Спеціальні сталі та сплави. Жаростійкість і жароміцність сталей

Лекція 15. Спеціальні сталі та сплави

До спеціальних відносяться корозійностійкі, жароміцні, електротехнічні, магнітні та інші сталі.

1.  Корозійностійкі сталі

Поняття про корозію

Корозія – це хімічне або електрохімічне руйнування металів під дією зовнішнього середовища. Хімічна корозія здійснюється в сухих газах, безводних рідинах, розплавах солей та металів. В усіх умовах, пов’язаних з вологою та утворенням електролітів, виникає елетрохімічна корозія, пов'язана із переносом електричних зарядів. Від корозії щорічно гине біля 10% всього металу, що виробляється у світі. Але дійсні втрати ще більші.

Залізо дуже схильне до корозії. Воно має електродний потенціал Е=- 0,44В. Крім того, на залізі під дією корозії утворюється дуже пориста плівка продуктів корозії (іржа), яка не тільки не захищає метал від подальшої корозії, а, навпаки, прискорює її, накопичуючи вологу та іони електролітів.                             Е,В                  

Для підвищення корозійної стійкості в сталі вводять             ^0,2      

Cr, Ni, Mn, Al, Si, Cu, Ti.                                                              ⁰

Хром до змісту 11% не впливає на корозійну стійкість       _-0,44

 сталі, але при  Cr>11% сталь з активного стану

11%             Сr.% .                   

переходить у пасивний, т.я. при такому змісті Cr на Fe утворюється щільна плівка, яка добре захищає від корозії. Тому для одержання корозійностійких сталей в них вводять більше 13% хрому.

Хромисті сталі (помірної корозійної стійкості)   

08Х13; 12Х17; 08Х17Т; 15Х28 – феритний клас, відпал. 700...800°С

20Х13; 30Х13; 40Х13; 95Х18 – мартенситний клас, гарт. з 1000°С у маслі + низьке відп.

Хромонікелеві сталі (підвищеної корозійної стійкості)

12Х18Н9; 12Х18Н9Т; 12Х18Н10; 12Х18Н10Т  (ТО – гартування з 1100°С у воді без відпускання); більш дешева 10Х14Г14Н4Т – це сталі аустенітного класу, зміцнюються тільки наклепом.

Без додавання Ti нерж. сталі під час зварювання або інших нагрівів зазнають схильності до міжкристалевої корозії, оскільки хром, утворюючи карбіди з вуглецем сталі, видаляється із твердого розчину до рівня нижче критичного ( Cr<11%) і перестає захищати межі зерен. Для запобігання цьому в сталь вводять 0,1...0,2% сильних карбідоутворюючих елементів – Ti, Nb. Уникнути схильності нерж. сталей до міжкристал. корозії можна шляхом гартування виробів після зварювання з метою гомогенізації структури.

Оскільки Ni має високу вартість, застосовують двохшарові вироби. Покращують пасивацію сталей 0,3...0,4%Cu, 0,5...1,5%Mo.

2.  Жаростійкість і жароміцність сталей

Жаростійкість – це властивість сталі не окислюватися при підвищеній температурі, тобто це хімічна властивість.

Жароміцність – це здібність сталі мати високу міцність при підвищеній температурі.

Жаростійкі сталі – це сталі, леговані Cr, Si, Al, які утворюють на сталі плівки оксидів Cr₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, захищаючих сталь від окислення.

Особливо корисним є хром: при його            ¹¹⁰⁰ 

 збільшенні росте t-ра, до якої сталь                ₈₆₀

 має теплостійкість. Приклад: сталь

 40Х8С2 (сильхром); хромо-нікелеві сталі.     ₅₆₀

Жароміцні сталі – це сталі з Cr, Mo, W, V, Ni          ^{5       10                                       30}        Cr

а) перлітні до 550°С – 12ХМ; 12Х1МФ (ТО – гарт.+високе відп. або нормалізація);

б) мартенситні до 620°С – 15Х11МФ; 15Х12ВНМФ (ТО – гарт.з 1000°С+вис.відп.);

в) аустенітні до 700°С – 09Х14Н16Б (ТО – гарт.з 1000°С+вис.відп.);

г) нікелеві сплави до 900°С – ніхроми, німоники (Ni+Cr+Ti+Al)

д) кераміка на основі SiC до 1700°С  - крихкі, нетехнологічні.

3.  Електротехнічні сталі

Магнітно-м’які – динамна сталь до 2% Si -   тонкі листи;

трансформ. сталь 2-5% Si – товсті листи;

пермалої – 78% Ni+Fe.

4.  Магнітно-тверді – У10, У12 – гартув.+відп.100°С

ЕХ3 (1%С+3%Cr); ЕХ5К5 – гарт.+відп.100°С

сплав альніко (8%Al, 14%Ni, 24%Co+Fe) литий, крихкий.