Стали и сплавы

Для изготовления аппаратуры, работающей в солянокислых средах, растворах серной и фосфорной  кислоты, применяют никелевый сплав  Н70МФ. Сплавы на основе Ni-Mo имеют высокое сопротивление коррозии в растворах азотной кислоты.  

Для изготовления сварной аппаратуры, работающей в  солянокислых средах, применяют сплав  Н70МФ.  

Наибольшее  распространение получил сплав  ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.  

Сталь Н70МФ — s  в  =950МПа, s  0.2  =480МПа, d=50%.  

Двухслойные стали нашли применение для деталей  аппаратуры (корпусов аппаратов, днищ, фланцев, патрубков и др.) , работающих в коррозионной среде. Эти стали состоят из основного слоя — низколегированной (09Г2,16ГС, 12ХМ, 10ХГСНД) или углеродистой (Ст3) стали и коррозийно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6мм из коррозийно-стойких сталей (08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х13) или никелевых сплавов (ХН16МВ, Н70МФ) .  

Сталь ХН65МВ — s  в  =1000МПа, s  0.2  =600МПа, d=50%.  

   

Криогенные  стали  

Криогенные  стали обладают достаточной прочностью при нормальной температуре в  сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требования высокой коррозийной стойкости. В качестве криогенных сталей применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, несклонные к хладноломкости. Для сварных конструкций, работающих при температуре до -196°С, используют стали с 6-7% Ni (ОН6А) и 8.5-9.5% Ni (ОН9А) , обладающие низким порогом хладноломкости.  

Из этих сталей изготовляют цилиндрические или сферические резервуары для  хранения и транспортировки сжиженных газов при температуре не ниже -196°С.  

Сталь 10Х14Г14Н4Т — s  в  =620МПа, s  0.2  =280МПа, d=45%, y=60%.  

   

Жаропрочные стали и сплавы  

Жаропрочными  называют стали и сплавы, способные  работать под напряжением при  высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.  

Жаропрочные стали и сплавы применяют для  изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т.д., работающих при высоких  температурах.  

Жаропрочные стали благодаря невысокой стоимости  широко применяются в высокотемпературной  технике, их рабочая температура 500-750°С.  

Механические  свойства сталей перлитного класса (12К, 15К, 18К, 22К, 12Х1МФ) : s  в  =360490МПа, s  0.2  =220280МПа, d=2419%. Чем больше в стали углерода, тем выше прочность и ниже пластичность.  

Стали мартенситного и мартенсито-ферритного классов (15Х11МФ, 40Х9С2,40Х10С2М) применяют  для деталей и узлов газовых  турбин и паросиловых установок.  

Стали аустенитного класса (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР) предназначены для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого давления.  

Жаропрочные сплавы на никелевой основе находят  широкое применение в различных  областях техники (авиационные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппаратостроение и т.д.) .  

Часто используют сплав ХН70ВТЮ, обладающий хорошей жаропрочностью и достаточной  пластичностью при 700-800°С.  

Никелевые сплавы для повышения их жаростойкости  подвергают алитированию.  

   

Инструментальные  стали и сплавы  

Стали для режущего инструмента Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, необладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8, У10, У11, У12, У13 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.  

Стали У10, У11, У12, У13 применяют для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, шабера, напильники и т.д.) . Для деревообрабатывающего  инструмента применяют стали У7 и У8.  

Стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания  с малой скоростью, так как  их высокая твердость (У10-У12 — 62-63HRC) сильно снижается при нагреве  выше 190-200°С.  

Легированные  стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф) пригодны для резания материалов невысокой прочности (s  в  =500600МПа) с небольшой скоростью (до 5-8м/мин) . Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200-250°С. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью.  

Сталь Х — 0.95-1% С, 0.15-0.4% Mn, 0.15-0.35% Si, 1.3-1.65% Cr, 64-65HRC.  

Быстрорежущие стали (Р6М5, Р12Ф3, Р8М3К6С, Р9, Р8М3, Р8М5) в  отличие от других инструментальных сталей обладают высокой теплостойкостью и соответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.  

Основным  легирующими элементами этих сталей являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий.  

Сталь Р18 — 0.7-0.8% С, 3.8-4.4% Cr, 17.5-19% W, 1-1.4% V, 0.5-1% Mo.  

   

Стали для измерительного инструмента  

Они (12Х1, Х) обладают высокой твердостью, износостойкостью, сохраняют постоянство размеров и хорошо шлифуются. Их твердость составляет 63-64HRC.  

Измерительное скобы, шкалы, линейки и другие плоские  и длинные инструменты изготовляют  из листовых сталей 15,15Х.  

   

Стали для штампов холодного деформирования Эти стали (Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5В3МФС, 7ХГ2ВМ) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими.  

Во многих случаях для изготовления штампов  для холодного деформирования используют быстрорежущие стали.  

Сталь 7ХГ2ВМ — 0.68-0.76% С, 1.5-1.8% Cr, 0.1-0.25% V, 59-60HRC.  

