сварных конструкций без дополнительной термической обработки (ГОСТ19281- 73, ГОСТ19282-73). При сварке они не образуют холодных и горячих трещин, свойства сварного соединения близки к свойствам основного металла. Низколегированные стали имеют более высокие значения временного сопротивления и предела текучести при сохранении хорошей пластичности, меньшей склонности к старению и хрупким разрушениям (низкий порог хладноломкости). Применение этих сталей взамен углеродистых позволяет сэкономить до 15% металла. К ним относятся стали 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 15ГФ, 15Г2СФ, 10Г2Б, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие.
Применение в строительстве термически обработанных профилей и листов, позволяет сэкономить до 50% металла (нормализация, нормализация и высокий отпуск), эти стали упрочняются и благодаря дисперсному упрочнению. Повышение механических свойств достигается контролируемой прокаткой (800-850º С, степень обжатия 15-20%).
Стали, применяемые для стальных конструкций подразделяют на условные классы, исходя из отношения σв/ σ0,2.
Мосты для автотранспорта изготовляют из сталей 15ХСНД, 10ХСНД, 16Г2АФ. Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС, проступающую в нормализованном состоянии, для менее ответственных труб – сталь 17ГС, поставляемую в горячекатаном состоянии. Рекомендованы для труб стали 14Г2САФ, 14Г2СФБ, 16Г2САФ.
4. арматурные стали
Для армирования железобетонных конструкций применяют углеродистую или низколегированную сталь в виде гладких и периодического профиля стержней. Стали классов А-I (Ст3сп,пс,кп), А-II (Ст5сп2,18Г2С) и А-III (35ГС,25Г2С) применяют для ненапряженных конструкций, стали класса А-IV (80С, 20ХГ2Ц), А-V(23Х2Г2Т), А-VI (22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р,20Х2Г2СР) – для армирования предварительно напряженного железобетона.
5. стали для холодной штамповки
Для обеспечения штампуемости отношение σв/ σ0,2 стали должно быть 0,5-0,65 при ψ не менее 40%. Штампуемость в стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Для холодной штамповки применяют холоднокатаные стали 08кп, 08Фкп,08Ю.
Применение стали с ферритно-мартеситной (бейнитной) структурой позволяет уменьшить толщину листов для штамповки деталей, что дает большую экономию металла (09Г2С,09Г2,16ГФР).
6. конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементируемые) легированные стали
Цементацию широко применяют для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей. Для изготовления этих деталей используют низкоуглеродистые стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины. Сердцевина должна обладать высокими механическими свойствами, повышенным пределом текучести и должна быть наследственно мелкозернистой. Свойства стали определяет конечная термическая и химико-термическая обработка.
Хромистые стали 15Х,20Х предназначаются для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1,0-1,5 мм.
Хромованадиевые стали 20ХФ используют для небольших изделий. Ванадий улучшает механические свойства.
Хромоникелевые стали Для крупных деталей применяют сталь 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА. Легирование вольфрамом повышает прокаливаемость.
Хромомарганцевые стали 18ХГТ, 25ХГТ Марганец снижает критическую скорость закалки и повышает прокаливаемость, особенно доэвтектоидной стали. Хромомарганцевые стали значительно дешевле, чем хромоникелевые стали. 25ХГМ- молибден повышает прокаливаемость слоя, устраняет вредное влияние внутреннего окисления и обеспечивает максимальную его твердость.
Хромомарганцевоникелевые стали 20ХГНМ, 19ХГН, 14ХГН обладают мелким зерном, глубокой прокаливаемостью слоя и сердцевины. После цементации стали имеют высокие механические свойства.
Стали, легированные бором. Применяют для деталей, работающих в условиях износа при трении – 20ХГНР, 20 ХГР.
7. конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали
Многие детали машин (коленчатые валы, оси, штоки, шатуны, ответственные детали машин) изготавливают из среднеуглеродистых сталей (0,3-0,5%С) и подвергают закалке и высокому отпуску (улучшение). Улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости. При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению. Механические свойства зависят от принятой температуры отпуска.
Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х. После высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым, для мелких деталей в масле, для крупных - в воде.
Введение 0,1-0,2% V (40ХФА) повышает механические свойства. Применяют для изделий работающих при повышенных динамических нагрузках.
Введение бора (0,002- 0,005%) увеличивает прокаливаемость, повышает порог хладноломкости.
Хромомарганцевые стали. Совместное легирование позволяет получить сталь с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40 ХГ).
Хромокремнемарганцевые стали (хромансил) 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС. Применяют для ответственных сварных конструкций. При введении никеля (1,4-1,8%) достигается лучшая вязкость (30ХСНА). Данные стали чувствительны к концентраторам напряжений (насыщение водородом после обычной закалки и отпуска при гальванических покрытиях или травлениях).
