Как определить класс стали по марке перлитный аустенитный мартенситный

Термин «перлитный класс» относится к определённым композитным микроструктурам на основе железа. Перлитная сталь характеризуется совместным расположением тонких слоев феррита и цементита, которые образовались в результате эвтектоидной реакции аустенита.

Пластинчатый вид перлита немного вводит в заблуждение, поскольку отдельные пластины и внутри колонии перлита фактически взаимосвязаны в трёх измерениях. Однако фактически такие колонии представляют собой взаимопроникающие бикристаллы феррита и цементита.

Описание перлитных сталей

Перлит образуется при достаточно медленном охлаждении в системе железо-углерод в эвтектоидной точке на фазовой диаграмме Fe-C (723°C, температура эвтектоида). В чистом сплаве Fe-C он содержит около 88 объёмных процентов феррита и 12 объёмных процентов цементита. Перлит известен своей вязкостью, а в сильно деформированном состоянии – весьма высокой прочностью.

При изучении под микроскопом перлит имеет характерный вид, создаваемый тонкими пластинчатыми полосами. Он напоминает перламутр, естественную пластинчатую структуру, встречающуюся у некоторых видов моллюсков. Однако из этого не следует, что перлит создаётся путём естественного осаждения последовательных слоёв. Он образуется в результате специальной обработки эвтектоидной смеси, разделяя показатели твёрдости и прочности.

Перлит является продуктом разложения аустенита в результате эвтектоидной реакции, поэтому все стали рассматриваемого класса характеризуются пластинчатым расположением феррита и цементита. Перлит растёт в виде конкреций на границах предшествующего аустенита, поэтому каждое скопление может иметь разные колонии или ориентацию. Эти конкреции могут распространяться, чтобы покрыть предшествующие границы аустенита. Путем изменения температуры реакции расстояние или масштаб длины любой стали перлитного класса можно изменить путём разветвления цементита.

Влияние примесей на стали

Различные примеси способны придавать металлам нужные характеристики. Так для повышения твердости используют углерод, марганец, хром, молибден. Улучшить вязкость помогают никель и ванадий. Для усадки используют марганец, кремний, алюминий. Сопротивление истиранию повышают марганец, никель, хлор. Отменную устойчивость к коррозии дают никель, хром, медь. Но важно не только правильно скомбинировать примеси. Итоговые характеристики во многом зависят и от их пропорций.

Например, специальные марганцевые стали должны содержать не менее 14 % соответствующего компонента. При отклонении этого показателя меняется структура сплава:

  • 0,4-0,6 % – мартенситная;
  • 10 % и 12 % – аустенитная;
  • 0,5 % и 3,5 % – перлитная.

При этом содержание хлора остается неизменным во всех трех случаях. В целом Мn влияет на теплопроводность, поэтому нагрев и охлаждение таких материалов следует проводить с особой осторожностью. Изделия из него получают только посредством отливки, так как резка очень затруднена. Но марганцевые стали хорошо обрабатываются под давлением и не обладают магнитными качествами.

Еще одним примером специальных сталей является хромистый сплав. Соответствующий компонент относится к карбидообразующим, поэтому в некоторые стали добавляют не более 1 % Cr. Даже при таком содержании повышение критических точек неизбежно, поэтому обязательно проводят закалку материала при высоких температурах.

1 % Cr содержится также в инструментальных сплавах. В таком количестве он повышает твердость и режущие характеристики.

В последнее время легирование сплавов проводят не одним компонентом, а сразу несколькими. В таком случае удается увеличить влияние примесей на стали и получить материалы с особыми качествами. К таким относятся:

  • быстрорежущие – не теряют твердости после нагрева;
  • износостойкие – устойчивы к механическому изнашиванию, свариваются после нагрева;
  • автоматные – дополнительно легируются свинцом, кальцием и селеной, обладают малой прочностью;
  • пружинные – отличаются хорошей эластичностью, вязкостью и упругостью;
  • строительные – характеризуются твердостью, ударной вязкостью и относительным удлинением.

Это далеко не весь перечень специальных сталей. Их существует великое множество, поэтому о составе или характеристиках того или иного материала лучше подробнее узнать у производителя.

Характеристики и маркировка

  1. Обычно перлитную структуру количественно характеризуют тремя параметрами.
  2. Процентным содержанием феррита и перлита.
  3. Расстоянием между пластинами перлита.
  4. Диаметром конкреций перлита.

