Austenitická nehrdzavejúca oceľ. Vysokolegované austenitické ocele a zliatiny. Výrobky z ausnitickej ocele
Austenitické žiaruvzdorné ocele sa používajú na výrobu ventilov motorov, lopatiek plynových turbín a iných „horúcich“ častí prúdových motorov - hlavne na prevádzku pri 600-700 °C.
Všetky austenitické žiaruvzdorné ocele obsahujú veľké množstvo chrómu a niklu, ako aj prísady iných prvkov.
Austenitické žiaruvzdorné ocele majú množstvo spoločných vlastností – vysokú tepelnú odolnosť a odolnosť proti tvorbe okují, vysokú ťažnosť, dobrú zvárateľnosť a veľký koeficient lineárnej rozťažnosti. V porovnaní s perlitickými a martenzitickými oceľami sú však technologicky menej vyspelé: spracovanie a rezanie týchto zliatin je náročné; zvarový šev má zvýšenú krehkosť; Hrubozrnnú štruktúru získanú v dôsledku prehriatia nemožno korigovať tepelným spracovaním, pretože v týchto oceliach nedochádza k fázovej rekryštalizácii. V rozmedzí 550-600 °C tieto ocele často krehnú v dôsledku precipitácie rôznych fáz pozdĺž hraníc zŕn.
Austenitické ocele možno rozdeliť do dvoch skupín:
1) nevytvrdené tepelným spracovaním, t. j. náchylné na disperzné vytvrdzovanie (podmienečne ich nazývajme homogénne, aj keď v skutočnosti obsahujú druhé fázy, ale v množstvách, ktoré nespôsobujú silný účinok starnutia):
2) tvrdené tepelným spracovaním a používané po kalení + popúšťaní. Zosilnenie vzniká v dôsledku precipitácie karbidových, karbonitridových alebo intermetalických fáz. Schopnosť starnúť je spôsobená prítomnosťou určitých prvkov (okrem chrómu a niklu) v množstvách presahujúcich limit rozpustnosti.
Chróm a nikel sú hlavnými legovacími zložkami týchto ocelí. Prvý určuje odolnosť proti tvorbe vodného kameňa a nikel určuje stabilitu austenitu. Pri nedostatku niklu je možná čiastočná tvorba α-fázy, čo zhoršuje tepelnú odolnosť.
Zloženie najdôležitejších austenitických žiaruvzdorných ocelí je uvedené v tabuľke. 67. Ocele prvej (homogénnej) skupiny sa používajú ako žiaruvzdorné a nehrdzavejúce ocele, preto budú podrobnejšie popísané v ďalšej kapitole, ale tu sa obmedzíme na údaje o ich odolnosti voči okují a žiaruvzdornosti (viď. Tabuľky 68, 69).
Dlhodobé pôsobenie pri prevádzkových teplotách (500-700 °C) krehne oceľ v dôsledku uvoľňovania prebytočných fáz pozdĺž hraníc zŕn (obr. 336) a vytvárania takzvanej -fázy (sigmatizácie), ktorá je intermetalickou zlúčeninou tzv. typu Tieto premeny prebiehajú veľmi pomaly.
Ocele druhej skupiny, na rozdiel od prvej, sú nestabilné a náchylné na tvrdnutie v dôsledku rozkladu tuhého roztoku (klesá viskozita).
Tepelné spracovanie týchto ocelí pozostáva z kalenia pri 1050-1100°C vo vode a popúšťania - starnutia pri 600-750°C. Toto popúšťanie - starnutie spôsobuje zvýšenie tvrdosti v dôsledku
Tabuľka 67. (pozri sken) Zloženie austenitických žiaruvzdorných ocelí (GOST 5632-72), %
Ryža. 336. Mikroštruktúra austenitickej žiaruvzdornej ocele, a - po kalení; b - po starnutí pri 650 °C
disperzné vytvrdzovanie: pri starnutí sa nadbytočné fázy uvoľňujú hlavne pozdĺž hraníc zŕn (pozri obr. 336).
Samozrejme, účelom takéhoto tepelného spracovania je zvýšiť tepelnú odolnosť; Austenitické ocele druhej skupiny majú tepelnú odolnosť
vyššie ako homogénne austenitické ocele, čo sa vysvetľuje jemným rozdelením druhej fázy, čo je však výhodou len pre krátku životnosť; počas dlhej životnosti sa prebytočná vytvrdzovacia fáza koaguluje a potom môžu homogénne zliatiny v tepelnej odolnosti prekonať zliatiny vytvrdzované precipitáciou.
Je to zrejmé z porovnania údajov uvedených v tabuľke. 68 a 69.
Tabuľka 68. (pozri sken) Vlastnosti niektorých austenitických ocelí (homogénne)
Tabuľka 69. (pozri sken) Tepelne odolné vlastnosti niektorých precipitačne kalených austenitických ocelí
Okrem týchto ocelí na viac-menej všeobecné účely existujú austenitické žiaruvzdorné ocele pre užšie aplikácie: na liate diely s vysokou odolnosťou proti okují (časti pecí, napríklad retorty), plechové obkladové materiály podliehajúce ohrevu atď.
Zloženie niektorých z týchto špeciálnych zliatin odolných voči teplu a tvorbe vodného kameňa, ktoré naznačuje ich odolnosť voči tvorbe vodného kameňa, je uvedené v tabuľke. 62.
Oceľ legovaná chrómom, niklom a mangánom, ktorá si pri ochladzovaní z vysokých teplôt na izbovú a nižšiu zachováva štruktúru y-tuhého roztoku (austenitu). Na rozdiel od feritickej nehrdzavejúcej ocele je austenitická nehrdzavejúca oceľ nemagnetická, má strednú tvrdosť a pevnosť, nízku medzu klzu a vysokú ťažnosť. Svätí (b a d) 50 %). Vo vzťahu k austenitickej nehrdzavejúcej oceli je kalenie tepelnou operáciou. spracovanie, ktoré fixuje austenitickú štruktúru. Keď je obsah niklu alebo mangánu v oceli nedostatočný na vytvorenie úplne austenitickej štruktúry, získajú sa medzištruktúry: austenit + ferit, austenit + martenzit atď. V oceli systému Fe-Cr-Mn kvôli nižšej účinnosti mangánu pri tvorbe austenitickej štruktúry je rozvinutejší austenit + ferit alebo austenit-4-martenzit.
Zvýšenie obsahu chrómu, zavedenie titánu, nióbu, kremíka, tantalu, hliníka a molybdénu prispievajú k tvorbe feritovej fázy. Zvýšenie obsahu niklu a zavedenie dusíka, uhlíka a mangánu naopak prispievajú k rozšíreniu rozsahu existencie austenitu a jeho väčšej stabilite. Legujúce prvky podľa účinnosti ich austenitotvorného vplyvu sú usporiadané v nasledujúcom poradí. sekvencie (s uvedením podmienených koeficientov): uhlík (30), dusík (26), nikel (1), mangán (0,6-0,7), meď (0,3). Feritotvorné prvky: hliník (12), vanád (11), titán (7,2-5), kremík (5,2), niób (4,5), molybdén (4,2), tantal (2,8), volfrám (2,1), chróm (1 ).
Dlhodobé zahrievanie nehrdzavejúcej austenitickej ocele na 700-900 ° alebo pomalé ochladzovanie z vysokých teplôt spôsobuje tvorbu tvrdej a krehkej intermetalickej fázy olova, čo môže viesť k veľmi silnej strate viskozity. Ohrev ocele nad 900° tento jav eliminuje a zabezpečuje prechod krehkej a-fázy na tuhý roztok. Precipitácia a-fázy môže nastať priamo z austenitu alebo z feritu vzniknutého po transformácii u-N.a.s., ktorý má vo svojej štruktúre 0-fázu, je náchylnejší na praskanie v dôsledku tepelných zmien. Stupeň účinnosti vplyvu legujúcich prvkov na zníženie teploty martenzitickej premeny sa tým zvyšuje. poradie: kremík (0,45), mangán (0,55), chróm (0,68), nikel (1), uhlík alebo dusík (27).
Uvoľňovanie karbidov z tuhého roztoku (austenitu) spôsobuje zmenu koncentrácie legujúcich prvkov v ňom, čo môže spôsobiť čiastočnú štrukturálnu premenu a zmenu magnetizmu najmä v zliatinách ležiacich blízko hranice medzi oblasťami y ~ a a-fázy. K tejto premene dochádza prevažne pozdĺž hraníc zŕn, kde je tuhý roztok najviac ochudobnený o uhlík a chróm, vďaka čomu je oceľ náchylná na medzikryštalickú koróziu. Pri vystavení agresívnemu prostrediu sa takáto oceľ rýchlo kazí a čím silnejšie, tým vyšší je obsah uhlíka.
Nehrdzavejúca austenitická oceľ strednej skupiny (00X18N10, 00X17G9AN4, 0X17N5G9BA) na krátky čas. zahrievanie 5-30 minút. nie je veľmi náchylný na medzikryštalickú koróziu. To umožňuje vykonávať zváranie bez rizika medzikryštalickej korózie v zvarovom spoji a tepelnej zóne. vplyv, ak sa vykoná dostatočne rýchlo.
Pevnosť chrómniklovej ocele môže byť výrazne zvýšená mechanickým spevnením počas valcovania za studena, ťahania a razenia. V tomto prípade môže Bb dosiahnuť 120 kg! mm2 pre plech a pásku, 00,2 sa zvýši na 100-120 kg! mm2 pre plast. vlastnosti klesnú z 50-60% na 10-18%. Táto rezerva plasticity je však dostatočná na výrobu dielov. Pre drôt sa zvyšuje na 180-260 kg!mm2. V porovnaní s nehrdzavejúcou feritickou a semiferitickou oceľou
Chrómniklové ocele typu 18-8 (00Х18Н10, 0Х18Н10, Х18Н9, 2Х18Н9). V Ch. arr. ako elektródový drôt na zváranie. Čím nižší je obsah uhlíka vo zváracom drôte, tým vyššia je korózia. trvanlivosť zvaru. Ocele Kh18N9 a 2Kh18N9 majú aj krátkodobo silný sklon k medzikryštalickej korózii. zahrievanie v rozsahu miernych teplôt, preto sú diely po zváraní podrobené vytvrdzovaniu na austenitickú štruktúru. V hlavnom Ocele X18N9 a 2X18N9 sa používajú v za studena kalených podmienkach na výrobu vysokopevnostných leteckých a automobilových dielov, spájaných bodovým alebo valcovým elektrickým zváraním.