Хромоникелевые стали. 40ХН, 45ХН, 50ХН применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках. Никель обеспечивает наибольший запас вязкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивление хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить < или = 3% Ni.
Хромоникелемолибденовые стали 40ХН2МА. Для предотвращения отпускной хрупкости стали дополнительно легируют молибденом
Хромоникелемолибденованадиевые стали 38ХН3МФ и 36Х2Н2МФА.
Ванадий добавляют для получения мелкозернистой структуры. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостаток этих сталей трудность обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Поковки подвергают противофлокеновой обработке – многократному нагреву при 640-680ºС. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях.
8. стали с повышенной обрабатываемостью резанием
В промышленности широко применяют автоматные стали А12, А20, А40Г, позволяющие проводить обработку резанием с большой скоростью, увеличить стойкость инструмента и получить высокое качество обрабатываемой поверхности. Сера в стали находится в виде MnS (сульфид марганца) включений, которые способствуют образованию короткой и ломкой стружки. Стали применяют для изготовления неответственных изделий (нормали и метизы). Для улучшения обрабатываемости стали легируют селеном (А45Е, А40ХЕ). АЦ20….АЦ60 (кальциевые стали) наиболее дешевые.
9. мартенситно-стареющие высокопрочные стали
Безуглеродистые Н18К9М5Т, Н12К8М3Г2, Н9Х12Д2ТБ (<или= 0,03% С) стали обладают большой прочностью и высоким сопротивлением хрупкому разрушению, упрочняемые закалкой и последующим старением. Стали легко обрабатываются давлением, резанием и хорошо свариваются, хорошо прокаливаются и при закалке деформация изделий незначительна. Стали дорогостоящие.
10. высокопрочные стали с высокой пластичностью (ТРИП или ПНП-стали)
Метастабильные высокопрочные аустенитные стали называют ТРИП-сталями или ПНП-сталями (пластичность, наведенная превращением), стали имеют мартенситную структуру. Для придания стали высоких механических свойств ее подвергают 80 %-ной деформации (прокатка, волочение) при 250-550ºC (ниже температуры рекристаллизации). Для этой группы характерны высокое значение вязкости разрушения K1с и предела выносливости σ-1. Стали используют для изготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей.
11. рессорно-пружинные стали общего назначения
Стали для пружин (ГОСТ14959-79)должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям (σ0,005,σ0,2) пределом выносливости (σ-1), релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть подвергнуты термической обработке – закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования. Часто применяют стали 55С2, 60С2А, 70С3А, дающие хорошие свойства. В условиях сильных динамических нагрузок применяют сталь с никелем 60С2Н2А. Для автомобильных рессор применяют 50ХГА. Срок службы рессор повышают гидроабразивной и дробеструйной обработками. После обработки предел выносливости повышается в 1,5- 2 раза.
Широко применяют пружины, изготовленные из патентированной холоднотянутой проволоки и холоднотянутой ленты из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г,70, У8,У10. Кроме рассмотренных пружинных сталей применяют сталь и сплавы специального назначения. К ним относятся высоколегированные мартенситные (высокохромистые коррозионностойкие стали), мартенситно-стареющие, аустенитные (коррозионно-стойкие, немагнитные и жаропрочные) стали.
12. шарикоподшипниковые стали
Наиболее частой причиной отказа подшипников являются излом, разрушение тел качения и рабочих поверхностей колец, а также усталостное выкрашивание рабочих поверхностей элементов подшипника. Используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляют высокие требования по содержанию неметаллических включений. Электрошлаковый и вакуумно-дуговой переплав уменьшает количество включений и повышает долговечность подшипников. При высоких динамических нагрузках применяют цементируемые стали 20Х2Н4А, 18ХГТ. Для колец тяжелонагруженных роликовых подшипников применяют сталь ШХ49 (буксы железнодорожных вагонов).
13. износостойкие стали
Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов применяют высокомарганцевую сталь литую аустенитную сталь 110Г13Л. Сталь характеризуется низким пределом текучести и сильно упрочняется под действием холодной деформации. Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов применяют стали 30Х10Г10, 04Х14АГ12, 04Х14Г12М.
14. коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
Сталь, устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах (свыше 550ºС), называют окалиностойкой (жаростойкой). Стали, устойчивые к электрохимической, химической (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной и другим видам коррозии, называют коррозионно-стойкими (нержавеющими).
Жаростойкие стали и сплавы. 12Х17, 15Х25Т – ферритные; 20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 – аустенитные стали Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь хрома, алюминия или кремния, т.е. элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2O3. Изготавливают высокотемпературные установки, детали печей и газовых турбин.
