ВПЛИВ ХРОМУ ТА АЛЮМІНІЮ НА ВЛАСТИВОСТІ ЖАРОСТІЙКОЇ СТАЛІ
DOI:
https://doi.org/10.20535/2519-450x.6.2015.63151Анотація
До матеріалів, які працюють в умовах високих температур та агресивних середовищ, пред’являють такі вимоги: вони повинні мати високі температури плавлення, окалиностійкість і термостійкість та задовільні ливарні властивості.
Найбільш перспективним і дешевим ливарним матеріалом для виготовлення жаростійких виробів будь-якого призначення є сплави на основі заліза, леговані хромом, алюмінієм, кремнієм, титаном тощо. Серед таких сплавів провідне місце посідають хромоалюмінієві сталі. Ці сплави повною мірою відповідають основним вимогам, які пред’являються до жаростійких матеріалів. Вони мають високі температури плавлення, корозійну стійкість в умовах високих (до 1300°С) температур, задовільні ливарні властивості, є дешевими і недефіцитними.
Досвід експлуатації насадок пальників котлоагрегатів на теплових електростанціях України показує, що термін їх роботи становить 5,5…6,5 років, у той же час міжремонтний період експлуатації котлоагрегатів – 3,5…4,0 років. Отже перед експлуатаційниками постає дилема: при проведенні капітальних ремонтів залишати деталі, які знаходяться ще в робочому стані, чи замінювати їх новими.
Зрозуміло, що оптимальним був би такий варіант, при якому співпадали б термін експлуатації жаростійких деталей з міжремонтним періодом котлоагрегатів.
Дослідженнями підтверджена доцільність використання хромоалюмінієвих сталей з вмістом 25...30% хрому; 1,2...3,0% алюмінію; 0,25...0,35% вуглецю та 0,25...0,60% титану для виготовлення жаростійких литих деталей, які працюють в умовах агресивних середовищ при температурах до 1300°С і мають високі технологічні властивості.
Підвищення вмісту хрому і алюмінію в досліджених сталях супроводжується зниженням їх щільності, оскільки хром і алюміній мають меншу у порівнянні з залізом щільність.
Щільність металу суттєво впливає на характеристики міцності виробів в умовах високих температур, особливо коли вони працюють як консолі. Зменшення щільності сприятиме зниженню рівня деформаційних процесів у таких виробах під час їх експлуатації.
Установлено, що збільшення концентрації хрому значною мірою знижує опір розриванню всіх досліджених сталей через зростання кількості шкідливих домішок і карбідів та їх коагуляції. В структурі металу (рис. 1) з’являються колонії крупних карбідів хрому, які мають гострокутну форму, що сприяє збільшенню концентраторів напружин. Кількість алюмінію в хромистій сталі необхідно визначати з урахуванням дії навантажень на виріб під час його експлуатації. Відомо, що сталі, які містять значну кількість легувальних елементів (хрому, алюмінію, кремнію) мають грубозернинну феритну структуру, яку не можна змінити ніякими режимами термічного оброблення. Поліпшити властивості таких сталей можна тільки додатковим обробленням карбідо- або нітридоутворювальними елементами, а також елементами, які сприяють дисперсійному твердненню металу у формі.
Механічні і експлуатаційні властивості сплавів визначаються, перш за все, їх структурою.
а – 13,8% Cr; б – 22,3% Cr; в – 30,7%
Рисунок 1 – Структура хромоалюмінієвої сталі (0,4% С; 1,0% Al) залежно від вмісту в ній хрому (×100)
Установлено, що суттєвим недоліком сталей з хромом та алюмінієм є їх низька пластичність. Підвищення концентрації хрому та алюмінію зменшує ударну в’язкість досліджених сталей. Під час дослідження міцності та ударної в’язкості за зламами зразків виявлено їх крихке руйнування, а тому відносне подовження всіх досліджених сплавів не перевищує 1%.
Крім того вуглець у хромоалюмінієвій сталі утворює міцні карбіди з хромом та залізом, коефіцієнт термічного розширення яких нижчий, ніж легованого алюмінієм фериту.
Установлено, що зміна вмісту титану від 0,25 до 0,60% зменшує схильність сталей до утворення гарячих тріщин, що пов’язано із додатковим мікролегування хромоалюмінієвого фериту титаном і очищення меж зерен від шкідливих домішок.
Найбільш гомогенну структуру має сталь, попередньо розкиснена алюмінієм. Така структура забезпечує високі механічні і, особливо, експлуатаційні властивості виробів. Алюміній сприяє очищенню меж зерен, покращанню властивостей легованого хромом фериту, а титан справляє зміцнювальну дію внаслідок утворення великої кількості карбонітридів, які є додатковими центрами кристалізації і подрібнюють первинне зерно.
Суттєву зміну структури сталі під дією титану можна пояснити утворенням високотемпературних сполук (TiO2, Ti2O3, TiO, TiN, TiC), які є додатковими центрами кристалізації, сприяють її прискоренню і подрібненню первинного зерна.
Отже комплексне дослідження впливу хрому та алюмінію на властивості вуглецевих сталей дає можливість зробити важливий висновок: для виготовлення високоякісних виливків із жаростійких сталей з урахуванням ливарних та механічних характеристик, останні повинні мати в своєму складі 28…32% хрому та 1,2…2,2 % алюмінію. Для виготовлення виливків простої конфігурації вміст алюмінію може бути збільшеним до 3,0%.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2016 Нові матеріали і технології в машинобудуванні

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Етика автора:
- Автор (або колектив авторів) несе (чи) відповідальність за новизну і достовірність результатів наукового дослідження. Автори статті повинні надавати достовірні результати проведених досліджень. Завідомо неправдиві або сфальсифіковані затвердження неприйнятні.
- Автори повинні гарантувати, що результати дослідження, викладені в поданій рукописи, повністю оригінальні.
- Запозичені фрагменти або твердження повинні бути оформлені з обов'язковим зазначенням автора та першоджерела.
- Неетичні і неприйнятні надмірні запозичення, а також плагіат в будь-яких формах, включаючи неоформлені цитати, перефразування або привласнення прав на результати чужих досліджень.
- Необхідно визнавати внесок всіх осіб, так чи інакше вплинули на хід дослідження, зокрема, в статті повинні бути представлені посилання на роботи, які мали значення при проведенні дослідження.
- Співавторами статті повинні бути вказані всі особи, які внесли істотний внесок у проведення дослідження.
- Автори не повинні надавати в журнал рукопис, яка була відправлена в інший журнал і знаходиться на розгляді, а також статтю, вже опубліковану в іншому виданні.
Етика редакції:
- Редакція несе відповідальність за оприлюднення авторських творів. При прийнятті рішення про публікацію редактор журналу керується достовірністю представлення даних і наукової значимістю даної роботи.
- Редактор повинен оцінювати інтелектуальний зміст рукописів. Виходячи з принципів конфіденційності неопубліковані дані, отримані з представлених до розгляду рукописів, не повинні використовуватися для особистих цілей або передаватися третім особам без письмової згоди автора.
- Редактор не повинен допускати до опублікування інформацію, якщо є достатньо підстав вважати, що вона є плагіатом.
Етика публікацій:
Журнал є виданням відкритого доступу. Всі статті вільні для перегляду, читання, завантаження та друку.
Матеріали приймаються українською, російською або англійською мовами і відповідно публікуються мовою оригіналу.