Жаропрочные стали и сплавы - раздел Образование, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Жаропрочными Называют Такие Стали И Сплавы, Которые Могут Определенное...
Жаропрочными называют такие стали и сплавы, которые могут определенное время работать под нагрузкой при высоких температурах и при этом обладать жаростойкостью.
В теплоэнергетике жаропрочные стали используют для изготовления деталей газовых и паровых турбин, элементов котельных агрегатов и т.п.
С повышением температуры стали уменьшаются предел текучести, временное сопротивление, модуль упругости и возникает ползучесть.
Ползучесть – медленное нарастание при высоких температурах пластической деформации при постоянно действующих напряжениях, меньших предела текучести. Ползучесть приводит к разрушению металла.
Сопротивление металла ползучести и разрушению при высоких температурах и длительном воздействии нагрузки называют жаропрочностью. Жаропрочность оценивается условным пределом ползучести и пределом длительной прочности.
Рабочие температуры жаропрочных сплавов находятся в пределах (0,45…0,8)Тпл, где Тпл – температура плавления, К.
При высоких температурах деформация и разрушение обычно происходят по границам зерен, так как на границах зерен больше дефектов кристаллического строения (вакансий, дислокаций и т.д.).
Жаропрочность стали во многом зависит от величины межатомных связей и структуры. Чем выше температура плавления металла, тем сильнее межатомные связи и выше жаропрочность.
Жаропрочность повышают легированием. В результате увеличивается энергия связи между атомами и процессы диффузии задерживаются, а температура рекристаллизации повышается.
Жаропрочные сплавы, работающие при температурах до 700…900 °С, изготавливают на основе железа, никеля и кобальта, а сплавы, работающие при температуре 1200…1500 °С, – на основе молибдена и ряда других тугоплавких металлов.
В котлостроении широко используют перлитные стали. Они предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450…580 °С. Перлитные жаропрочные стали являются низкоуглеродистыми. Они содержат от 0,08 до 0,15 % С, иногда до 0,2…0,3 %. Содержание легирующих элементов, основными из которых являются хром, молибден и ванадий, не превышает 2…3 % (12Х1МФ, 25Х2М1Ф).
Стали, содержащие 0,12… 0,15 % С, используют для изготовления труб пароперегревателей, паропроводов и других элементов паросиловых установок, температура эксплуатации которых не превышает 570…580 °С. Перлитные стали с содержанием углерода 0,25…0,30 % по жаропрочности уступают перлитным сталям с содержанием углерода 0,12…0,15 % и их эксплуатируют при температурах 525…565 °С. Из них изготавливают роторы паровых турбин. Перлитные стали находят широкое применение благодаря невысокой стоимости, технологичности и удовлетворительной жаропрочности.
Для изделий, работающих при температурах 450…600 °С, применяют мартенситные стали. От перлитных сталей они отличаются повышенной стойкостью к окислению в атмосфере пара или продуктов сгорания топлива. Мартенситные стали содержат 0,35…0,45 % С, 9…10 % Cr, 2…3 % Si (40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ).
Для изготовления дисков, лопаток и других элементов газовых турбин используют стали мартенситно-ферритногокласса, которые могут работать при температурах 600…650 °С. Это высоколегированные стали, которые содержат 11…12 % хрома и небольшое количество молибдена, вольфрама, ванадия (11Х11МФ, 11Х12ВНМФ, 15Х11МФ, 18Х11МФБ).
Для изготовления различных деталей газовых турбин, работающих в интервале температур 600…700 °С, а при умеренных напряжениях – до 800…850 °С, применяют аустенитные стали. Эти стали по жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали. Основные легирующие элементы в этих сталях – хром и никель. Иногда никель заменяют другими аустенитообразующими элементами – марганцем или азотом. Содержание углерода в этих сталях 0,1…0,4 % (10Х11Н20Т3Р, 12Х18Н10Т, 40Х15Н7Г7Ф2МС).
Детали паровых и газовых турбин, работающих при температурах 500…750 °С, изготавливают из жаропрочных сплавов на железоникелевой основе. Структура этих сплавов – твердый раствор хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (ХН35ВТЮ) [4].