Коррозионно-стойкие стали. Составы сталей, устойчивых к электрохимической коррозии, устанавливают в зависимости от среды, для которой они предназначаются. Эти стали можно разделить на два основных класса: хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную (феррита более 10%) или мартенситную структуру, и хромоникелевые, имеющие аустенитную, аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную (феррита более 10%) структуру.
Стали ферритного, мартенситного и мартенситно-ферритного классов. При введении в сталь 12-14% Cr ее электрохимический потенциал становится положительным, и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде слабых растворов кислот, щелочей и солей – стали 12Х13- ферритно-мартенситная; 20Х13, 30Х13-доэвтектоидные; 40Х13- заэвтектоидная. Коррозионная стойкость стали повышается после термической обработки: закалкой и высоким отпуском и созданием шлифованной и полированной поверхности.
Стали 12Х13, 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидропрессов, предметов домашнего обихода), а также изделий, испытывающих действие слабоагрессивных сред.
Стали 30Х13,40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов. Сталь закаливают от 1000- 1050ºC в масле и отпускают при 180-200ºC. После такого отпуска сталь сохраняет мартенситную структуру, высокую твердость (50-60HRC) и достаточную устойчивость против коррозии.
Более высокой коррозионной стойкостью обладают низкоуглеродистые высокохромистые стали ферритного класса: 12Х17, 15Х17Т, 15Х28. Сталь 12Х17 применяют после рекристаллизационного отжига при 760-780ºС. Из нее изготавливают оборудование для заводов пищевой и легкой промышленности и кухонную утварь. Сварку этой стали следует избегать, т.к. получается крупное зерно, низкая пластичность и невысокая коррозионная стойкость. Стали 15Х25Т, 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных изделий, они склонны к сильному росту зерна и охрупчиванию. Стали не претерпевают α->γ-превращений, склонны к межкристаллитной коррозии. Для повышения сопротивления межкристаллитной коррозии сталь легируют титаном в количестве не менее пятикратного содержания углерода. В последние годы применяют суперферриты – сталь 015Х10М2Б.
Стали аустенитного класса. Стали имеют аустенитную структуру, низкий предел текучести, умеренную прочность, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость в окислительных средах, стали парамагнитны – 12Х18Н9, 17Х18Н9. Стали нагревают до 1100-1150ºC и закаливают в воде. Стали хорошо свариваются точечной сваркой и штампуются. Для уменьшения интеркристаллитной коррозии в состав сталей вводят титан: 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т. Стали с пониженным содержанием углерода устойчивы в азотной кислоте и используются для изготовления химической аппаратуры – 04Х18Н10, 03Х18Н12. Устойчивость сталей повышает молибден – стали 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т.
Стали аустенитно-ферритного класса 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т обладают более высокой прочностью при удовлетворительной пластичности. При нагреве до 400-750ºC стали охрупчиваются.
Стали аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю обладают высокими механическими свойствами и хорошо свариваются. Сталь подвергают закалке от 975ºC, затем обработке холодом от -50 до -75ºC для перевода большей части аустенита в мартенсит и подвергают отпуску (старению) при 450-500ºC.
Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе. Сплав 04ХН40МДТЮ обеспечивает высокую коррозионную стойкость в таких средах как, соляная и серная кислоты. Высокое сопротивление коррозии в растворах азотной кислоты имеют сплавы на основе Ni –Mo: Н70МФ, ХН65МВ. Никелевые сплавы используются после закалки от 1070ºC.
Двухслойные сплавы. Они состоят из основного слоя – низколегированной (09ГС, 16ГС, 09Г2С, 12ХМ, 10ХГСНД) или стали Ст.3 и коррозионно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6мм из коррозионно-стойких сталей (08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ, 08Х13) или никелевых сплавов (ХН65МВ, Н70МФ).
15. криогенные стали
Температуры ниже точки кипения кислорода (-183ºC) называют криогенными. Криогенные стали должны обладать достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требование высокой коррозионной стойкости. В качестве криогенных применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, несклонные к хладноломкости. Для сварных конструкций используют стали ОН6А и ОН9А, обладающие низким порогом хладноломкости. Стали применяют после двойной нормализации (при 900 и 790ºС) и отпуска при 560ºС или после закалки в воде от 810-830ºС и отпуска при 600ºС. Из этих сталей изготавливают резервуары для хранения и транспортирования сжиженных газов при температуре не ниже -196ºС.
Аустенитные криогенные стали подразделяют на три группы:
16. жаропрочные стали и сплавы
Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью. Повышение температуры влияет на все механические свойства: понижает модуль упругости (вследствие уменьшения межатомных сил сцеплений), предел текучести и временное сопротивление.