Chróm-mangánovo-niklová oceľ Kh14G14N s obsahom chrómu 12-14% je náchylná na medzikryštalickú koróziu pri zváraní a po zahriatí v nebezpečnej oblasti teplôt. Používa sa na časti zariadení, ktoré vyžadujú vysokú ťažnosť a nemagnetické vlastnosti. Korózia životnosť je blízka 12-14% chrómových ocelí. Po vytvrdnutí je v pevnosti lepšia ako oceľ typu 18-8. Uspokojivo zvarené ručne aj automaticky. valčekové a bodové zváranie prídavným drôtom z chrómniklovej ocele typ 18-8. Termálne Spracovanie ocele po zváraní (okrem bodového spracovania) sa stanovuje v závislosti od obsahu uhlíka metódou kontrolných skúšok zváraných vzoriek na medzikryštalickú koróziu v súlade s GOST 6032-58.
Oceľ 2Х13Г9Н4 sa používa na výrobu vysokopevnostných konštrukcií, Ch. arr. z profilov valcovaných za studena. pásky. Pevnosť a tvrdosť tejto ocele rastie pri deformácii za studena rýchlejšie ako u chrómniklovej ocele typu 18-8. Preto by pri valcovaní pásov za studena nemali byť dovolené veľké stupne deformácie, aby sa predišlo nadmernej strate ťažnosti.
Táto oceľ spoľahlivo funguje v hlbokom chlade a je široko používaná v potravinárskom priemysle. Udržuje vysokú mechanickú St. do 450°. Má sklon k medzikryštalickej korózii, preto slúži ako Ch. arr. na výrobu dielov, ktorých spojenie sa vykonáva pomocou bodového alebo valcového zvárania. Z rovnakého dôvodu počas term pri spracovaní pásov valcovaných za studena by sa mali použiť vyššie úrovne. rýchlosť ochladzovania.
X rum-mangán-niklové ocele s obsahom chrómu 17-19% a prídavkom dusíka (X17AG14 a X17G9AN4) majú vysokú odolnosť proti atmosférickej korózii a v oxidačnom prostredí. Pre diely vyrobené pomocou oblúkového, argónového, plynového a vodíkového atómového zvárania je potrebné použiť oceľ s nízkym obsahom uhlíka (0,03 – 0,05 %) a prísne kontrolovať proces, aby sa zabránilo vzniku tendencie k medzikryštalickej korózii pri zváraní. kĺbov. Pre diely vyrobené bodovým alebo valcovým zváraním a diely, ktoré sú po zváraní vystavené tepelnému šoku. spracovanie, ako aj pre diely pracujúce v atm. podmienok možno použiť oceľ tohto typu s vyšším obsahom uhlíka.
Chrómniklové ocele typu 18-8 s prísadami titánu alebo nióbu (Х18Н9Т, Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, 0Х18Н12Т, 0Х18Н12Б). Prídavky titánu alebo nióbu znižujú náchylnosť ocele na medzikryštalickú koróziu. Titán a niób tvoria stabilné karbidy, ako sú TiC a NbC, zatiaľ čo chróm, ktorý je užitočný na zvýšenie odolnosti proti korózii, nie je súčasťou karbidov a zostáva v pevnom roztoku. Titán sa do ocele pridáva 4-5,5-krát viac a niób 8-10-krát viac ako uhlík. Keď je obsah titánu alebo nióbu vo vzťahu k uhlíku na spodnej hranici, oceľ nie je vždy odolná voči medzikryštalickej korózii, najmä v podmienkach dlhej životnosti dielov pri miernych teplotách (500-800°). Je to spôsobené vplyvom dusíka, ktorý je v oceli vždy prítomný a ktorý viaže časť titánu do nitridov, ako aj vplyvom tepelného spracovania. Prehrievanie ocele počas tepelného spracovania spracovanie (nad 1100°) alebo zváranie sa považuje za škodlivé najmä v prípadoch, keď je pomer medzi titánom a uhlíkom na spodnej hranici podľa vzorca Ti ^5 (%G -0,02). V tomto prípade sa oceľ 1Kh18N9T kalená pri teplotách nad 1150° stáva náchylnou na medzikryštalickú koróziu. V prípade noriem, tepelných režimov. spracovanie (kalenie od 1050°) a krátkodobo. ohrevu je potrebné, aby pomer titánu alebo nióbu k uhlíku bol aspoň 5 a 10. Pre životnosť a obsluhu dielov pri 500-750° je dôležité, aby tieto pomery boli pre titán aspoň 7-10 a 12 pre niób. Aby sa znížila náchylnosť ocele k medzikryštalickej korózii, je vhodné výrazne znížiť obsah uhlíka na 0,03-0,05%. Odolnosť zváraných spojov z ocele tohto typu proti korózii závisí od obsahu titánu a uhlíka v základni. kov a zvar zvar. Pretože Titán sa pri zváraní veľmi vypáli, preto sa na elektródy používajú špeciálne. povlaky, ktoré obsahujú titán vo forme ferotitanu na kompenzáciu straty titánu vo výplňovom drôte. Najčastejšie plniaci drôt z chrómniklovej ocele typu 18-8 bez titánu, ale s veľmi nízkym (^0,06 %) obsahom uhlíka (ocele 0H18H9 a 00H18H10) alebo elektródy vyrobené z ocele typu 18-12 s nióbom (0H18H12Б) sa používajú. Vo zvarových spojoch vyrobených z ocele 1H18Н9Т, pracujúcich v prostrediach obsahujúcich dusík, môže dôjsť k nožovej korózii v dôsledku zvýšeného (>0,06 %) obsahu uhlíka v oceli. Preto sú časti zariadenia na výrobu kyseliny dusičnej vyrobené z ocele 0Х18Н10Т s obsahom uhlíka 0,06%. Okrem toho má takáto oceľ celkovo vyššiu odolnosť proti korózii.
V nanesenom zvarovom kove zvarového spoja medzi oceľou a titánom, ktorý má dvojfázovú štruktúru (y+a), je možná transformácia -^a počas dlhšieho zahrievania v miernom teplotnom rozsahu (650-800°), vysoká krehkosť zvaru. Na obnovenie húževnatosti zvaru a zvýšenie korózie. Pre trvácnosť sa odporúča použiť stabilizačnú kúru pri teplote 850-900°. Je tiež veľmi užitočný na odstraňovanie tvrdnutia a elimináciu korózneho praskania pod napätím vo vriacom chloride horečnatom a iných prostrediach obsahujúcich ióny chlóru.
Chróm-mangán-niklová oceľ s nióbovou prísadou 0Kh17N5G9BA má vyššiu odolnosť proti medzikryštalickej korózii a vysokej korózii. odpor vo zvarových spojoch pracujúcich v plynnom dusíku. Oceľ nemá úplnú odolnosť proti medzikryštalickej korózii pri dlhodobom vystavení nebezpečným teplotám, vykazuje sklon k medzikryštalickej korózii po dlhšom zahrievaní na 500-750° (obr. 7). Pri vysokých teplotách má približne rovnaké mechanické vlastnosti. Svätí, že chrómniklové ocele typu 18-8.
Oceľ Kh14G14NZT má vyššiu pevnosť a vysoká ťažnosť, nie je náchylný na medzikryštalickú koróziu a môže byť použitý na výrobu zváraných dielov bez následného tepelného spracovania. spracovanie. Mechanický Vlastnosti tejto ocele možno zvýšiť valcovaním za studena. Zahriatie v rozsahu teplôt 500-700° nemení mechanické vlastnosti. St. oceľ pri izbovej teplote. Oceľ sa vyrába vo forme tyčí, plechov a pásov a dá sa dobre zvárať všetkými druhmi zvárania pri použití oceľového zváracieho drôtu typu 18-8 bez alebo s nióbom.
Chrómniklové molybdénové oceleХ17Н13М2Т a X 17H 13M 3T sa používajú pri výrobe zariadení na výrobu umenia, hnojív, v papiernictve, v chemickom priemysle. strojárstvo a priemysel spracovania ropy. Ocele vykazujú vysokú koróznu odolnosť voči síre, vriacemu fosforu, kyseline mravčej a octovej a ocele s vysokým obsahom molybdénu - v horúcich roztokoch bieliaceho vápna. Ocele s vysokým obsahom uhlíka (>0,07 %) sú náchylné na medzikryštalickú koróziu počas zvárania a pomalého ochladzovania, ako aj v podmienkach dlhodobého zahrievania v miernom rozsahu: teplota.
Chrómniklové molybdénové ocele sa dajú dobre zvárať pomocou prídavného drôtu rovnakého zloženia ako zvárací materiál.
Chróm-nikel-molybdénová oceľ 0Х23Н28М2Т, vďaka prísade molybdénu a vysokému obsahu niklu, má vysokú odolnosť proti korózii v zriedených roztokoch kyseliny sírovej (do 20%) pri teplote nepresahujúcej 60 ° C, kyseline fosforečnej s obsahom fluoridových zlúčenín a iných vysoko agresívnych prostrediach. Používa sa v častiach strojov na výrobu umeleckých diel a hnojív. Po vytvrdnutí na austenit má oceľ strednú pevnosť a vysokú ťažnosť, s dobrou zvariteľnosťou. Napriek obsahu titánu je oceľ po krátkom čase náchylná na medzikryštalickú koróziu. zahrievanie na 650°, ak je pomer obsahu titánu k obsahu uhlíka menší ako 7.
