Вопрос 20. Износостойкие и коррозионно-стойкие стали

Износостойкие стали. Подшипники качения – рабочие области подвергаются много цикловым контактным давлениям с проскальзыванием. Критерием выбора материала является высокая сопротивляемость стали контактной усталости и истиранию. Сталь должна обладать высокой твердостью, минимум не металлических включений и металлургических дефектов. Прим-ся шарикоподшипниковые стали ШХ6 – max размер деталей 10 мм, ШХ15ГС – св. 30 мм. Для стабилизации размеров подшипников используют обработку холодом при тем-ре -70 С. Детали работающие в условиях только скольжения изготавливают из графитизированной стали – высокоуглеродистой стали с повышенным содерж. Si. Si способствует графитизации цементита. Графит играет роль смазочного материала. Например матрицы при обработке давлением (в частности при волочении).

Коррозионно-стойкие стали. Хромистые и хромоникелевые стали. Сталь с содерж. Cr 12-14% преобретает устойчивость к коррозии в воде (пресной и морской), в среде кислот, солей, щелочей. Коррозионная стойкость увеличивается после термообработки и придания высокой чистоты поверхности. Содержание С должно быть min, т.к. в присутствии С образуются карбиды.Хромоникелевые более устойчивы к коррозии, чем хромистые. Чтобы увеличить коррозионную стойкость, надо, чтобы структура была однородной. Для этого её подвергают закалке: нагревают при (1100…1200) С и охлаждают в воде. При эксплуатации деталей при повышенных температурах (700-800 С) корроз-я стойкость резко падает, данные стали дополнительно легируют ниобием и титаном, такие стали наз-т стабилизированными (04Х18Н10), широко исполь-ся в авиа- и судостроении.

Стали 12Х13 и 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода), а также изделий, испытывающих действие слабо агрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот).

Наилучшая нержавеющая сталь - Х18Н10Т.

Вопрос 21. Жаростойкие и жаропрочные стали

Жаростойкие стали. Жаростойкость (окалиностойкость) – способность М сопротивляться хим. коррозии сухой газовой среде при высоких тем-рах. Жаростойкие стали Fe с О₂ может образовывать оксиды трёх видов: FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. До (560…600)С окалина состоит преимущественно из плотного слоя оксидов Fe₃O₄ и Fe₂O₃, что затрудняет диффузию атомов О₂ и М. Нагрев выше 600С приводит к интенсивному окислению сплавов на основе Fe. Основным фактором, влияющим на Ж, является хим. состав М, определяющий защитные св-ва оксидной плёнки. Рыхлый оксид Mg почти не защищает М при нагреве. Mg не только быстро окисляется, но и легко воспламеняется при нагреве используется в пиротехнике. Оксиды М II-ой группы при нагреве разрушаются за счёт сублимации в случае Мо и W, так и благодаря растворению в М входящего в них кислорода (Ti, Zr). При увеличении тем-ры сверх определенного предела увеличивается эффективность оксидов М III-ей группы. Для технич Fe предельная рабочая тем-ра нагрева в воздушной среде составляет 560С. М VI-ой группы, благодаря плотной оксидной плёнке с высокими защитными свойствами при нагреве, имеют хорошую Ж. Сr, Si и Al используют для Ж легированных сталей. Оксид легирующего элемента должен быть плотным, не подверженным растрескиванию при нагреве, иметь высокие тем-ры сублимации и плавления. Т.к. высокое содержание Si и Al способствует охрупчиванию и уменш. технологическую пластичность при обработке давлением, основным легирующим элементом является Cr. Жаростойкие св-ва увеличиваются с увеличением его содержания в стали. Сталь, содержащая 5% Cr, сохраняет Ж до 600С (15Х5), 9% (40Х9С2) – до 800С, 17% (08Х17Т) – до 900С. Хромистые марки сталей относятся к сталям ферритного класса. Для изготовления деталей печного оборудования применяют стали 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, имеющие Ж до 1100С. Эти марки относятся к аустенитному классу и характеризуются не только высокой жаростойкостью, но и высокой жаропрочностью. Хотя уровень жаростойкости стали и её max рабочая температура определяются содержанием Cr, увеличение тем-ры эксплуатации обусловливает одновременный рост концентрации Ni, что связано с необходимостью стабилизации аустенитной структуры.

Жаропрочные стали. Жаропрочность (Ж) – способность противостоять развитию пластической деформации и разрушениям под действием механич нагрузок при высоких тем-рах (свыше 500 С). Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей, работающих при высоких тем-рах. Увеличение тем-ры сильно влияет на все механич св-в: уменш. модуль упругости, жёсткость, уменш. предел прочности, уменш. предел текучести. Способы увеличения жаропрочности: 1) легирование тв р-ра. в рез-те этого увеличивается энергия связи м/у атомами, затрудняются процессы диффузии, увелич. тем-ра рекристаллизации. 2) в сплавах создают гетерогенную структуру, когда в сплаве наряду с тв раствором имеется выделение избыточных фаз (карбидов, интерметаллидов). Лучшими жаропрочными сталями являются аустенитные стали. Их состав похож на коррозионно-стойкие стали: 12Х18Н10Т. Основные критерии Ж: 1) предел длительной прочности – напряжение, кот приводит к разрушению образца при заданной тем-ре за определённое время, соответствующее условиям эксплуатации изделий, предел ползучести – напряжение, вызывающее заданную суммарную деформацию за определенное время при заданной тем-ре. Срок службы, на кот рассчитана машина или механизм, определяет выбор критерии жаропрочности и материала для их изготовления.