Если при высокой температуре нагрузить металл постоянно действующим напряжением даже ниже предела текучести при этой температуре и оставить его под нагрузкой длительное время, то он в течение всего времени действия температуры и нагрузки будет деформироваться с определенной скоростью. Это явление получило название ползучести. Развитие ползучести приводит к разрушению металла.
Сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки называют жаропрочностью. Чаще жаропрочность характеризуется условным пределом ползучести и пределом длительной прочности.
Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно (0,45-0,8)Тпл. Требуемые сроки службы измеряются от 1-2ч (ракеты) до сотен (авиационные газовые турбины) и многих тысяч часов (стационарные газовые и паровые турбины).
Повышение жаропрочности достигается легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает; созданием у сплава специальной структуры, состоящей из вкрапленных в основной твердый раствор и по границам зерен дисперсных карбидных, и особенно интерметаллидных, фаз, когерентно связанных с матрицей длительное время. Такая структура получается в результате закалки с высоких температур и последующего старения.
Жаропрочные сплавы для работы при высоких температурах (до 700-950ºС) создают на основе железа, никеля и кобальта, а для работы при очень высоких температурах (до 1200-1500ºС) – на основе молибдена и других тугоплавких металлов.
Жаропрочные стали работают при температурах 500-750ºС. чем сложнее по составу стали, тем выше легированность твердого раствора и больше упрочняющих фаз.
Стали перлитного класса (углеродистые и низколегированные теплоустойчивые) 12ХМФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР используют для изготовления деталей энергетических установок, работающих длительное время (10 000-20 000ч) при температурах не выше 500-580ºС. Содержание углерода должно быть 0,08-0,2%. Наиболее высокие значения длительной прочности достигаются после закалки и высокого отпуска (660-700ºС).
Стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов (высокохромистые 8-13%Cr, добавочно легированные W, Mo, V, Nb, B) 15Х11МФ, 18Х12ВМБФР используют для деталей и узлов газовых турбин и паросиловых установок. Сильно повышают жаропрочность вольфрам и ванадий в сочетании с молибденом. Легирование стали бором, цирконием, церием и азотом дополнительно увеличивает жаропрочность. Рабочие температуры сталей достигают 580-600ºС. Стали применяются после закалки и последующего отпуска при 650-750ºС.
Для выпускных клапанов внутреннего сгорания применяют хромокремнистые стали мартенситного класса, получившие название сильхромов 40Х9С2, 40Х10С2М (0,7- 0,9% Mo). Стали применяют после закалки в масле от 1000-1050ºС и отпуска до 800ºС с охлаждением на воздухе или в воде.
Стали аустенитного класса 10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР с высоким содержанием хрома, никеля, марганца для получения структуры аустенита. Стали применяют для деталей (форсированные двигатели и дизели), работающих при 500-750ºС. Аустенитные стали пластичны и хорошо свариваются, обработка резанием их затруднена. Сварной шов при наличии крупного зерна обладает повышенной хрупкостью.
Аустенитные стали по способу упрочнения подразделяют на три группы:
Стали с интерметаллидным упрочнением более жаропрочны, чем стали с карбидным упрочнением.
Для достижения высокой жаропрочности стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением подвергают термической обработке, состоящей из:
Сталь с карбидным упрочнением 40Х15Н7Г7Ф2МС применяют для изготовления деталей газотурбинных установок, работающих при небольших давлениях.
Стали с интерметаллидным упрочнением 10Х11Н23Т3МР,10Х11Н20Т3Р применяют для изготовления сварных элементов высокопрочных конструкций, работающих при температуре до 700-750ºС. Листовую сталь упрочняют закалкой при 1060-1080ºС и старением при 700ºС 3-8часов.
Жаропрочные сплавы на железоникелевой основе ХН35ВТЮ применяют для изготовления деталей паровых и газовых турбин, работающих при 500-750ºС.
Жаропрочные сплавы на никелевой основе ХН77ТЮР, ХН70ВМТЮ, ХН55ВМТКЮ, ХН65ВМТЮ называют нимониками, работающие при температуре до 850ºС. После закалки от 1080-1120ºС сплав имеет структуру, состоящую из перенасыщенного γ-раствора с ГЦК- решеткой, и поэтому обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью, допускающей штамповку, гибку и профилирование. После закалки и старения при 700ºС сплав получает высокую жаропрочность. Никелевые сплавы применяют в литом виде. Направленная кристаллизация и особенно монокристаллическая структура повышают жаропрочность, однако технология получения деталей сильно усложняется.
Никелевые сплавы для повышения их жаростойкости подвергают алитированию (покрытие алюминием).
5