Эти параметры меняются в зависимости от температуры превращения. Условия, необходимые для получения полностью перлитной структуры путем непрерывного охлаждения, определены для обычных углеродистых сталей, которые содержат от 0,2% до 0,8% углерода.

Когда содержание углерода становится меньше 0,6%, перлит всегда является вырожденным: он имеет низкий предел текучести, но зато обладает хорошей пластичность, в частности, повышенным коэффициентом линейного растяжения.

Перлитные стали, содержащие более 0,6% C, всегда имеют нормальные пластинки цементита с высоким пределом текучести, но с небольшим уменьшением площади. Специальная маркировка сталей перлитного класса отсутствует, поскольку все они являются мало- или среднеуглеродистыми конструкционными сталями (легированными или нелегированными). Поэтому технические требования к сталям данного класса полностью охватываются ГОСТ 1050-88 и ГОСТ 4543-2016: эти стали содержат не более 0,30…0,60 % углерода, при сравнительно небольшом количестве легирующих элементов. В основном — хром, молибден или никель. Типичные представители – стали 20Х, 50ХН, 30 ХМ, и т.п.

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.

ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ КОМНАТНЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (Н.С. Самойлов)

Жаропрочными

называют стали и сплавы, сохраняющие при повышенных температурах в течение определенного времени высокую механическую прочность и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаростойкими (окалиностойкими)

называют стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 0 С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаропрочность характеризуется, в основном, пределами ползучести и длительной прочности. Ориентировочно о жаропрочности судят также по механическим свойствам, определяемым кратковременным испытанием на растяжение при рабочей температуре.

Дополнительные характеристики жаропрочности: длительная пластичность, релаксационная стойкость, предел выносливости, термостойкость и др.

Жаропрочность стали (сплава) определяется химическим составом и структурой; к числу элементов, повышающим жаропрочность, относятся молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, кобальт, алюминий и отчасти хром и никель. Последний, наряду с марганцем, имеет значение, главным образом, как аустенитообразующий элемент (поскольку аустенитная структура создает наибольшую жаропрочность стали). На жаропрочные свойства хром влияет меньше, чем многие другие элементы. Однако его присутствие в стали или сплаве наряду с алюминием и кремнием повышает их жаростойкость (окалиностойкость). Поэтому хром — обязательный компонент жаропрочных сталей и сплавов.

Классификация

К жаропрочным сталям относят сплавы на основе железа, если содержание последнего превышает 50 %.

В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов жаропрочные стали могут быть низко-, средне- и высоколегированными.

В низколегированной стали суммарное содержание легирующих элементов не превышает 4-5 %. Среднелегированной называется сталь с суммарным содержанием легирующих элементов от 5 до 9 %, причем содержание каждого из них не должно превышать 5 %. Высоколегированной называют сталь, в которой содержание любого легирующего элемента превосходит 5 %, либо суммарное содержание всех легирующих элементов — более 10 %.

По микроструктуре (получаемой после охлаждения на воздухе с высокой температуры) жаропрочные стали подразделяют на семь классов: перлитный, мартенситный, мартенситно-ферритный, ферритный, аустенитно-мартенситный, аустенитно-ферритный, аустенитный.

Низколегированные стали относятся к перлитному классу, среднелегированные — к перлитному, мартенситному или мартенситно-ферритному, высоколегированные — к любому из перечисленных классов, кроме перлитного.

К сплавам на железоникелевой основе относятся сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе. Суммарное содержание железа и никеля не менее 65 %.

К сплавам на никелевой основе относятся сплавы, содержащие не менее 50 % Ni, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никеле (содержание железа не более 6-8 %).

Стали перлитного класса

Среди низколегированных сталей высокой жаропрочностью отличаются молибденосодержащие стали, например, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфрамованадиевые, имеющие достаточно высокие сопротивление ползучести и длительную прочность при температурах до 565-580 °С. Такие стали условно называют теплоустойчивыми.

Химический состав теплоустойчивых сталей перлитного класса приведен в ГОСТ 20072-74, ГОСТ 4543-71, ТУ 14-1-1391-75. Они содержат 0,5-3,3 % Cr; 0,25-1,2 % Мо; 0,15-0,8 % V. Некоторые марки содержат 0,3-0,8 % W либо Nb.

Эти стали применяют для изготовления различных деталей в котлостроении, работающих длительное время (10 000-100 000 ч) при температурах 500-580 °С, в частности, для паропроводных и пароперегревательных труб, а также для проката и поковок, используемых в турбинах и паровых котлах высокого давления.

Механические свойства сортового металла из перлитных сталей, предусмотренные ГОСТ или существующими ТУ, а также рекомендуемые режимы термической обработки приведены в табл. 1. Механические свойства при повышенных температурах, определяемые кратковременным испытанием на растяжение, как правило, не регламентируются. Решающее значение имеют нормы длительной прочности и ползучести при рабочих температурах в зависимости от длительности службы за время 10 000-100 000 ч (табл.2). Сведения о примерном назначении сталей перлитного класса и их рабочие температуры приведены в табл. 3.

Стали мартенситного класса

Стали мартенситного класса содержат 4,5-12 % Cr, а также в значительно меньшем количестве Ni, W, Mo, V.

Стали марок 15Х5, 15Х5М, 15Х5ВФ и 15Х8ВФ широко применяют для изготовления элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов — деталей насосов, задвижек, крепежных деталей, крекинговых труб, работающих при температурах 550-600 °С. Стали этой же группы с более высоким содержанием Cr (6-10 %) и с повышенным содержанием Si (2-3 %), в основном, применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Сталь 11Х11Н2ВМФ(ЭИ962) применяют для дисков компрессоров и для других деталей, работающих при температурах до 600 °С с ограниченным сроком службы.

Механические характеристики мартенситных сталей приведены в табл. 1 характеристики жаропрочности — в табл. 12.2.

Стали мартенситно-ферритного класса

Стали мартенситно-ферритного класса содержат в структуре кроме мартенсита 10-25 % феррита. Основная легирующая добавка и в этих сталях — Cr (11-13 %), наряду с которым присутствуют менее значительные присадки Ni, W, Mo, Nb, V (модифицированные хромистые стали). Их термическая обработка заключается либо в закалке с отпуском, либо в нормализации с отпуском. Механические свойства при надлежащей температуре отпуска практически равноценны. Уровень жаропрочных свойств после оптимальной термической обработки для большинства сталей мартенситно-ферритного класса также примерно одинаков. Однако наиболее высокие (при обработке на одинаковую твердость) характеристики жаропрочности при 500-600 °С у стали 18Х12ВМБФР(ЭИ993).

Эти стали изготовляют в виде сортового проката и применяют в турбостроении для лопаток и дисков турбин, а также для крепежных деталей. Ориентировочная рабочая температура для стали 15Х12ВНМФ(ЭИ802) — 550-580 °С и 570-600 °С — для стали 18Х12ВМБФР(ЭИ993).

Стали аустенитного класса

Стали аустенитногокласса — в основном хромоникелевые стали с содержанием Cr и Ni в пределах от 7 до 25 % каждого, наряду с которыми присутствуют W, Mo, Ti, Nb и др.

Это самая многочисленная группа жаропрочных (и жаростойких) сталей (см. ГОСТ 5632-72).

Таблица 1

Режимы термообработки и характеристики механических свойств сортового проката из жаропрочных сталей при нормальной температуре

Сталь

Класс Режим термообработки Характеристики механических свойств
Температура закалки или нормализации,°С Охлаждающая среда Температура отпуска (или отжига), °С Охлаждающая среда σв, МПа σ0,2, МПа δ5, % ψ, % КСU,Дж/см2
12МХ(12ХМ) Перлитный 920 ± 10 воздух 680-690 воздух 420 260 21 45 60
15ХМ 900-920 воздух 630-650 450 280 20 45 70
12Х1МФ(12ХМФ,ЭИ575) 960-980 воздух 740-760 воздух 480 260 21 55 100
20ХМ 860-880 масло 500-600 воздух 800 600 12 50 90
25Х1МФ(ЭИ10) 880-900 масло 640-660 воздух 900 750 14 50 60
25Х2М1Ф(ЭИ723) 1030-1060 воздух 680-720 воздух 900 750 10 40 30
18Х3МВ(ЭИ578) 960 ± 10 масло 660-680 воздух 650 450 18 120
20Х3МВФ(ЭИ579) 1030-1080 масло 660-700 воздух 900 750 12 40 80
15Х5М Мартенситный 950-980 воздух 860 ± 20 воздух 450 220 20 50 120
15Х5 воздух 850-870 воздух 400 170 24 50 100
15Х5ВФ* воздух 850-870 с печью 400 220 22 50 120
40Х9С2(4Х9С2,ЭСХ8)* воздух 850-870 с печью 750 500 15 35
40Х10С2М(ЭИ107) 1050 воздух или масло 750±30 масло 950 750 10 35 > 20
15Х11МФ 1095 масло 710 воздух 755 568-755 14 50 59
18Х11МНФБ(ЭП291) 1080-1130 воздух, масло 660-770 воздух 740 590-735 15 50 59
20Х12ВНМФ(ЭП428) 1010-1060 масло 660-770 воздух 740 590-755 14 45 54
30Х13Н7С2(ЭИ72) 1050+800 вода, масло 660-680 воздух 1200 800 18 25 > 20
11Х11Н2В2МФ 1000-1020 воздух или масло 660-680 воздух 900 750 12 50 80
16Х11Н2В2МФ(ЭИ962А) 1000-1020 то же 550-590 воздух 1000 850 10 45 70
20Х13(ЭЖ2) 1000-1030 то же 680-720 масло, воздух 660 450 16 55 80
13Х11Н2В2МФ-Ш(ЭИ961-Ш) 1000-1020 воздух, масло 660-710 воздух 880 735 15 55 88
12Х1 Мартенситно-ферритный 1020-1050 воздух или масло 700-750 масло 600 420 20 60 90
15Х11МФ 1030-1100 воздух 700-740 масло 700 500 15 55 120
15Х12ВНМФ(ЭИ802) 1000-1020 воздух, масло 540-590 воздух 1080 930 13 55 88
15Х11ВНМФ 1010-1060 масло 660-770 воздух 740 590-735 14 45 54
18Х12ВМБФР(ЭИ993) 1050 масло 650-700 воздух 750 500 14 50 60
18Х12ВМБФР-Ш(ЭИ993-Ш) 1030-1050 масло 680-720 воздух 800 680 12 45 59
15Х12В2МФ 1050 масло 680 воздух 800 600 15 50 70
20Х20Н14С2(ДИ911) Аустенитно-ферритный 1000-1150 воздух, вода 590 295 35 55
20Х23Н13(ЭИ319) 1100-1150 воздух, масло, вода 490 295 35 50

* Сталь применяется в отожженном состоянии

Таблица 2

Режимы термической обработки, пределы ползучести и длительной прочности легированных сталей перлитного и мартенситного классов, применяемых для длительной службы

Сталь Класс Режим термообработки Температура испытания,°С Предел длительной прочности , МПа за время, ч Предел ползучести, МПа, соответствующий 1% деформации за время, ч
Температура закалки или нормализации,°С Охлаждающая среда Температура отпуска, °С Охлаждающая среда 10 000 100 000 10 000 100 000
12МХ(12ХМ) Перлитный 920 воздух 680-690 воздух 480 250 200 220 150
510 160 120 700
540 110 70 38
12Х1МФ(12ХМФ,ЭИ575) 960-980 воздух 740-760 воздух 520 200 160 180 130
560 140 108 118 84
580 120 90-100 90 62
25Х1МФ(ЭИ10) 880-900 масло 640-660 вода 500 260-290 80
550 100-150 90 30
25Х2М1Ф(ЭИ723) 1050 воздух 680-700 воздух 550 180-220 140-480 70
18Х3МВ(ЭИ578) 900 ± 10 масло 660-680 воздух 450 230 160
500 120
550 75
20Х3МВФ(ЭИ579) 1030-1080 масло 660-700 воздух 500 340 300 180 150
550 200 160 130 100
580 140 100 50
15Х5М Мартенситный и мартенситно-ферритный, аустенитно-ферритный 950-980 воздух 860 ± 20 воздух 480 180 150 105 70
540 100 75 65 40
15Х5ВФ* 860 ± 10 500 120 92 85 60
550 90 70 50 38
600 65 52 38 28
20Х12ВНМФ(ЭП428) 1010-1060 масло 660-770 воздух 450 274
500 382 343
600 103 88 54
12Х13 1030-1050 масло 730-750 воздух 470 260 220
500 220 190 57
530 190 160
13Х11Н2В2МФ-Ш(ЭИ961-Ш) 1000-1020 воздух, масло 660-710 воздух 500 392 s100 = 568
550 s100 = 441
600 s100 = 294
15Х12ВНМФ(ЭИ802) 1000 масло 680 воздух 550 250 220 100
565 240 200 80-90
580 190 160 70-80
600 140-160 120 50-60
15Х11МФ 1050 воздух 740 550 200 130-150 90-100
600 100 40-50
18Х12ВМБФР(ЭИ993) 1050 масло 650-700 воздух 560 250-300 220-260 150
590 210-240 170-200 100
620 140 110 50
15Х12В2МФ 1050 масло 680 воздух 575 170 150 75
600 150 130 45
630 110 85
20Х20Н14С2(ДИ911) 1000-1150 воздух, вода 875 9,8
1000 1,4
20Х23Н13(ЭИ319) 1100-1150 воздух, масло, вода 550 151 57
  • Сталь применяется в отожженном состоянии

Таблица 3

Примерное назначение низколегированных жаропрочных сталей перлитного класса

Сталь Назначение Рабочая температура, ˚ С Срок службы Температура начала интенсивного окалинообразования, ˚ С
12МХ(12ХМ) Трубы паронагревателей, паропроводов и коллекторов энергетических установок; арматура паровых котлов и паропроводов 500-510 Весьма длительный 570
15ХМ 520-530 570
12Х1МФ(12ХМФ,ЭИ575) 570-585 600
15Х1М1Ф 570-585 600
18Х3МВ(ЭИ578) Трубы для гидрогенизационных установок и нефтехимической аппаратуры 450-500 Длительный 600
20Х3МВФ(ЭИ579) 500-550 600
20Х3МВФ(ЭИ579) Поковки (роторы, диски), болты 530-560 600
25Х1МФ(ЭИ10) Крепежные детали (болты, шпильки), плоские пружины 500-510 Длительный 600
25Х2М1Ф(ЭИ723) 520-550 600

Таблица 4

Режимы термической обработки и характеристики механических свойств сортового проката из жаропрочных аустенитных сталей (при нормальной температуре)

Сталь Режим термообработки Характеристики механических свойств
Температура закалки, °С. Охлаждающая среда Т

, °С, длительность отпуска или старения

Временное сопротивление σв, МПа Предел текучести σ0,2, МПа Относительное удлинение δ5, % Относительное сужение ψ, % Ударная вязкость КСU, Дж/см2
10Х11Н20Т3Р(ЭИ696) 1150-1180 воздух, масло 750 (16 ч) 850 500 10 15 30
10Х11Н23Т3МР-ВД (ЭП33ВД) 1170-1200 воздух 750 (16-25 ч) 900 600 8 10 30
37Х12Н8Г8МФБ-Ш (ЭИ-481Ш, 4Х12Н8Г8МФБ) 1140-1160 вода 670 (12-14 ч) 770-800 (10-12 ч) 850 600 15 20
45Х14Н14В2М(ЭИ69) ** 820 720 320 20 35 50
09Х14Н18В2Б 1110-1140 воздух * 500 200 35
09Х14Н19В2БР(ЭИ695) 1100-1150 воздух * 500 220 38 50 140
09Х14Н19В2БР1(ЭИ695) 1130-1160 воздух 750 520 220 30 44 120
37Х12Н8Г8МФБ-Ш (ЭИ-481Ш, 4Х12Н8Г8МФБ) 1140 ± 10 вода 770-800 850 600 15 20 25
30Х13Г18Ф 1150 ± 10 вода 700 (10 ч) 700 360 30 40 80
08Х16Н13М2Б(ЭИ680) 1100-1150 вода, воздух 750 560 220 40 50 120
10Х17Н13М2Т(ЭИ448) 1050-1100 вода * 520 220 40 55
08Х17Н15М3Т(ЭИ580) 1050-1100 воздух * 500 200 35 45
08Х15Н24В4ТР(ЭП164) 1130-1150 воздух 730-750 750 450 20 35 80
08Х15Н24В4ТР(ЭП164) ** воздух 700 (16 ч) 700 400 15 30
12Х18Н9 1050-1100 воздух, вода 700 (20 ч) 500 200 45 55
08Х18Н10Т(ЭИ914) 1050-1100 то же 700 (20 ч) 520 200 40 55
12Х18Н9Т 1050-1100 то же 700 (20 ч) 550 200 40 55
12Х18Н12Т 1050-1100 то же 800 (10 ч) 550 200 40 55
08Х18Н12Б(ЭИ402) 1050-1100 то же * 500 180 40 55
36Х18Н25С2 1100-1150 воздух, масло, вода * 650 350 25 40
36Х18Н25С2 1200 вода 800 (8 ч) 855 550 17 18 50
30Х19Н9МВБТ 1150-1180 воздух, вода 750-800 680 350 35 40 60
31Х19Н9МВБТ(ЭИ572) 1050 вода 750 (15 ч) 680 350 25 25 70
55Х20Н4АГ9М 1160-1190 вода 760-780 1000 650 8 10
20Х20Н14С2(ДИ911) 1000-1100 воздух, вода * 600 300 35 30
20Х23Н13(ЭИ319) 1050-1150 то же * 500 300 35 50
20Х23Н18(ЭИ-417) 1100-1150 то же * 500 200 35 50
20Х23Н18(ЭИ-417) 1030-1130 вода * 540 265 35
20Х25Н20С2(ЭИ283) 1100-1150 воздух, вода * 600 300 35 50

* Применяются без отпуска. **Без закалки

В марках этих сталей приняты следующие обозначения для легирующих элементов: А — N, Б — Nb, В — W, Г — Mn, К — Co, М — Mo, Н — Ni, P — B, C — Si, T — Ti, Ф — V, X — Cr, Ю — Al. Цифра после буквы указывает на округленное (среднемарочное) содержание этого элемента в процентах (при содержании менее 1 % цифру не пишут). Исключение — углерод, содержание которого первые две цифры марки выражают в десятых процента. Например, марка 45Х14Н14В2М(ЭИ69) следующего состава: 0,45 % С, 14 % Cr, 14 % Ni, 2 % W, и ≤ 1 % Мо. Характеристики механических свойств сортового проката из жаропрочных аустенитных сталей, а также оптимальные режимы термической обработки приведены в табл. 4.

В соответствии с особенностями легированного аустенита характеристики жаропрочных свойств аустенитных сталей более высокие (табл. 5), чем у жаропрочных сталей перлитного или мартенситного классов.

Сталь 08Х18Н10Т(ЭИ914) применяют как жаропрочную и жаростойкую. При температуре до 600 °С у стали стабильные механические свойства, она устойчива против межкристаллитной коррозии и хорошо сваривается. Сталь этой марки изготовляют в виде сортового проката, поковок, листа, труб для энергетического и химического оборудования. Аналогичные свойства у стали 12Х18Н12Т, которую применяют в тех же областях техники.

У хромоникельвольфрамовых аустенитных сталей (45Х14Н14В2М(ЭИ69)) повышенные жаропрочность и сопротивление усталости при высоких температурах. Сталь 45Х14Н14В2М(ЭИ69) находит применение для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания. Для длительных сроков службы при температурах 600-650 °С рекомендуется сталь того же типа с пониженным содержанием С (до 0,15 %).

Аустенитные стали применяют, как правило, для изготовления деталей, работающих при температурах 650-700 °С весьма длительное время. Механические свойства этих сталей при температуре 20 °С похожи, но пределы длительной прочности и ползучести отличаются весьма существенно (табл. 4, 5). Наиболее жаропрочные из них стали 09Х14Н19В2БР(ЭИ695)

и 09Х14Н19В2БР1(ЭИ695)

, которые применяют для изготовления пароперегревательных и паропроводных труб установок сверхвысокого давления.

Хромомарганцевые стали марок 30Х13Г18Ф и 37Х12Н8Г8МФБ-Ш (ЭИ-481Ш, 4Х12Н8Г8МФБ) — заменители жаропрочных сталей с более высоким содержанием никеля. Эти стали имееют достаточно высокую длительную прочность при температурах 500-650 °С.

Таблица 5

Пределы ползучести и длительной прочности жаропрочных аустенитных сталей, применяемых для длительной службы*