Technologické vlastnosti nehrdzavejúcej austenitickej ocele sú celkom vyhovujúce, tlakové spracovanie sa vykonáva pri 1150-850° a pre ocele s meďou je rozsah spracovania za tepla zúžený (1100-900°). Nerezová austenitická oceľ je pri vysokých teplotách menej náchylná na rast zŕn ako martenzitické a feritické ocele. Pri izbovej teplote N.a.s. má vysoký koeficient. lineárna expanzia, ktorá sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou ohrevu a znižuje koeficient. tepelná vodivosť. Avšak pri vysokých teplotách je rozdiel medzi a a q N.a.s. a feritickej ocele klesá. Preto vykurovanie N.a.s. pri nižšej Teploty by sa mali vykonávať pomaly a pri vysokých teplotách (nad 800 °) - rýchlo.
Lit.: Khimushin F.F., Nerezové ocele, M., 1963; jeho, „Kvalitná oceľ“, 1934, č. 4; 1935, č. 1;
XImushin F.F. a Kurova O.I., tamtiež, 1936, č. 6, Khimushin F.F.2 Ratner S.I., Rudbakh Z. Ya, „Steel“, 1939, č. 8, s. 40; Medovar B.I., Zváranie chrómniklových austenitických ocelí, 2. vydanie, Kyjev - M., 1958; Metalurgia a tepelné spracovanie ocele. Directory, 2. vydanie, zväzok 2, M., 1962;
Schaeffler
A.
L., «
Kovové
Progr", 1949,v. 56, č. 5, r. 680;PríspevokS. V., E, b e g 1 rW.
S., «
Trans.
Amer. Soc. Kovy“, 1947, v. 39, s. 868; Sympózium o povahe, výskyte a účinkoch sigma fázy, Phil., 1951 (ASTM. Special techn. publ., č. 110); Sympózium o hodnotiacich skúškach pre nehrdzavejúce ocele, , 1950 (ASTM. Special techn. publ., č. 93); Rosenberg S. J., D a r r J. H., „Trans. Amer. Soc. Kovy“, 1949, v. 41, str. 1261; K r 1 v o b o k V. N., Linkoln R. A., tamže, 1937, v. 25, č. 3.
ocele sa delia na austenitické, austeniticko-feritické, austeniticko-martenzitické
www..htm
Existujúce austenitické vysokolegované ocele a zliatiny sa vyznačujú obsahom hlavných legujúcich prvkov - chrómu a niklu a zložením základu zliatiny. Za vysokolegované austenitické ocele sa považujú zliatiny na báze železa legované rôznymi prvkami v množstve do 55 %, v ktorých obsah hlavných legujúcich prvkov – chrómu a niklu – zvyčajne nie je vyšší ako 15, resp. 7 %. Medzi austenitické zliatiny patria zliatiny železa a niklu s obsahom železa a niklu vyšším ako 65 % s pomerom niklu k železu 1:1,5 a zliatiny niklu s obsahom niklu najmenej 55 %.
Austenitické ocele a zliatiny sú klasifikované
- podľa legovacieho systému,
- konštrukčná trieda,
- vlastnosti
- a oficiálny účel.
Vysokolegované ocele a zliatiny sú najdôležitejšie materiály široko používané v chemickom, ropnom, energetickom a inom priemysle na výrobu konštrukcií pracujúcich v širokom rozsahu teplôt. Vysokolegované ocele a zliatiny sa pre svoje vysoké mechanické vlastnosti pri teplotách pod nulou používajú v mnohých prípadoch ako ocele odolné voči chladu. Vhodný výber legujúcich prvkov určuje vlastnosti a hlavný účel použitia týchto ocelí a zliatin (tab. 1 – 3).
Charakteristickým znakom ocelí odolných voči korózii je nízky obsah uhlíka (nie viac ako 0,12%). Pri vhodnom legovaní a tepelnom spracovaní majú ocele vysokú odolnosť proti korózii pri 20°C a zvýšených teplotách tak v prostredí plynov, ako aj vo vodných roztokoch kyselín, zásad a tekutých kovových médií.
Žiaruvzdorné ocele a zliatiny majú vysoké mechanické vlastnosti pri zvýšených teplotách a schopnosť dlhodobo odolávať tepelnému zaťaženiu. Na udelenie týchto vlastností sú ocele a zliatiny legované spevňovacími prvkami - molybdénom a volfrámom (každý do 7%). Dôležitou legujúcou prísadou zavedenou do niektorých ocelí a zliatin je bór, ktorý podporuje zjemnenie zrna.
Žiaruvzdorné ocele a zliatiny sú odolné proti chemickej deštrukcii povrchu v plynnom prostredí pri teplotách do 1100 – 1150°C. Zvyčajne sa používajú na málo zaťažené diely (vykurovacie telesá, armatúry pecí, systémy plynovodov atď.). Vysoká odolnosť týchto ocelí a zliatin je dosiahnutá legovaním hliníkom (až 2,5 %) a kremíkom, ktoré prispievajú k tvorbe silných a hustých oxidov na povrchu dielov, ktoré chránia kov pred kontaktom s plynným prostredím.
Podľa legovacieho systému sa austenitické ocele delia na dva hlavné typy: chróm-nikel a chróm-mangán. Existujú aj chrómniklovo-molybdénové a chrómniklovo-mangánové ocele.
V závislosti od základnej štruktúry získanej chladením na vzduchu sa rozlišujú tieto triedy austenitických ocelí: austeniticko-martenzitické, austeniticko-feritické, austenitické.
Zliatiny na báze železa a niklu (s obsahom niklu viac ako 30 %) a niklových báz majú stabilnú austenitické štruktúry a pri ochladzovaní na vzduchu nedochádza k štrukturálnym premenám. V súčasnosti sú austeniticko-boridové Kh15N15M2BR1 (EP380), Kh25N20S2R1 (EP532), KhN77SR1 (EP615) a vysokochrómové austenitické KhN35VYu (EP568), KhN50 (EP668) hlavné boridové alebo chrómové a chrómové zliatiny, boridové alebo chrómové zliatiny, eutec, sa používajú aj tické fázy resp.
Po primeranom tepelnom spracovaní majú vysokolegované ocele a zliatiny vysokú pevnosť a plastické vlastnosti (tabuľka 4). Na rozdiel od uhlíkových ocelí získavajú tieto ocele pri kalení zvýšené plastické vlastnosti. Štruktúry vysokolegovaných ocelí sú rôznorodé a závisia nielen od ich zloženia, ale aj od spôsobov tepelného spracovania, stupňa plastickej deformácie a ďalších faktorov.
Poloha fázových oblastí na fázových diagramoch je určená najmä vo forme pseudobinárnych rezov systémov železo-chróm-nikel alebo železo-chróm-mangán (obr. 1). Zliatiny železa, chrómu a niklu majú bezprostredne po stuhnutí tuhé roztoky nasledujúcich typov: α A γ a heterogénna oblasť zmiešaných tuhých roztokov α + γ . Stabilita austenitu je určená blízkosťou kompozície k hranici α - A γ -regióny Nestabilita sa môže prejaviť pri zahriatí na mierne teploty a následnom ochladení, kedy sa austenitická štruktúra zafixovaná rýchlym ochladením čiastočne premení na martenzitickú. Zvýšenie obsahu niklu v týchto zliatinách prispieva k zníženiu teploty γ → α (M)-transformácie (obr. 2).
Ryža. 1. Vertikálne rezy fázových diagramov železo – chróm – nikel (a) a železo – chróm – mangán (b)
Ryža. 2. Zmeny teploty martenzitickej premeny zliatin železa, chrómu a niklu v závislosti od legovania
Nestabilita sa prejavuje pri deformácii za studena, kedy ocele typu 18-8 v závislosti od stupňa deformácie menia svoje magnetické a mechanické vlastnosti (obr. 3). Navyše, nestabilita austenitických ocelí môže byť spôsobená uvoľňovaním karbidov z tuhého roztoku pri zmene teploty, sprevádzané zmenou koncentrácie uhlíka a chrómu. To spôsobuje narušenie rovnovážneho stavu a premenu austenitu na ferit a martenzit hlavne pozdĺž hraníc zŕn, kde je pozorovaný najväčší úbytok chrómu a uhlíka v tuhom roztoku.
Ryža. 3. Zmena mechanických vlastností chrómniklovej ocele (18 % Cr, 8 % Ni, 0,17 % C) v závislosti od stupňa deformácie za studena (stlačenia)
V ternárnom systéme zliatin železa, chrómu a mangánu vzniká po stuhnutí súvislý rad tuhých roztokov s. γ -mriežka a pri ďalšom ochladzovaní v závislosti od zloženia zliatiny dochádza k rôznym alotropným premenám. Mangán je jedným z prvkov, ktoré expandujú γ - oblasť a v tomto smere je podobná niklu. S dostatočnými koncentráciami mangánu (>15%) a chrómu (<15%) сталь может иметь однофазную аустенитную структуру. Сопоставление фазовых диаграмм систем железо – хром – никель и железо – хром – марганец при высоких температурах и 20°С показывает, что аустенитная фаза в системе с никелем имеет значигельно большую площадь.
Pri kryštalizácii chrómniklových ocelí najskôr z taveniny začnú vypadávať kryštály chrómniklového feritu, ktorý má mriežku δ-železo (obr. 4). Ako sa ochladzuje, kryštály δ-feritu tvoria chrómniklový austenit, ktorý má mriežku γ -železo a oceľ získava austenitickú štruktúru. Uhlík v austeniticko-feritických a austenitických oceliach pri teplotách nad čiarou S.E. je v tuhom roztoku a vo forme intersticiálnych fáz. Pomalé chladenie ocele pod čiarou S.E. vedie k uvoľňovaniu uhlíka z tuhého roztoku vo forme chemickej zlúčeniny - karbidov chrómu typu Cr 23 C 6, umiestnených najmä pozdĺž hraníc zŕn. Ďalšie chladenie pod čiarou S.K. podporuje precipitáciu sekundárneho feritu pozdĺž hraníc zŕn. Pri pomalom ochladzovaní na 20 °C má teda oceľ ustenitickú štruktúru so sekundárnymi karbidmi a feritom.