Для изготовления рабочих лопаток, турбинных дисков и других деталей теплоэнергетического оборудования, работающих при температуре до 850 °С, применяют жаропрочные стали на основе никеля. Их называют нимониками. Для повышения окалиностойкости никель легируют хромом в количестве (»20 %), а для увеличения жаропрочности – титаном (1,0…2,8 %) и алюминием (0,55…5,5 %). К числу таких сплавов относятся: ХН77ТЮР, ХН70ВТЮ, ХН65ВМТЮ.
Федеральное агентство по образованию... Южно Уральский государственный университет... Кафедра Промышленная теплоэнергетика...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Жаропрочные стали и сплавы
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Атомно-кристаллическая структура металлов
Металлы обладают рядом характерных свойств:
– высокой теплопроводностью и электропроводностью;
– термоэлектронной эмиссией, то есть способностью испускать электроны при нагреве;
Точечные дефекты
Размеры точечного дефекта близки к межатомному расстоянию. К точечным дефектам относятся вакансии и межузельные атомы. Вакансиями называют узлы кристаллической решётки, в которых отсу
Линейные дефекты
Основным видом линейных ДКС являются дислокации. Они бывают краевые и винтовые.
Мысленно надрежем идеальный кристалл и в образовавшуюся щель вставим дополнительную атомную по
Поверхностные дефекты
К поверхностным ДКС относятся: 1) границы зёрен; 2) границы субзёрен.
Поликристалл содержит огромное число мелких зёрен. Границы зёрен представляют собой переходную область, в которой крис
Строение сплавов
Сплавы – материалы, содержащие не менее двух элементов. Сплавы получают в результате сплавления, спекания, плазменного напыления, электролиза и т.п. Они имеют более сложное строение. В слава
Химические соединения
Химические соединения, встречающиеся в металлических сплавах, очень разнообразны. Они отличаются от твёрдых растворов следующими признаками: 1) имеют строго определённый состав и химическую формулу
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. При кристаллизации система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свобо
Упругая и пластическая деформация
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Различают упругую и пластическую деформации.
Упругой называют деформа
Механизм пластической деформации
В монокристаллах пластическая деформация может осуществляться двумя способами: 1) скольжением; 2) двойникованием. Скольжение – это сдвиг одной части кристалла относительно другой. С
Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла
Пластическая деформация вызывает в металле структурные изменения трёх видов:
1) изменяются форма и размеры зёрен. До деформации металл имеет равноосную структуру. В процессе деформации зёр
Разрушение металлов
Разрушение – это процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части.
Разрушение может быть хрупким или вязким. Механизм зарождения
Возврат и полигонизация
Деформированный металл обладает повышенной энергией и поэтому термодинамически неустойчив. В таком металле протекают диффузионные превращения, приводящие его в более устойчивое состояние. При комна
Рекристаллизация
Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зёрен с меньшим количеством дефектов кристаллического строения. В результате рекристаллизации вместо деформированных зёрен образуются новые
Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла
Размер зерна рекристаллизованного металла существенно влияет на его свойства. Металлы и сплавы, имеющие мелкое зерно, обладают большей прочностью и вязкостью. В ряде случаев необходимо, чтобы метал
Холодная и горячая деформации
В зависимости от соотношения температуры, при которой происходит деформация, и температуры рекристаллизации данного металла различают холодную и горячую деформации.
Холодн
Компоненты и фазы в системе железо-углерод
Сплавы железа широко распространены в промышленности. Основными из них являются стали и чугуны. Это сплавы железа с углеродом.
Строение любых сплавов отражается диаграммой состояния. Чтобы
Углерод
Углерод – неметаллический элемент с атомным номером 6. Плотность углерода 2,5 г/см3. Температура плавления ~3500 °С. Углерод имеет две модификации: графит и алмаз. Графит имеет слоистую
Цементит
Цементит – химическое соединение железа с углеродом. Содержит 6,67 % С. Цементит имеет сложную ромбическую решётку. Температура плавления цементита точно не определена из-за его распада при нагреве
При медленном охлаждении
Диаграмма состояния показывает, как указывалось ранее, изменение равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Равновесным является такое состояние, при котором наблюд
Формирование структуры белых чугунов
Белыми называют чугуны, в которых углерод полностью находится в химически связанном состоянии, то есть в виде цементита. Поэтому они кристаллизуются в соответствии с диаграммой состояния Fe–
Белые чугуны
Белыми называют чугуны, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Цементит придаёт излому чугуна специфический светлый блеск. Поэтому чугун называют белым. Фазовые
Серые чугуны
В серых чугунах углерод полностью или большей частью находится в химически свободном состоянии, то есть в виде графита. Графит в сером чугуне имеет форму пластинок либо розеток (рис.6.1, а).