Сталь Температура, °С Предел длительной прочности , МПа за время, ч Предел ползучести , МПа, соответствующий 1 % деформации за время, ч
10 000 100 000 10 000 100 000
09Х14Н18В2Б 600 180 140 120 110
650 140 110 105 85
700 90 65 60 50
09Х14Н19В2БР(ЭИ695) 650 168 130 140 110
700 125 95 85 65
750 70 55
09Х14Н19В2БР1(ЭИ695) 600 260 230 250 170
650 215 190 200 140
700 170 140 120 85-90
12Х18Н10Т 600 150 110 75
650 80-100 30-40
30Х19Н9МВБТ 600 240 220 110
650 170 150 80
12Х18Н12Т 600 170 135
650 105 75
08Х16Н13М2Б(ЭИ680) 600 200 150 140-170 90-120
650 130 60**-90 100-120 50-70
700 60-70 30-50 60 20
10Х17Н13М2Т(ЭИ448) 550 280 240 110
600 180 130 110 60
650 110 70 90 50
700 40/80** 30 55** 28**
20Х20Н14С2(ДИ911) 650 65
700 30
800 10
20Х23Н13(ЭИ319) 550 240 200 150 60
600 190 150 70-80** 50**
650 110 70 50-60** 30**
700 60 36 30 14
20Х23Н18(ЭИ-417) 600 150** 100 90 60**
650 110 60**-80 50-60 40**-54
700 50**-60 35 35 28**-35
800 21 12-21 7**-12
20Х25Н20С2(ЭИ283) Почти как у стали 20Х23Н18(ЭИ-417)

* Режимы термической обработки см. табл. 4.

** Данные из зарубежных источников для сталей близкого химического состава.

Сплавы на железо-никелевой основе

Сплавы на железо-никелевой основе могут быть разделены на две группы: 1) с содержанием 14-16 % Cr и 32-38 % Ni и 2) с содержанием 20-25 % Cr и 25-45 % Ni (либо Ni + Mn). Сплавы первой группы дополнительно легированы вольфрамом и титаном и обладают высокой (приблизительно равной) жаропрочностью (табл. 6). Сплавы второй группы благодаря повышенному содержанию Cr жаростойкие, по жаропрочным свойствам они уступают сплавам первой группы, например, сплав ХН38ВТ(ЭИ703).

Сплавы ХН35ВТ(ЭИ612), ХН35ВМТ, ХН35ВТЮ(ЭИ787) поставляют преимущественно в виде горячекатаных и кованных прутков и полос, а также поковок. Из сплавов ХН35В5Т, ХН38ВТ(ЭИ703) и 12Х25Н16Г7АР(ЭИ835), в основном, изготовляют горячекатаный и холоднокатаный лист и ленту, а из сплава ХН45Ю(ЭП747) — также и трубы. В основном, сплавы на железо-никелевой основе применяют для изготовления деталей паровых и газовых турбин.

Сплавы на никелевой основе

Сплавы на никелевой основе подразделяют на две группы (см. ГОСТ 5632-72): 1) сплавы, применяемые преимущественно как жаропрочные, и 2) жаростойкие сплавы, обладающие необходимым минимумом жаропрочности (табл. 7).

Таблица 6

Пределы длительной прочности и ползучести сплавов на железо-никелевой основе *1

Сталь Температура, °С Предел длительной прочности, МПа за время ,ч Предел ползучести*3, , МПа
100 500 1000 10 000*2 100 000*2
ХН30ВМТ(ЭП437,ВЖ102) 650 370 290 230 180 210 (1/104);14 (1/105)
700 280 220 180 140
800 150-170 100-110 68
ХН35ВТ(ЭИ612) 600 320 270 230
650 220-230 190-200 150-160 170 (1/104);130(1/105)
700 140 95 65 110 (1/104);80 (1/105)
ХН35ВТЮ(ЭИ787) 600 650-680 550-580 520-550 420-450
700 380-400 320-340 280-320 240-260
750 300-340 240-300 200-270 170-230 250 (0,2/100)
800 210-240 150-180 120-160 130 (0,2/100)
ХН35В5Т 650 280 200 160 180 (1/104);130 (1/105)
700 200 150 120 120 (1/104);90 (1/105)
750 200 150 110 80 80 (1/104);60 (1/105)
ХН38ВТ(ЭИ703) 800 80-90 52 63 (5/100)*4
900 30-40 21 (5/100)*4
1000 9 (5/100)*4
ХН45Ю(ЭП747) 1000 20
1100 9 5
1200 5 2,5

*1 После оптимальной термической обработки.

*2 Экстраполированные значения.

*3 В скобках в числителе — деформация в %, в знаменателе — время в ч.

*4 Определено на конических образцах.