Ryža. 4. Pseudobinárny fázový diagram v závislosti od obsahu uhlíka pre zliatinu 18 % Cr, 8 % Ni, 74 % Fe
Pri prudkom ochladzovaní (kalení) nestihne nastať rozklad tuhého roztoku a austenit sa fixuje v presýtenom a nestabilnom stave.
Množstvo vyzrážaných karbidov chrómu závisí nielen od rýchlosti ochladzovania, ale aj od množstva uhlíka v oceli. Keď je jeho obsah menší ako 0,02 - 0,03 %, teda pod hranicou jeho rozpustnosti v austenite, všetok uhlík zostáva v pevnom roztoku. V niektorých zloženiach austenitických ocelí môže zrýchlené chladenie viesť k fixácii primárneho δ-feritu v štruktúre, čím sa zabráni vzniku trhlín za tepla.
Zmena obsahu legujúcich prvkov v oceli ovplyvňuje polohu fázových oblastí. Chróm, titán, niób, molybdén, volfrám, kremík, vanád, ako feritizátory, prispievajú k výskytu feritickej zložky v oceľovej konštrukcii. Nikel, uhlík, mangán a dusík zachovávajú austenitickú štruktúru. Avšak hlavné legujúce prvky v posudzovaných oceliach sú chróm a nikel. V závislosti od ich pomeru sa ocele niekedy delia na ocele s malou (%Ni/%Cr)≤1 a veľkou (%Ni/%Cr)>1 austenitickou rezervou.
V austenitických chrómniklových oceliach legovaných titánom a nióbom vznikajú nielen karbidy chrómu, ale aj karbidy titánu a nióbu. Keď je obsah titánu Ti > [(%C–0,02)*5] alebo nióbu Nb > (%C*10), všetok voľný uhlík (nad hranicou jeho rozpustnosti v austenite) sa môže uvoľniť vo forme titánu alebo nióbu karbidy a austenitická oceľ nie je náchylná na medzikryštalickú koróziu. Precipitácia karbidov zvyšuje pevnosť a znižuje plastické vlastnosti ocelí. Táto vlastnosť karbidov sa využíva na karbidové kalenie žiaruvzdorných ocelí, uskutočňované v kombinácii s intermetalickým kalením s časticami Ni 3 Ti; Ni 3 (Al, Ti), Fe 2 W, (N, Fe) 2 Ti atď Medzi intermetalické zlúčeniny patrí aj σ-fáza, ktorá vzniká v chrómniklových oceliach pri dlhšom zahrievaní alebo pomalom ochladzovaní pri teplotách pod 900 - 950 °C. Má obmedzenú rozpustnosť v α - A γ -tuhé roztoky a tým, že sa uvoľňuje hlavne pozdĺž hraníc zŕn, spevňuje zliatinu a súčasne výrazne znižuje plastické vlastnosti a rázovú pevnosť kovu. Zvýšené koncentrácie chrómu (16–25 %) a feritizačných prvkov (molybdén, kremík atď.) v oceli prispievajú k tvorbe σ fázy pri 700–850 °C. K separácii tejto fázy dochádza prevažne za vzniku medzifázy feritu ( γ →α→ σ ) alebo transformácia δ-feritu (δ → σ ). Je však možné ho izolovať aj priamo z tuhého roztoku ( γ → σ ).
V chrómmangánových oceliach s vysokým obsahom chrómu a mangánu sa pri pomalom ochladzovaní pozoruje aj zrážanie. σ - fázy. Uhlík v chróm-mangánových a chróm-mangáno-niklových oceliach vedie po vhodnom tepelnom spracovaní k disperznému kaleniu ocelí, najmä v kombinácii s karbidotvornými prvkami (vanád, niób a volfrám).
K spevňovaniu austenitických boridových ocelí dochádza najmä v dôsledku tvorby boridov železa, chrómu, nióbu, uhlíka, molybdénu a volfrámu. V súlade s týmito procesmi sa austenitické ocele delia podľa druhu kalenia na karbidové, boridové a intermetalické kalenie. Vo väčšine prípadov však v dôsledku obsahu veľkého množstva rôznych legujúcich prvkov v oceliach a zliatinách dochádza k ich spevneniu v dôsledku komplexného vplyvu disperzných fáz a intermetalických inklúzií.
Tabuľka 1. Zloženie niektorých korózii odolných austenitických ocelí a zliatin, %
Tabuľka 2. Zloženie niektorých žiaruvzdorných austenitických ocelí a zliatin, %
Tabuľka 3. Zloženie niektorých žiaruvzdorných austenitických ocelí a zliatin, %
Tabuľka 4. Typické mechanické vlastnosti niektorých druhov vysokolegovaných austenitických a austeniticko-feritických ocelí a zliatin
E. G. NAZAROV, S. B. MASLENKOV
TSNIICHERMET
ISSN 0026-0819. „Náuka o kovoch a tepelné spracovanie kovov“, č. 3, 1970
Tepelné spracovanie ovplyvňuje štruktúru (veľkosť zŕn, veľkosť blokov, veľkosť a množstvo dispergovaných fáz, charakter ich distribúcie), formuje aj stav hraníc zŕn a riadené uvoľňovanie spevňujúcich fáz, čo výrazne zvyšuje vlastnosti tepelných odolných materiálov.
Mechanické spracovanie zvyčajne predchádza tepelnému spracovaniu, ale často sa používa po tepelnom spracovaní, ako aj pred a po ňom.
Diely a polotovary sú pred prevádzkou podrobené tepelnému spracovaniu, ale niekedy (úplne alebo čiastočne) sú spracované počas prevádzky.
Austenitické precipitačne kaliteľné ocele a zliatiny sa podrobujú rôznym druhom tepelného spracovania: žíhaniu, kaleniu, popúšťaniu (starnutiu alebo precipitačnému kaleniu) a popúšťaniu na zmiernenie pnutí.
Počas obrábania alebo iných operácií kov krehne. Na odstránenie krehkosti a zníženie tvrdosti zliatin sa používa žíhanie. Pri žíhaní sa zliatiny zahrievajú na vysoké teploty ~1000-1250 °C (v závislosti od chemického zloženia zliatiny), udržiavajú sa 0,5 až niekoľko hodín (v závislosti od hmotnosti obrobku alebo dielu) a ochladzujú sa pri najvyššej možnej rýchlosti . Pre menej legované zliatiny je chladenie vo vode povolené, ale pre vysoko legované komplexné zliatiny je výhodnejšie chladenie vzduchom v oleji a iných miernych chladiacich médiách, pretože chladenie vo vode môže viesť k tepelným trhlinám.
Na dosiahnutie vysokých pevnostných vlastností a žiaruvzdornosti sa žiaruvzdorné ocele a zliatiny podrobujú dvojitému spracovaniu, ktoré pozostáva z kalenia a následného starnutia.
Pre uvažované zliatiny sa operácia kalenia svojim účinkom odlišuje od kalenia uhlíkových ocelí a uskutočňuje sa s cieľom rozpustiť karbidové a intermetalické fázy v tuhom roztoku, t.j. aby sa získal homogénny tuhý roztok s minimálnou tvrdosťou. V USA a Anglicku sa kalenie bežných uhlíkových ocelí nazýva „kalenie“, t.j. získanie tvrdosti; vytvrdzovanie žiaruvzdorných zliatin sa nazýva „roztoková úprava“, t. j. spracovanie na (tuhý) roztok.
Pre všetky disperzne kaliteľné žiaruvzdorné ocele a zliatiny je teplota ohrevu na kalenie približne rovnaká ako teplota žíhania.
Udržiavaním pri vysokých teplotách sa prebytočné fázy rozpustia v tuhom roztoku a získajú sa zrná požadovanej veľkosti. Veľkosť zrna ocelí a zliatin závisí od teploty ohrevu a doby výdrže.
Často sa po ochladení odporúča vykonať rýchlejšie chladenie, aby sa zabránilo precipitácii nadbytočných fáz. Ako sa však ukáže ďalej, je to zbytočné najmä pri spracovaní zložitých austenitických zliatin, pri ktorých aj pri pomerne rýchlom ochladzovaní dochádza ku katatermickému vytvrdzovaniu, teda k uvoľneniu fáz spevňovania pri ochladzovaní z vysokej teploty. Tento proces závisí od tendencie zliatin k disperznému vytvrdzovaniu, preto je potrebné sa pri tomto dôležitom jave pozastaviť.
Disperzné kalenie alebo starnutie ocelí a zliatin môže byť: anatermické, katatermické a izotermické. Diatermické starnutie nastáva v procese ohrevu ocele alebo zliatiny pri neustále sa zvyšujúcej teplote, katatermálne starnutie nastáva v procese ochladzovania ocele alebo zliatiny pri neustále klesajúcej teplote. Izotermické starnutie prebieha pri konštantnej teplote
Existujú slabo, stredne a silne disperzne tvrditeľné zliatiny. Nie je medzi nimi ostrý rozdiel, je však ľahké oddeliť tieto skupiny zliatin na základe intenzity procesov disperzného kalenia. Podľa tohto princípu boli prvýkrát v práci a neskôr v práci rozdelené disperzne kaliteľné zliatiny do troch skupín.
Vysoko precipitátne kaliteľné ocele a zliatiny sú vo všeobecnosti účinne spevnené v dôsledku vytvrdzovania počas katatermálneho starnutia. Tieto zliatiny obsahujú 5 až 7 % alebo viac spevňujúcej fázy. Dodatočné starnutie týchto zliatin vedie k malému alebo takmer žiadnemu zvýšeniu tvrdosti a pevnosti, napríklad zliatiny ako: NH35VTYu (EI787), EI929, EI867, Yudimet 700, Nin-109, Nin-115 atď. zliatiny sú uvedené v tabuľke. 3 a 4.
Stredne disperzne tvrditeľné zliatiny sa posilňujú pri katatermálnom a vo väčšej miere pri izotermickom starnutí. Tieto zliatiny KhN35VT (EI612), EI612K, KhN35VTR (EI725), EP164, A-286, Discaloy-24 obsahujú 2-5 % spevňujúcej fázy.