Высокопрочные чугуны
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму (рис. 6.1, б).
Шаровидная форма графита не является активным концентратором напряжений и поэтому меньше ослаб
Ковкие чугуны
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму (рис. 6.1, в).
Ковкий чугун получают из белого чугуна в результате длительного нагрева при высоких температ
Примеси в сталях
Промышленные стали, помимо основных элементов (железа и углерода), всегда содержат и другие элементы. Эти элементы можно разделить на 4 группы: 1) постоянные примеси – Mn (до 0,8 %), Si (до 0,4
Влияние углерода на свойства стали
Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали. После медленного охлаждения структура стали состоит из двух фаз: феррита и цементита.
Феррит – мягкий и пластичный, а цементит – т
Влияние постоянных примесей на свойства стали
Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, сера и фосфор.
Марганец является полезной примесью. Он вводится в сталь для раскисления. Раскисление – это процесс удале
Влияние легирующих элементов на критические точки железа
Легирующие элементы вводятся в сталь для получения необходимой структуры и свойств. Большинство их образуют с железом твердые растворы замещения. Они влияют на положение точек А3 (911 °С
Маркировка сталей
Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4,
Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
Коррозия – это разрушение металла под действием окружающей среды. При коррозии металлы покрываются ржавчиной. Коррозия ухудшает механические свойства металла.
Различают химическую и
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ
Термическая обработка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения до комнатной температуры или ниже с определенн
Отжиг стали
Отжигом называют вид термической обработки, при которой неравновесная структура стали, возникшая в результате литья, ковки, прокатки, сварки и т.п., превращается в структуру близкую к равнов
Нормализация стали
Нормализация является частным видом отжига II рода. При нормализации сталь нагревают на 50…70 °С выше точки АС3, выдерживают при этой температуре для прогрева садки и завершения ф
Закалка стали
Цель закалки – повышение твердости и прочности стали. Она заключается в нагреве до температуры выше критических точек, выдержке при этой температуре и быстрого охлаждения. Таким охлаждением предотв
Отпуск стали
Отпуск стали является заключительной технологической операцией, определяющей ее конечные свойства. Отпуск смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость и
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
Химико-термической обработкой называют технологические процессы, при которых происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя деталей различными элементами. Целью химико-термической обр
Цементация стали
Цементацией (науглероживанием) называют такой вид химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в специальной среде – карбюри
Азотирование стали
Азотирование – это насыщение поверхностного слоя детали азотом. В результате этот слой приобретает высокую твердость, повышенную износостойкость и сопротивление некоторым агрессивным средам.
Нитроцементация и цианирование сталей
Нитроцементация и цианирование – насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом. Если оно проводится в жидких цианистых солях, что процесс называют цианирова
Диффузионная металлизация
Диффузионная металлизация – это процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, титаном – т
Свойства огнеупоров
При сооружении различных нагревательных устройств применяют огнеупорные материалы, которые должны защищать конструкцию от длительного воздействия высоких температ
Огнеупорные изделия
Кремнеземистые огнеупоры
К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO2 ≥ 93 %) и кварцевые (SiO2 > 85 %). С
Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели
Огнеупорные бетонные массы (бетоны), состоят из огнеупорного заполнителя, вяжущего вещества, добавок и пор, затвердевающих при нормальной или повышенной те
Свойства теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы служат для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в различных теплотехнических устройствах. Эти материалы должны обладать малой теплопроводно
Естественные теплоизоляционные материалы
Диатомиты и трепелы – пористые осадочные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2). В диатомитах содержится 90…95 % SiO2, трепе
Искусственные теплоизоляционные материалы
К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и различные волокнистые материалы. Для средне- и высокотемпературных огнетехнических установок
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Материаловедение: учебное пособие/ М.А. Смирнов, К.Ю. Окишев, Х.М. Ибрагимов, Ю.Д. Корягин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – Ч. I. – 139 с.
2. Лахтин, Ю.М. Материалове
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов