Разработка мероприятий по повышению качества жаропрочного литья Аннотация

Введение………………………………………………………………..…….……5
1 Свойства и области применения хромоникелевых сталей ……..……….…...7
1.1 Области применения коррозионостойких стталей…………………….……8
1.2 Механические свойства хромоникелевых сталей…………………………...8
1.3 Влияние химических элементов на кавитационную и коррозионную стойкость…………………….………………….…………………......…............. 12
1.4 Кавитационная стойкость…………….………………………………..….….24
1.5 Показатели качества коррозионостойких сталей…………………..……….31
1.6 Способы защиты от коррозии……………………………...………………..41
2 Методика проведения работы………………………………………………….47
2.1 Общая методика работы………………………………………..…………….47
2.2 Оборудование и материалы …………………………………………..……...47
2.3 Проведение эксперементальных плавок……………………………………48
3 Результаты исследований …………………….………………….…...………. 50
3.1 Исследование взаимосвязи химического состава, микроструктуры и свойств хромоникелевой стали………….....…..………………………………....50
3.2 Рафинирование расплава хромоникелевой стали………………….…..……54
Заключение……………………….……………………….……...………….….…57
Список использованных источников ………………………..…………………..58

Весь текст будет доступен после покупки

Хромоникелевые стали, имея в своем составе 10-25% Cr и 10 – 30 % Ni, обладает высокой устойчивостью против коррозии, поэтому часто применяется в судостроении и кораблестроении. Данная сталь хорошо зарекомендовала себя как в морской воде, так и речной. Так же отличные характеристики данной стали позволяют применять ее для производства корпусов подводных лодок, гребных винтов для ледоколов и судов, эксплуатирующихся в ледовых условиях. Кроме того, достоинство этих сталей в том, что они имеют холодостойкость, хорошую свариваемость, технологичность при резании и деформации. Хромоникелевым стали обладают высокими показателями по жаростойкости, жаропрочности, коррозионной устойчивости и кавитационной стойкости.
Основные легирующие элементы нержавеющей стали – хром и никель, но помимо них сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах: углерод, кремний, марганец, а так же элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-химических свойств: титан, ниобий и кобальт. Легирование никелем в количестве 9-30 % переводит сталь в аустенитный класс. Это обеспечивает стали высокую технологичность, в частности, повышение пластичности и снижение склонности к росту зерна, а также уникальные служебные свойства. Никель не образует в сталях карбидов. В сталях он является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита. Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей.
Для получения высоких показателей жаропрочности сталь легируют никелем, вольфрамом, титаном, ниобием, ванадием. Молибден и медь в составе этого сплава повышают коррозионную стойкость. Вторым важным легирующим элементов в стали является хром. Он резко повышает коррозионную стойкость стали при достижении 12,5 %. Начиная с этой концентрации на поверхности стали образуется плотная защитная оксидная пленка. Добавка хрома повышает твердость и прочность, не снижая пластичности стали. Увеличение хрома выше 1,0...1,5 % снижает ударную вязкость. Особенно резко хром повышает твердость и прочность мартенсита.Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Области применения коррозионностойких хромоникелевых сталей



Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость, жаропрочность и жаростойкость) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения, кораблестроения, судостроения.
Хромоникелевые стали с незначительным содержанием углерода (0,10%) в термически обработанном состоянии после закалки на аустенит обладают средними характеристиками прочности и очень высокими пластическими свойствами. Термическая обработка стали при пониженных температурах, при которых карбиды не полностью переводятся в твердый раствор, сообщает сталям тем большую разницу в свойствах, чем выше, в них содержание углерода.[1]
Эта группа сталей имеет самое широкое применение в промышленности и занимает наибольший удельный вес в выплавке нержавеющих сталей. К хромоникелевый сталям в настоящее время можно отнести более полусотни марок, которые используются в виде поковок, сортового и листового проката, горячекатаных и холоднокатаных труб, фасонных профилей и литья в авиационной и атомной технике, в химической промышленности и энергетике, а также в других самых различных областях техники. [1]
Хромоникелевые аустенитные стали широко используются для аппаратуры в химической промышленности в виде печной арматуры, теплообменников, патрубков и коллекторов выхлопных систем, а так же машиностроении, пищевой промышленности, медицине и авиации. [1]
Стали, стабилизированные титаном, используют в средах высокой агрессивности, а также для изделий, работающих при температурах до 600 °С. Стабилизированные ниобием стали чаще всегоиспользуют в средах высокой агрессивности, а также как присадочный материал для сварки хромоникелевых сталей.Хромоникелевые стали, стабилизированные титаном и содержащие молибден, применяются в специфических средах (кипящей сернистой, фосфорной, муравьиной и уксусной кислотах, сульфитном щелоке, горячем растворе белильной извести и т. п.).Их популярность объясняется свойствами: никель в составе сплава делает его очень пластичным, в результате чего сталь легче поддаётся различным технологическим операциям. Кроме того хромоникелевые стали обладают наивысшей стойкостью против коррозии и немагнитны. Данный тип сталей легко поддаётся сварке, но может давать при ней трещины.[2]
Важным свойством хромоникелевых сталей является – жаростойкость, которая характеризует, при насколько высоких температурах металл может сопротивляться процессу окисления. Это свойство стали обеспечивает хром, поскольку у него большее родство с кислородом, чем у железа. Благодаря этому при накаливании на поверхности сплава образуется плёнка из выделяемых оксидов, которая защищает его от коррозии. Чем больше в составе стали хрома, тем ниже нужна температура, чтоб образовалась данная плёнка.
Хромоникелевые стали бывают двух основных классов – аустенитные и аустенитно-ферритные. Они отличаются своей жаростойкостью и способами применения.[2]
Так стали аустенитно-ферритного класса способны выдерживать нагрузки при температуре до 900 – 1000°С, аустенитные стали – до 1000 – 1100 °С.

1.2 Механические свойства хромоникелевых сталей

Хромоникелевые стали с незначительным содержанием углерода (0,10%) в термически обработанном состоянии после закалки на аустенит обладают средними характеристиками прочности и очень высокими пластическими свойствами.
Термическая обработка стали при пониженных температурах, при которых карбиды не полностью переводятся в твердый раствор, сообщает сталям тем большую разницу в свойствах, чем выше в них содержание углерода.
Стали с повышенным содержанием углерода требуют более высокой температуры термической обработки для получения однородного аустенита, т.е. для перевода всех карбидов в твердый раствор, что определяется кривой растворимости SE.[5]

а - Fe – 18 %, Cr – 8 %, Ni –C
б - Fe – 18 %, Cr – 4 %, Ni –C
Рисунок 1- Диаграмма состояния системы с разным содержанием углерода.[4]
Чисто аустенитные стали после закалки при высоких температурах имеют очень низкие пределы пропорциональности и предел упругости, и меняющий модуль упругости. Низкий предел пропорциональности и меняющийся с напряжением модуль упругости обусловлены тем, что кривая напряжение-удлинение на диаграмме растяжения для этих сталей почти не имеет прямого участка, как это наблюдается у обычной стали, и быстро переходит в плавную кривую.[5]
Кривая истинных напряжений у сталей аустенитного типа лежит значительно выше, чем у других сталей.
К положительным свойствам хромоникелевых сталей следует отнести их высокую пластичность, что очень ценно для деталей, изготовляемых глубокой штамповкой или с большой высадкой.
Однако всегда следует иметь ввиду, что увеличение величины зерна может вредно отразится на механические свойства при высоких температурах вследствие резкого снижения пластичности при рабочих температурах.
Увеличение содержания углерода и азота повышает механические свойства хромоникелевыхсталей как в закаленном, так и в состаренном состоянии. При этом, чем выше температура закалки (950-1150 ?С) сталей, тем меньше их прочность и твердость и выше пластичность. [4]
После горячей обработки (ковки, прокатки или штамповки механические свойства стали могут быть различными и зависят от условий обработки). Стали, обработанные при пониженных температурах (ниже температуры рекристаллизации), быстро твердеют. Увеличение твердости в этом случае происходит благодаря наклепу и из-за выделения карбидов.
В тех случаях, когда требуется придать стали высокую пластичность и высокую химическую стойкость, необходимо подвергать ее термической обработке при повышенных температурах с последующим быстрым охлаждением.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Химушин, Ф. Ф. Нержавеющие стали/ Ф. Ф. Химушин.- Москва : «Металлургия» , 1967. – 800 с.
2 Нехедзи, Ю. А. Стальное литье: учебник для металлургических и политехнических институтов / Ю. А. Нехедзи.– Москва:Металлургиздат, 1948. — 766 с
3 ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 1990. -33 с.
4 Гудремон, Э. Специальные стали / Э.Гудремон.- Москва : Металлургия. – 1966 . -378 с.
5 ГОСТ 9.908-85. Металлы и сплавы. Методы показаний коррозии и коррозионной стойкости. – Москва: ИПК Издательство стандартов , 1999. – 18 с.
6 ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. – Взамен ГОСТ 5632-61; введ. 01.01.75. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 1975. – 37 с.
7 Ковалев, А.А. Кавитационное изнашивание командных деталей технических систем /А.А. Ковалев, Л. А. Тищенко, А. А. Подчуфаров. -Москва. - 2010. -389 с.
8 Ефимов, B.A. Технологии современной металлургии / В.А. Ефимов, А.С. Эльдарханов. – Москва: Новые технологии, 2004. – 782 с..
9 Богачев, И. Н. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей машин / И. Н. Богачев, Р. И. Минц. – Москва: Машиностроение, 1964. - 144 с.
10 Георгиевская,Е.П.Кавитационная эрозиягребных винтов и методы борьбы с ней / Е.П.Георгиевская. - Санкт – Петербург: Судостроение, 1978. – 316 с.
11 Меськин, В.С. Основы легирование стали / В. С. Меськин. Санкт – Петербург : Металлругиздат. – 1959.- 216 с.

12 Житнов, А.С. Высокомарганцевая сталь/ А. С. Житнов. -Москва: МИСиС,- 2008.- 326 с.
13 Акользин, П.А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования /П.А. Акользин. - Москва: Энергоиздат, - 1982. – 405 с.

Весь текст будет доступен после покупки