Slabé alebo nízko disperzne tvrditeľné zliatiny sa posilňujú iba pri umelom izotermickom starnutí. Tieto ocele a zliatiny nepodliehajú katatermálnemu starnutiu a obsahujú malé množstvo spevňujúcej fázy (do 2 %). Do tejto skupiny patria zliatiny: EI813, Kh25N16G7AR (EI835), EI435, Nim-75, V-480S atď.
Nie je teda potrebné zabezpečiť rýchle ochladenie zliatin po vysokoteplotnom ohreve. Potrebné spevnenie zliatin jednej alebo druhej skupiny možno dosiahnuť prirodzeným katatermálnym alebo umelým izotermickým starnutím alebo nakoniec ich kombináciami.
Dvojité vytvrdzovanie. Pre niektoré zliatiny, najmä tie, ktoré obsahujú významné množstvo spevňujúcej fázy, sa najlepšia kombinácia mechanických vlastností získa po dvojitom kalení (normalizácii). Prvá vysokoteplotná normalizácia (1170-1200 °C) zabezpečuje vytvorenie homogénneho tuhého roztoku a relatívne hrubých zŕn, ktoré prispievajú k najvyššej odolnosti proti tečeniu. Druhá nízkoteplotná normalizácia (1000-1100 °C) vedie k prevažujúcej precipitácii karbidov pozdĺž hraníc zŕn a vytvoreniu spevňujúcej fázy rôznej disperzie. Väčšie precipitáty γ'-fázy sa tvoria pri ochladzovaní z 1050 °C na vzduchu. Pre mnohé zliatiny - KhN70VMTYu (EI617), EI929, KhN35VTYu (EI787), séria "Nimonic" - sa po dvojitej normalizácii, po ktorej nasleduje starnutie, výrazne zvyšujú tepelne odolné a plastické vlastnosti.
Disperzné vytvrdzovanie (starnutie). Na získanie vlastností vysokej pevnosti sa takmer všetky zliatiny odolné voči teplu pred použitím podrobia disperznému vytvrdzovaniu (oddelenie dispergovaných fáz od tuhého roztoku). Zloženie a povaha fáz spevňovania určujú teplotné režimy starnutia pre danú zliatinu.
Žiaruvzdorné zliatiny na báze nikel-chróm, železo-nikel-chróm a kobalt-nikel-chróm obsahujú:
a) primárne karbidy (TiC, VC, TaC, ZrC, NbC atď.), ktoré majú veľmi vysokú teplotu disociácie;
b) sekundárne karbidy (M 23 C 6; M 6 C; M 7 C 3), uvoľnené z tuhého roztoku. Karbid M 23 C 6 sa tvorí v zliatinách s 5 % Cr alebo viac;
c) hlavné spevňujúce intermetalické γ’-fázy (Ni 3 Ti, Ni 3 Al, Ni 3 Nb atď.). Vďaka jemnej disperzii týchto fáz a súdržnosti s tuhým roztokom získavajú zliatiny pri ich tvorbe maximálnu tepelnú odolnosť.
Karbidom kalené ocele a zliatiny sa používajú pri nižších teplotách ako intermetalicky kalené zliatiny. Karbidy sú menej dispergované, náchylnejšie ku koagulácii a distribuované menej rovnomerne v matrici zliatiny ako γ' fázy. Na dosiahnutie priemernej tepelnej odolnosti však stačí jedno spevnenie karbidom. Karbidové fázy dodatočne spevňujú zliatiny, ktoré tvrdnú v dôsledku precipitácie γ'-fázy.
Morfológia častíc γ'-fáz a karbidov do značnej miery závisí od tepelného spracovania a jeho trvania a reguluje vlastnosti zliatin. Trvanie tepelnej expozície vedie k zväčšeniu veľkosti častíc γ'-fázy a spôsobuje reakcie, ktoré sa vyskytujú predovšetkým na hraniciach zŕn. Aby sme pochopili procesy vyskytujúce sa v zliatinách počas tepelného spracovania a predpovedali ich vlastnosti počas dlhodobej prevádzky, je veľmi dôležité poznať presné zloženie γ'-fázy pri akejkoľvek teplote a rôzne doby zdržania pri tejto teplote, ako aj chemické zloženie tuhého roztoku matrice. Rýchlosti premeny karbidových a intermetalických fáz a ich reakcií je možné dodatočne posúdiť pomocou údajov z kinetiky zmien tvrdosti, fyzikálnych a mechanických vlastností. V najbežnejších, tepelne odolných zliatinách na báze niklu obsahujúcich chróm a kobalt, legovaných hliníkom, titánom a molybdénom, možno transformačné reakcie vyjadriť ako rovnicu: PANI+γ→ M 6 S+γ+γ’+ PANI, Kde M prvky: Cr, Ti, Ta a iné; M'- rovnaké karbidotvorné prvky ako v M. Približne polovica množstva uhlíka podľa práce zostáva v karbidoch PANI, ktorý sme konvenčne nazývali PANI; γ'-fáza (Ni 3 M) - zlúčenina prebytku titánu a hliníka v tuhom γ-roztoku s niklom.
Karbidy M 6 S vznikajú pri 980-1150 °C, zatiaľ čo karbidová reakcia PANI→M 23 S 6 sa vyskytuje pri 760-980 °C. Zistilo sa, že ak zliatina obsahuje molybdén a volfrám v množstve > 6 %, potom sa karbidy budú uvoľňovať hlavne vo forme M 23 S 6 uvádza sa však, že toto ustanovenie sa javí ako nepresne podložené. To samozrejme závisí od obsahu uhlíka.
Štúdie uskutočnené na zliatine V-1900 preukázali reakcie, ktoré sa v nej vyskytujú po tepelnom spracovaní (1080 °C 4 h vzduch + 899 °C 10 h, vzduch) a pri dlhodobom starnutí do 2400 h pri 980 °C. Sú vyjadrené rovnicou:
PANI + γ + γ’ → M 6 S+ γ + zvyšok γ‘.
Karbidy PANI (A= 4,37 Á) sú bohaté na titán a tantal a karbidy M 6 S (A= 11,05 Á) sú bohaté na molybdén, nikel a kobalt. Karbidy M 6 S sú pozorované v dvoch formách: globulárne a lamelárne. V priebehu času sa guľôčky a platne karbidov zväčšujú. Precipitáty γ'-fázy sú spočiatku guľovité, potom sa γ'-fáza objavuje vo forme doštičiek, časom pri vysokých teplotách rastú, aglomerujú a predlžujú sa. Precipitáty γ'-fázy zároveň obklopujú všetky karbidy a hranice zŕn vo forme škrupiny. Aplikácia napätia výrazne urýchľuje proces prechodu karbidu PANI do karbidov M 6 S a intermetalické zmeny. V zliatinách s vyšším obsahom chrómu vznikajú najmä karbidy M 23 S 6.
Rýchlosť reakcie y'-fázovej transformácie je väčšia, keď sa napätie aplikuje počas vystavenia teplu, ako keď sa napätie predtým získalo. Napätia vedú k selektívnym procesom precipitácie a premien a prispievajú k zahusťovaniu hraníc zŕn, čo spôsobuje predlžovanie a koalescenciu fáz spevňovania, ako sa ukázalo v prácach. Zhrubnutie zrna pomáha urýchliť reakcie premien karbidov a intermetalických fáz vyskytujúcich sa v hraničných zónach. Napríklad výskyt vysokoteplotnej lamelárnej fázy v zliatinách sa deteguje oveľa skôr v hrubozrnných zliatinách.
Práca potvrdila tvorbu intermetalickej fázy Ni 2 -Al, Ti v zliatine 15 Cr-25 Ni-3 Al-2,5 Ti spolu s γ'-fázou Ni 3 (Al, Ti). Fáza Ni 2 Al, Ti vzniká pri starnutí pri 700 °C a má formu platní, ktorých veľkosť sa s časom starnutia zväčšuje. Táto fáza sa uvoľňuje hlavne v oblastiach bez γ‘ fázy, ako aj pozdĺž hraníc zŕn. Je nekoherentný s tuhým roztokom, takže mikrodutiny pred zničením zliatiny sa tvoria predovšetkým v blízkosti jej precipitátov.
Lavesove fázy(AB 2) - mierne spevňujú zliatiny v dôsledku ich nesúdržnosti s tuhým roztokom a tepelnej nestability. Ale v prítomnosti γ'-fázy v štruktúre umožňujú Lavesove fázy v dôsledku prirodzenej dĺžky inkubačnej doby precipitácie predĺžiť životnosť zliatin pri teplotách nie vyšších ako 750 °C.
Boridové fázy- typ M 3 AT 2, M 3 IN, M 5 5 rôznych zliatin bóru má zložité chemické zloženie. Napríklad v tejto práci takéto fázy zodpovedajú zlúčenine (Mo 0,5 Cr 0,25 Ti 0,15 Ni 0,10) 3 B 2
V závislosti od prítomnosti určitých fáz a stavu zliatiny (liata, deformovaná) sú predpísané režimy disperzného kalenia. Teplota starnutia by nemala spôsobiť rozpúšťanie spevňujúcich fáz a koaguláciu alebo koalescenciu. Aj keď v niektorých prípadoch je na získanie požadovaných vlastností potrebné zámerne aplikovať vysoké teploty, ktoré spôsobujú koaguláciu častíc a ich uvoľňovanie v menej dispergovanej forme. Typicky sa starnutie zliatin s karbidovým tvrdením vykonáva pri 600-800 °C, s intermetalickým vytvrdzovaním pri 700-1000 °C, v závislosti od počtu a zloženia prebytočných fáz. S nárastom množstva spevňujúcej fázy (suma titánu a hliníka) v zliatinách sa zvyšuje aj teplota starnutia (pozri obr. 1). Zliatiny s obsahom viac ako 8 % (Ti+Al) sa iba zahrievajú na 1050-1200 °C a ochladzujú na vzduchu. V dôsledku katatermálneho starnutia takéto zliatiny maximálne vytvrdnú (napríklad zliatiny ZhS6-K a EI857). Zliatiny Rene 100 a IN-100 s 9-10,5 % (Ti+Al) starnú pri ~1000 °C, ale ide v podstate o druhé vytvrdzovanie, nie starnutie. Pre takéto zliatiny je zrejme toto vysokoteplotné starnutie zbytočné, sú ešte náchylnejšie na katatermálne starnutie a úplne im postačuje ochladzovanie na vzduchu z normalizačných teplôt, ako je napríklad znázornené na obrázku zliatiny IN-100.
Obr.1.
Režimy starnutia je možné meniť v závislosti od požadovaných vlastností zliatiny. Existujú postupné režimy starnutia – dvojité a zložitejšie, ale nie sú príliš praktické. Pre krátkodobú životnosť a najmä pre dlhodobú životnosť je použitie viacstupňových režimov starnutia úplne neopodstatnené, pretože výsledné štruktúry v procese komplexného tepelného spracovania sa v podmienkach dlhodobej prevádzky nevyhnutne menia. vplyv teploty a zaťaženia. Procesy starnutia v zliatinách pokračujú bez ohľadu na počiatočný štrukturálny stav. Častice spevňujúcej fázy sa koagulujú, spájajú a nestabilné častice sa rozpúšťajú v tuhom roztoku, dochádza k opakovanému a opakovanému uvoľňovaniu nových rovnovážnejších (v tomto štádiu) častíc, tieto procesy prebiehajú súčasne. V závislosti od teplotných podmienok môže prevládať jeden alebo druhý proces. Po expozícii (zvyčajne od 4. do 16 h) pri teplotách starnutia sa zliatiny ochladzujú na vzduchu.
Typické režimy tepelného spracovania pre cudzie zliatiny sú uvedené v tabuľke. 1. a pre domácich - v tabuľke. 2. Chemické zloženie týchto zliatin je uvedené v tabuľke. 3 a 4. Treba poznamenať, že pre tieto zliatiny takmer nikdy nepoužívame žíhanie a žíhanie od kalenia (normalizácie) sa líši len veľmi málo (pozri tabuľku 1).
stôl 1
| Zliatina | Žíhanie | Ošetrenie tuhým roztokom | Stredné starnutie | Konečné starnutie | ||||
| Teplota v °C | Čas v h | Teplota v °C | Čas v h | Teplota v °C | Čas v h | Teplota v °C | Čas v h | |
| Inconel-600 | 1038 | 1/4..1/2 | 1120 | 2 | — | — | — | — |
| Inconel-625 | 925..1038 | 1 | 1090..1200 | 1 | — | — | — | — |
| Inconel-700 | 1200 | 2 | 1180 | 2 | — | — | 870 | 4 |
| Inconel-718 | 955 | 1 | 955 | 1 | 732 | 8 | 720 | 8 |
| Inconel X-750 | 1038..1090 | 1/2..3/4 | 1150 | 2 | 845 | 24 | 700 | 20 |
| Nim-80A | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 700 | 16 |
| Nim-90 | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 700 | 16 |
| René-41 | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 760 | 16 |
| Udimet-500 | 1080 | 4 | 1080 | 4 | 845 | 24 | 760 | 16 |
| Udimet-700* | 1138 | 4 | 1120..1175 | 4 | 870+ | 8 | 650+ | 24 |
| — | — | — | — | +985 | 4 | +760 | 8 | |
| Waspaloy | 1010 | 4 | 1080 | 4 | 845 | 24 | 760 | 16 |
| Inconel-713* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| Inconel-713C* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| IN-100* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| * Liate zliatiny | ||||||||
tabuľka 2
| Zliatina | 1. otužovanie | 2. kalenie | Konečné starnutie | |||
| Teplota v °C | Čas v h | Teplota v °C | Čas v h | Teplota v °C | Čas v h | |
| EI435 | 980..1020 | 0,5 | — | — | — | — |
| HN 77 TYUR | 1080 | 8 | — | — | 700..750 | 16 |
| 70 ВМТУ | 1200 | 2 | 1050 | 4 | 800 | 16 |
| 35 ВТУ | 1180 | 2,5 | 1050 | 4 | 750..800 | 16 |
| EI445R | 1200 | 4..6 | — | — | 850 | 15..20 |
| EI893 | 1160 | 2 | — | — | 800 | 12 |
| EI929 | 1220 | 2 | 1050 | 4 | 850 | 8 |
| EI867 | 1220 | 4..10 | — | — | 950 | 8 |
| EN867* | 1180 | 6 | 1000 | 8 | 850 | 16 |
| EI661 | 1200 | 10..15 | 950..1050 | 5..8 | — | — |
| ZhS6K | 1200 | 4 | — | — | — | — |
| * Stredné starnutie pri 900 °C 8 h. | ||||||
Tabuľka 3
| Trieda zliatiny | Obsah prvku v % | ||||||||
| C | Cr | Co | Mo | Pozn | Ti | Al | Fe | Ďalšie prvky | |
| Inconel-600 | 0,04 | 15 | — | — | — | — | — | 7 | — |
| Inconel-700 | 0,12 | 15 | 30 | 3 | — | 2,2 | 3,2 | 1 | — |
| Inconel-718 | 0,04 | 19 | — | 3 | 5 | 0,8 | 0,6 | 18 | — |
| Inconel X-750 | 0,04 | 15 | — | — | 1 | 2,5 | 0,9 | 7 | — |
| Nim-80A | 0,08 | 20 | 1 | — | — | 2,3 | 1,3 | 3 | — |
| Nim-90 | 0,08 | 20 | 18 | — | — | 2,5 | 1,5 | 3 | — |
| René-41 | 0,08 | 19 | 11 | 10 | — | 3 | 1,5 | 2 | 0,005 B |
| Udimet-500 | 0,08 | 18 | 18 | 4 | — | 3 | 2,9 | 0,5 | 0,004 B |
| Udimet-520 | 0,05 | 19 | 12 | 6 | — | 3 | 2 | 0,5 | 0,005 V; 1 W |
| Udimet-700 | 0,15 | 15 | 19 | 5 | — | 3,5 | 4,5 | 0,5 | 0,05 B |
| Waspaloy | 0,10 | 20 | 14 | 4 | — | 3 | 1,3 | 0,75 | 0,004 B; 0,06 Zr |
| Inconel-713 | 0,12 | 13 | — | 4,5 | 2 | 0,6 | 6 | 0,5 | — |
| Inconel-713 C | 0,06 | 12 | 1,5 | 4,5 | 2 | 0,6 | 6 | 0,3 | — |
| IN-100 | 0,15 | 10 | 14 | 3 | — | 5 | 5,5 | — | 0,015 V; 0,06 Zr; 1,0 V |
| B-1900 | 0,10 | 8 | 10 | 6 | — | 1,0 | 6 | — | 0,015 V; 0,08 Zr; 4,5 Ta |
Tabuľka 4
| Trieda zliatiny |
|
|||||||||
| C | Cr | Co | Mo | W | Ti | Al | Fe | B | Ďalšie prvky | |
| EI435 | 0,10 | 20 | — | — | — | 0,30 | 0,10 | 1 | — | — |
| HN 77 TYUR | 0,05 | 20 | — | — | — | 2,5 | 0,8 | 1 | 0,01 | 0,10 Ce |
| 70 ВМТУ | 0,10 | 15 | — | 3 | 6 | 2,1 | 2,1 | až 5 | 0,02 | 0,02 Ce; 0,3 V |
| 35 ВТУ | 0,05 | 15 | — | — | 3 | 3 | 1,2 | ~40 | 0,03 | 0,02 Ce |
| EI445R | 0,05 | 18 | — | 4,5 | 4,5 | 2,5 | 1,2 | 1 | 0,01 | 0,02 Ce |
| EI893 | 0,05 | 15 | — | 5 | 10 | 1,4 | 1,4 | 1 | 0,01 | 0,02 Ce |
| EI929 | 0,06 | 10,5 | 15 | 5 | 6 | 1,7 | 4 | — | — | 0,1 Ba; 0,5 V |
| EI867 | 0,06 | 9,5 | 5 | 10 | 5 | — | 4,5 | — | 0,02 | — |
| ZhS6-K | 0,15 | 11,5 | 4,5 | 4 | 5 | 2,8 | 5,5 | 1 | 0,02 | — |
Teplota kalenia v zahraničí je nižšia a doba výdrže je oveľa kratšia (takmer 2 krát) ako teplota kalenia používaná v ZSSR. Vďaka tomu sú cudzie zliatiny jemnejšie zrnité ako tie, ktoré sa používajú u nás. Druhé kalenie sa v zahraničí nepoužíva, zatiaľ čo u nás sa úspešne používa pre mnohé zliatiny.
Uvedené v tabuľke. Typické režimy tepelného spracovania 1 a 2 možno zmeniť v závislosti od požiadaviek. Je známe, že zliatiny s hrubými zrnami, získané zahrievaním na vysoké teploty, majú vyššiu odolnosť proti tečeniu ako jemnozrnné. Hrubozrnné zliatiny (2-3 body) majú tiež výrazne vyššiu dlhodobú pevnosť pri vysokých teplotách. Avšak v prípade mierne vysokých teplôt (600-700 °C) majú zliatiny s priemernou veľkosťou zrna 4-5 bodov vyššiu tepelnú odolnosť. Jemnozrnná štruktúra je v dôsledku vyššej povrchovej energie rozvetvených hraníc zŕn nestabilnejšia, najmä pri zvýšených prevádzkových teplotách, preto zrnitosť žiaruvzdorných zliatin, najmä tých, ktoré sú určené na dlhodobú prevádzku, musí zodpovedať 3. -4 body na štandardnej stupnici. Táto veľkosť zrna je bežná po zahriatí na 1100-1120 °C a pre zložité zliatiny na 1150-1170 °C.
V zahraničí sa väčšina priemyselných zliatin zahrieva pri týchto teplotách.
Na dosiahnutie vysokej pevnosti pri izbových a nízkych teplotách (~550 °C) by sa mala normalizácia vykonať pri 950-1050 °C a starnutie pri nižších teplotách, v dôsledku čoho sú zliatiny jemnozrnné (5.-6. bod ), spevnené jemne rozptýlenými '-fázami γ precipitátov.
Voľba režimu tepelného spracovania je teda určená požadovanými mechanickými vlastnosťami. Pri použití vysoko disperzne kaliteľných zliatin na prevádzku pri teplotách presahujúcich teplotný rozsah disperzného kalenia (napríklad pri 900-950 °C) podliehajú iba jednej normalizácii. Pri zahrievaní na prevádzkové teploty dochádza k intenzívnemu vytvrdzovaniu zliatin počas procesu zahrievania (anatermické starnutie), maximálne vytvrdzujú v zóne prevádzkovej teploty a môžu úspešne odolávať zaťaženiu po určitú dobu. Avšak tie isté zliatiny, predstarené, majú menšiu odolnosť voči teplotám a zaťaženiu, a preto sú menej účinné. Slabo disperzne vytvrditeľné zliatiny (EI813, EI435, Inconel-600 atď.) nepodliehajú starnutiu, pretože ich disperzné vytvrdzovanie má malý účinok a vyskytuje sa počas prevádzky. Na zabezpečenie dlhodobej stability zliatin je potrebný mierny obsah spevňujúcich fáz v ich štruktúre (t.j. použitie stredne disperzne vytvrditeľných zliatin). Je veľmi dôležité dosiahnuť rovnomerné a maximálne oddelenie jemne dispergovaných intermetalických a karbidových fáz, čo bolo zabezpečené postupnými spôsobmi spracovania. Stupňovité režimy starnutia, hoci vedú k strate pevnostných vlastností, výrazne zvyšujú plastické vlastnosti a znižujú sklon zliatin k tepelnej krehkosti. Neskoršie experimenty však ukázali nevhodnosť tejto metódy. Na vysoko disperzne tvrditeľnej zliatine KhN35VTYu (EI787) sa teda testovali komplexné režimy tepelného spracovania súčasne s najjednoduchším režimom, ktorý pozostával iba z jedného starnutia pri 750 °C. Tendencia k tepelnej krehkosti bola hodnotená pri expozíciách do 10 000-20 000 h a teplote 700 °C. Výsledky (tabuľka 5) ukazujú, že bez ohľadu na zložitosť režimu predbežného tepelného spracovania zliatina skrehne. Zvýšenie počtu stupňov temperovania alebo trvania výdrže ovplyvňuje iba počiatočné hodnoty rázovej húževnatosti. Počas procesu starnutia sa znižuje a v menšej miere po tepelnom spracovaní pozostávajúcom zo samotného starnutia.
Ako už bolo uvedené, procesy separácie disperzií, koalescencie a rozpúšťania termodynamicky nestabilných častíc druhej fázy prebiehajú kontinuálne. Tieto procesy prebiehajú regeneratívne, cyklus po cykle sa opakuje, preto bez ohľadu na to, ako veľmi je zliatina predstarená a režimy tepelného spracovania sú komplikované, pri dlhodobom pôsobení tepla zmení svoje vlastnosti a v dôsledku konštanty skrehne. uvoľňovanie častíc spevňujúcej fázy a zmeny štrukturálneho stavu.
Mali by sme sa zamerať na originálny a jednoduchý spôsob tepelného spracovania disperzne kalených za tepla alebo za studena deformovaných zliatin, ktorý spočíva v jedinom starnutí (bez predkalenia).
Tento režim vám umožňuje získať najlepšie pevnostné vlastnosti a ťažnosť v širokom rozsahu teplôt, ako aj najvyššiu tepelnú odolnosť a odolnosť proti únave pri teplotách do 750 °C. Tento režim navyše poskytuje lepšiu odolnosť proti tepelnému krehnutiu a necitlivosť na rezy. Režim spracovania pozostávajúci zo samotného starnutia bol testovaný na niektorých zliatinách a bol úspešne zavedený do výroby. Zatiaľ nie sú k dispozícii žiadne informácie o používaní takýchto režimov v zahraničí.
Ďalšou dôležitou podmienkou zabezpečenia dlhodobej stability zliatin je dosiahnutie vysokej tepelnej stability fáz spevňovania. Dosahuje sa to komplikovaním zloženia spevňujúcich fáz, zavedením prvkov do zliatiny, ktoré sú čiastočne zahrnuté v zložení spevňovacej γ'-fázy. Najúčinnejšie spevňujúce γ fázy - Ni 3 Al a Ni 3 Ti a ich kombinácie - Ni 3 (A1, Ti) môžu skomplikovať: niób, tantal, cín, kremík, horčík, berýlium, ruténium, molybdén a ďalšie prvky, ktoré poskytujú disperzné kalenie zliatin niklu. Z nich sú zaujímavé najmä prvky s mierne väčším atómovým priemerom, ako napríklad cín.
Atómové priemery niektorých prvkov, ktoré tvoria fázy typu γ' s niklom, sú nasledovné:
Zmiernenie stresu. Temperovanie sa často používa na uvoľnenie napätia a stabilizáciu rozmerov dielov. Vnútorné napätia môžu vzniknúť v dôsledku obrábania, zvárania alebo počas prevádzky. Hotové výrobky zo žiaruvzdorných zliatin sú temperované pri 400-700 °C s expozíciou v závislosti od rozmerov výrobku; po dovolenke pomalé ochladzovanie. Pri vyšších teplotách popúšťania začína dochádzať k procesom starnutia a pri mnohých zliatinách je možné popúšťanie kombinovať s klasickým starnutím, preto je vhodné ako konečnú úpravu pred prevádzkou vykonať starnutie, ktoré umožní úplné odstránenie vnútorných pnutí.
Nový výskum. V USA bol vydaný patent na spôsob zvýšenia tvrdosti, pevnostných charakteristík, odolnosti proti tečeniu a tepelnej odolnosti austenitických žiaruvzdorných zliatin na niklových, nikel-kobaltových a iných základoch (US patent č. 3329535 zo 4. júla 1967) . Táto metóda pozostáva zo spracovania roztoku s chladením vzduchom pri aplikácii vysokého hydrostatického tlaku (10 000 – 50 000 bankomat), čo výrazne znižuje rozpustnosť uhlíka v pevnom roztoku (udržanie pod tlakom 1-10 min). V dôsledku vysokého tlaku sa atómy uhlíka alebo karbidy z matrice „vytlačia“ do koherentných precipitátov a usporiadajú sa do siete, pričom častice koherentných fáz nevypadávajú, ako obvykle, pozdĺž hraníc zŕn. S následným starnutím (650-980 °C) sa karbidy zrážajú okolo rovnomerne rozložených bunkových útvarov tuhého roztoku.
Zaujímavé sú štúdie uskutočnené v USA na zliatine Inconel-718. Spevnenie tejto zliatiny sa dosiahne precipitáciou γ'-fázy na báze Ni 3 Nb, ktorej zloženie zodpovedá zlúčenine Ni 3 (Nb 0,8 Ti 0,2), . Zliatina Incone1-718 pomaly tvrdne disperziou a v dôsledku toho je technologicky vyspelá a dobre zvárateľná. Je vhodný pre prevádzku do 760 °C. Jeho vysoká pevnosť (σ 0,2 až 120-145 kg/mm2) v kombinácii s dobrou odolnosťou proti korózii. Pozoruhodná je nízka normalizačná teplota 955 °C (pozri tabuľku 1), ktorá poskytuje vysoké hodnoty pevnosti. Vplyv nióbu na vlastnosti tejto zliatiny je prospešný a účinný. Titán má tiež rastúci vplyv na vlastnosti zliatiny Inconel-718, nie menej ako niób. Vplyv hliníka je menej výrazný, spôsobuje mierny nárast pevnosti s premenlivým účinkom. Kremík má podobný vplyv ako niób s malými odchýlkami. Článok prezentuje výsledky štúdií binárnych (Ni+Si) a ternárnych (Ni+Si+Ti) zliatin. Bola stanovená tvorba β-fázy: Ni3S a Ni3 (Si, Ti) v zliatinách obsahujúcich ~12-13% Si a 6-10% Si a 1-4% Ti. Rôntgenová difrakčná metóda stanovila, že fáza Ni3 (Si, Ti) je podobná y'-fáze Ni3 (Al, Ti); Ni 3 Si alebo β-fáza v binárnych zliatinách vzniká ako výsledok peritektoidnej reakcie pri teplotách pod 1040 °C. Má výraznú plasticitu, ako zodpovedajúca fáza Ni 3 (Si, Ti). Pridanie titánu do binárnej zliatiny (~2 %) eliminuje tvorbu peritektoidu β a výsledná fáza Ni3 (Si, Ti) má rovnakú teplotu topenia ako zlúčenina Ni3Ti (1380 °C). Zliatiny obsahujúce kremík a titán v uvedených množstvách majú pomerne vysoké pevnostné vlastnosti a ťažnosť. Maximálna pevnosť v ťahu a medza klzu liatych zliatin pri izbovej teplote sú: 55-57 a 25-28 kg/mm2, a minimálne predĺženie je v rozmedzí 15-30 %.Ostatné vlastnosti týchto disperzne vytvrditeľných zliatin nie sú uvedené.
Škodlivé fázy. Pri dlhodobom tepelnom spracovaní alebo pri prevádzke sa v mnohých žiaruvzdorných zliatinách uvoľňujú σ-, μ- a iné fázy, ktoré nemajú striktný stechiometrický pomer a ide o tuhé roztoky rôzneho zloženia. Tieto fázy spôsobujú zníženie plastických vlastností ocelí a zliatin. Tvorba σ-fázy môže byť značne uľahčená chrómom, volfrámom, molybdénom atď. Malé prídavky kobaltu (do 5%) môžu znížiť proces tvorby σ. Zároveň je súčasťou zosilňovacej fázy Ni 3 M a uvoľňuje chróm do tuhého roztoku. Obsah kobaltu nad 5% aktívne ovplyvňuje tvorbu σ, najmä ak je v zliatine nedostatok chrómu. Existujú metódy na výpočet času vzniku σ fázy v zliatinách. Ide o výpočty takzvaného N v bodu - bodu hustoty elektrónových voľných miest, avšak nie vždy sú presné. Existujú zliatiny, ktoré majú nebezpečný bod Nv, ale netvoria σ-fázu. Fáza σ bola objavená v zliatinách Ud-700, Ud-500, Ud-520, IN-713C a Rene-41. Hoci σ fáza znížila výkon zliatin Ud-700 a IN-100, mala malý alebo žiadny vplyv na pevnosť iných zliatin. Štúdie liatych zliatin s vysokou pevnosťou preukázali, že prítomnosť σ-fázy neovplyvňuje zníženie vlastností.