   

Стали для штампов горячего деформирования  

Эти стали (5ХНМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х5В2ФС, 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ) должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью и разгаростойкостью и высокую теплопроводность.  

Механические  свойства стали 5ХНМ при температуре 500°С: s  в  =900МПа, s  0.2  =650МПа, d=20-22%, y=70%.  

   

Твердые сплавы  

Твердыми  называют сплавы (ВК3, ВК6, ВК10, Т30К4, Т15К6, Т5К12, ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9) , изготовленные  методом порошковой металлургии и состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC) , соединенных кобальтовой связкой.  

Сплав ВК8 применяют для чернового точения  и других видов черновой обработки, а также для волочения, калибровки труб, прутков и проволоки. Сплавы ВК10, ВК15 предназначены для изготовления быстроизнашивающихся деталей. Титановольфрамовые сплавы применяют для чистового (Т30К4) и чернового (Т15К6, Т5К10) точения, фрезерования и строгания стали, твердость сплавов 92-87HRC.  

   

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами  

Магнитные стали и сплавы Магнитотвердые стали  и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов.  

Для постоянных магнитов применяют высокоуглеродистые стали с 1% С, легированные хромом (3%) ЕХ3, а также одновременно хромом и кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Легирующие элементы повышают коэрцитивную и магнитную энергию В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико. Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем, затем проводят шлифование.  

Сплав ЮНДК15 содержит 18-19% Ni, 8.5-9.5% Al, 14-15% Co, 3-4% Cu.  

Магнитомягкие стали (электротехническая сталь) (1212,1311,1511,2011,2013,2211,2312,2412,3415,3416,79НМ, 81НМА) применяют для изготовления магнитопроводов постоянного и  переменного тока. Они предназначены для изготовления якорей и полюсов машин постоянного тока, роторов и статоров асинхронных двигателей и др.  

Парамагнитные стали (17Х18Н9,12Х18Н10Т, 55Г9Н9Х3,40Г14Н9Ф2,40Х14Н9Х3ЮФ2 и др.) требуются в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники.  

Недостатки  этих сталей низкий предел текучести (150-350МПа) , что затрудняет их использование  для высоко нагруженных деталей  машин.  

   

Металлические стекла (аморфные сплавы)  

Аморфные  сплавы нередко хрупки при растяжении, но сравнительно пластичны при изгибе и сжатии. Могут подвергаться холодной прокатке.  

Магнито-мягкие аморфные сплавы делятся на три основные группы: 1. на основе железа (Fe  81  Si  3.5  B  13.5  C  2  ) с высокими значениями магнитной индукции и низкой коэрцитивной силой; 2. на основе кобальта (Co  66  Fe  4  (Mo, Si, B)  30  ) , имеющие сравнительно небольшую индукцию насыщения, но высокие механические свойства, низкую коэрцитивную силу и высокое значение магнитной проницаемости; 3. железоникелевые сплавы (Fe  40  Ni  40  P  14  B  6  ) со средними значениями магнитной индукции и более низким значением коэрцитивной силы, чем у железных сплавов.  

Магнито-мягкие аморфные сплавы применяют в электротехнике и электронной промышленности.  

   

Сплавы  с заданным температурным коэффициентом  линейного расширения  

Широко  применяются в машиностроении и  приборостроении. Наиболее распространены сплавы Fe-Ni, у которых коэффициент  линейного расширения a при температурах -100 до 100°С с увеличением содержания никеля до 36% резко уменьшается, а при более высоком содержании никеля вновь возрастает. При температуре 600-700°С такого явления не наблюдается и коэффициент линейного расширения в зависимости от состава изменяется плавно, что объясняется переходом сплавов в парамагнитное состояние. Таким образом, низкое значение температурного коэффициента линейного расширения связано с влиянием ферромагнитных эффектов.  

Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом, применяют  более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ.  

   

Сплавы  с эффектом “памяти формы”  

Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают  свою первоначальную геометрическую форму  или в результате нагрева (эффект “памяти формы” ) , или непосредственно  после снятия нагрузки (сверхупругость) .  

В настоящее  время известно большое число  двойных и более сложных сплавов  с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами “памяти формы” : Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Ni и др.  

Наиболее  широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект “памяти формы” в соединении NiTi может повторяться в течение многих тысяч циклов. Нитинол обладает высокой прочностью (s  в  =7701100МПа, s  т  =300500МПа) , пластичностью (d=10015%) , коррозийной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью. Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях.  

   

Тугоплавкие металлы и их сплавы  

Наибольшее  значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Nb, Mo, Cr, Ta и W.  

Их применяют  при строительстве ракет, космических кораблей, ядерных реакторов, отдельные узлы которых работают при температуре до 1500-2000°С.  

Тугоплавкие металлы и их сплавы используют в  основном как жаропрочные.  

Молибден, вольфрам и хром обладают высокой  жаропрочностью, однако они склонны к хрупкому разрушению. Ниобий и тантал — высокопластичные материалы и хорошо свариваются.