Zliatiny na báze niklu dobre odolávajú oxidácii až do teplôt 850-950 °C. Pri vyšších teplotách (teploty ohrevu na kalenie) sú oxidované z povrchu a pozdĺž hraníc zŕn, preto na tepelné spracovanie žiaruvzdorných zliatin pri vysokých teplotách je podľa práce žiaduce mať vákuové alebo vodíkové pece . Ochladenie kovu na konci expozície sa dosiahne pomocou prúdu inertného plynu. Ak je oxidácia neprijateľná, musia sa použiť pece s ochrannou atmosférou. Zahrievanie v soľných kúpeľoch je nežiaduce, pretože chloridy v kúpeli môžu počas procesu zahrievania reagovať s kovovým povrchom, dokonca aj pri teplotách starnutia. Tepelné pece na starnutie môžu byť bežné so vzduchovou atmosférou a vyhrievané plynom. Zriedená exotermická atmosféra je relatívne bezpečná a ekonomická. Endotermická atmosféra sa neodporúča. Ak je oxidácia neprijateľná, použije sa argónová atmosféra. Presnosť regulácie teploty počas tepelného spracovania by mala byť v rozmedzí 4-5 °C pre tvárnené zliatiny a 8-10 °C pre liate zliatiny.
Bibliografia:
1.
Nazarov E. G., Latyshov Yu. V. Zlepšenie vlastností disperzne kalených žiaruvzdorných ocelí a zliatin. M., GOOINTI, 1964, č. 23-64-1349/26.
2.
Borzdyka A. M., Tseitlin V. 3. Štruktúra a vlastnosti žiaruvzdorných zliatin v súvislosti s tepelným spracovaním NTO MASHPROM M., “Machine Building”, 1967.
3.
Belikova E.I., Nazarov E.G. „MiTOM“, 1962, č. 7.
4.
Betterige W., Franklin A. "J. Ústavu kovov“, 1957, v. 85.
5.
Betteridge W. Smith. Tepelne odolné kovové materiály. Zahraničné vydavateľstvo lit., 1958.
6.
Belyatskaya I. S., Livshits B. G. „Novinky z univerzít. Hutníctvo železa“, 1960, č. 7.
7.
Estulin G.V. Dodatok k časopisu "Steel", 1958.
8.
Livshits D. E., Khimushin F. F. Výskum tepelne odolných zliatin. Akadémia vied ZSSR, 1957.
9.
Danesi W., Donachie M., Radavich J. „TASM“, 1966, v. 59.
10.
Danesi W., Donachie M. „J. Ústavu kovov“, 1969, v. 97.
11.
Cowan T." J. kovov“, 1968, v. 20, č. 11.
12.
Nazarov E. G., Pridantsev M. V. „MiTOM“, 1963, č. 11.
13.
Nazarov E. G. „MiTOM“, 1969, č. 8.
14.
Sims S. "J. kovov", 1966, č. 10.
15.
Levin E. E., Pivnik E. M. Progresívne metódy tepelného spracovania vysokolegovaných žiaruvzdorných zliatin. Séria „Veda o kovoch a tepelné spracovanie“. Vol. 4. Leningrad, 1963.
16.
Gulyaev A. P., Ustimenko M. Yu, „Izvestija Akadémie vied ZSSR „Kovy“, 1966, č. 6.
17.
Ulyanin E. A. „MiTOM“, 1966, č. 10.
18.
Williams K. "J. Ústavu kovov“, 1969, v. E7.
19.
Murphy H., Sims C. Beltran A. "J. kovov“, 1968, v. 20, č. 11.
20.
Burger J., Hanink D. „Metal Progress“ 1967, v. 92, č. 1.
21.
Wagner H., Prock J „Metal Progress“, 1967, v. 91, č. 3.
22.
Mihalisin I., Bicber C., Grant R. „Trans, of Metallurgical Society of A1ME“, 1968, v. 242.
23.
Khimushin F. F. Žiaruvzdorné ocele a zliatiny. M. "Metalurgia", 1969.
24.
Ozel M., Nutting I. „J. Inštitút železa a ocele“, 1969, v. 207.
Austenitické ocele majú množstvo špeciálnych výhod a možno ich použiť v pracovnom prostredí, ktoré je vysoko agresívne. Bez takýchto zliatin sa v energetike, ropnom a chemickom priemysle nezaobíde.
Austenitické ocele sú ocele s vysokou úrovňou legovania, pri kryštalizácii vzniká jednofázový systém, vyznačujúce sa tým tvárovo centrovaná krištáľová mriežka. Tento typ mriežky sa nemení ani pri veľmi nízkych teplotách (asi 200 stupňov Celzia). V niektorých prípadoch existuje ďalšia fáza (objem v zliatine nepresahuje 10 percent). Potom bude mriežka centrovaná na telo.
Popis a charakteristika
Ocele sú rozdelené do dvoch skupín podľa zloženia ich základu a obsahu legujúcich prvkov, ako je nikel a chróm:
- Zloženie na báze železa: nikel 7%, chróm 15%; celkový počet prísad - do 55%;
- Nikel a železo-niklové kompozície. V prvej skupine obsah niklu začína od 55% a viac a v druhej - od 65 a viac percent železa a niklu v pomere 1:5.
Vďaka niklu je možné dosiahnuť zvýšenú ťažnosť, tepelnú odolnosť a spracovateľnosť ocele a pomocou chrómu - dať požadovaná odolnosť proti korózii a teplu. A pridanie ďalších legujúcich zložiek umožní získať zliatiny s jedinečnými vlastnosťami. Komponenty sa vyberajú v súlade s účelom použitia zliatin.
Na legovanie sa používa hlavne:
- Feritizátory, ktoré stabilizujú štruktúru austenitov: vanád, volfrám, titán, kremík, niób, molybdén.
- Austenizéry zastúpené dusíkom, uhlíkom a mangánom.
Všetky uvedené komponenty sa nachádzajú nielen v nadbytočných fázach, ale aj v tuhom roztoku ocele.
Zliatiny odolné voči korózii a teplotným zmenám
Široká škála prísad umožňuje vytvárať špeciálne ocele, ktoré budú aplikované na výrobu konštrukčných komponentov a bude fungovať v kryogénnom, vysokoteplotnom a korozívnom prostredí. Preto sú kompozície rozdelené do troch typov:
- Tepelne odolný a tepelne odolný.
- Odolný voči korózii.
- Odolný voči nízkym teplotám.
Tepelne odolné zliatiny nie sú zničené chemikáliami v agresívnom prostredí a môžu byť použité pri teplotách do +1150 stupňov. Sú vyrobené z:
- Prvky plynovodov;
- Armatúry pre pece;
- Vykurovacie komponenty.
Tepelne odolné druhy dokážu odolávať namáhaniu pri zvýšených teplotách po dlhú dobu bez straty vysokých mechanických vlastností. Pri legovaní sa používa molybdén a volfrám (na každé pridanie možno prideliť až 7 %). Bór sa používa na mletie zŕn v malých množstvách.
Austenitické nehrdzavejúce ocele (odolné voči korózii) sa vyznačujú nízkym obsahom uhlíka (nie viac ako 0,12%), niklu (8−30%), chrómu (do 18%). Vykonáva sa tepelné spracovanie (kalenie, kalenie, žíhanie). Je dôležitý pre výrobky z nehrdzavejúcej ocele, pretože umožňuje dobre obstáť v rôznych agresívnych prostrediach - kyslé, plynné, alkalické, tekuté kovy pri teplotách 20 stupňov a viac.
Austenitické kompozície odolné voči chladu obsahujú 8–25 % niklu a 17–25 % chrómu. Používajú sa v kryogénnych jednotkách, no výrazne sa zvyšujú náklady na výrobu, preto sa používajú len veľmi obmedzene.
Vlastnosti tepelného spracovania
Tepelne odolné a tepelne odolné druhy môžu byť podrobené rôznym typom tepelného spracovania na zvýšenie prospešných vlastností a úpravu existujúcej štruktúry zŕn. Hovoríme o počte a princípe rozloženia dispergovaných fáz, veľkosti blokov a samotných zŕn a podobne.
Žíhanie takejto ocele pomáha znižovať tvrdosť zliatiny (niekedy je to dôležité počas prevádzky), ako aj eliminovať nadmernú krehkosť. Počas procesu spracovania sa kov zahrieva na 1200 stupňov po dobu 30-150 minút, potom sa nevyhnutné Ochlaďte čo najrýchlejšie. Zliatiny so značným množstvom legujúcich prvkov sa zvyčajne chladia v olejoch alebo na čerstvom vzduchu, zatiaľ čo jednoduchšie zliatiny sa chladia v obyčajnej vode.
Často sa vykonáva dvojité vytvrdzovanie. Najprv sa prvá normalizácia kompozícií uskutočňuje pri teplote 1200 stupňov, po ktorej nasleduje druhá normalizácia pri 1100 stupňoch, čo umožňuje výrazné zvýšenie plastických a tepelne odolných vlastností.
Zvýšenú tepelnú odolnosť a mechanickú pevnosť je možné dosiahnuť procesom dvojitého tepelného spracovania (tvrdenie a starnutie). Pred prevádzkou sa vykonáva umelé starnutie všetkých žiaruvzdorných zliatin (to znamená, že sú disperzne tvrdené).