Таблица 7

Пределы длительной прочности и ползучести сплавов на никелевой основе*1

Сталь Температура, °С Предел длительной прочности, , МПа за время, ч Пределы ползучести*3 , , МПа
100 200 300 1000 10 000*2
ХН65ВМТЮ(ЭИ893) 700 > 600 400 300 300 (1/10 000)
750 500 330 230 200(1/10 000)
800 300 200 140 120 (1/10 000)
ХН70ВМЮТ(ЭИ765) 600 780 750 740 650 530
700 450-500 420-470 400-450 310-350 220-240 200 (1/10 000)
800 220-250 210-230 190-220 140-160 80 (1/10 000)
ХН70ВМТЮ(ЭИ617) 700 480-520 420 360 300 (0,2/100)
800 280-300 210 180 170 (0,2/100)
850 180-200 100 170 (0,2/100)
ХН80ТБЮ(ЭИ407) 650 400 300-260 350 (1/10 000)
700 270 170-180 220 (1/10 000)
ХН70МВТЮБ(ЭИ598) 700 480 420 180 (0,2/100)
800 250 230
ХН67МВТЮ(ЭП202) 700 480-520 380-420 360-390 280-320 360 (1/1 000)
800 280-300 230-250 180-200 120-150
850 180-200 140-160 110-130 70-80
900 120-140 90-100 70-80 40-45 60 (1/1 000)
ХН75МБТЮ(ЭИ602) 700 160-170 150
800 80 70 43 (5/100)*4
900 29 22 14 (5/100)*4
ХН78Т(ЭИ435) 700 105 32-35
800 45 18(5/100)*4
900 15 7 (5/100)*4
ХН77ТЮР(ЭИ437Б) 600 680 660 450 720 (0,2/100)
700 420 400 350 180 260 (0,2/100)
800 200 150 150 (0,2/100)
ХН60Ю(ЭИ559А) 800 60-80 40-50
900 35  20 24 (0,2/100)
1000 6 10 (0,2/100)
ХН60ВТ(ЭИ868) 800 110 95 87 83 (5/100)*4
900 52 43 40 34 (5/100)*4
ХН70Ю(ЭИ652) 800 90-100 80
900 35-40 25 (5/100)*4
ХН75ВМЮ(ЭИ827) 850 270 (не менее 50 ч); 250 (не менее 65 ч)

*1 После оптимальной термической обработки.

*2 Экстраполированные значения.

*3 В скобках в числителе — деформация в %, в знаменателе — время в ч.

*4 Определено на конических образцах.

Наиболее часто применяемые сплавы первой группы относятся к системе Ni-Cr-Ti-Al. Присутствие в этих сплавах Ti и Аl в количествах, превышающих их предельную растворимость в твердом растворе при температурах 650-950 °С, позволяет достигнуть после закалки и отпуска существенного эффекта дисперсионного твердения, благодаря выделению дисперсных частиц интерметаллической фазы типа Ni3(Тi, NiAl). Такая микроструктура делает сплав устойчивым против температурного воздействия при 700-800 °С и выше.

Введение в дисперсионно-твердеющие сплавы этой группы W и Мо (в сумме до  10 %), а также Nb дополнительно упрочняет твердый раствор, замедляет развитие диффузионных процессов и увеличивает количество дисперсной упрочняющей фазы. Количество дисперсной фазы увеличивают также путем увеличения суммарного содержания Ti и Al. Все это приводит к существенному возрастанию жаропрочности сплавов, что делает возможным их применение при температурах до 800-850 °С и высоких напряжениях.

К особенностям состава никелевых жаропрочных сплавов относится присутствие в них небольших добавок поверхностно-активных элементов (В, Се, иногда Ва и Мg), способствующих рафинированию металла и упрочнению границ зерен, а также небольшое содержание в них примесей (S, P, Pb, др.).

Термическая обработка этих сплавов заключается в одинарном или двойном нагреве до высоких температур (1080-1200 °С) с охлаждением чаще всего на воздухе и последующем отпуске при температурах 700-850 °С. Для наибольшей стабилизации исходной структуры применительно к деталям с длительным сроком службы рекомендуется проводить многоступенчатый отпуск при постепенно понижающейся температуре.

Жаропрочные никелевые сплавы изготовляют в виде сортового проката (прутки круглого сечения) и частично в виде поковок различной конфигурации.

Основное назначение этой группы высоколегированных сплавов — изготовление рабочих лопаток и дисков газовых турбин. Диски работают при более высоких напряжениях, чем лопатки (но при несколько пониженной температуре), поэтому материал диска должен иметь высокое сопротивление ползучести (особенно на ободе) и повышенную прочность (в ступичной части).

Прочность сплавов на никелевой основе сохраняется высокой вплоть до температур 800-900 °С. Так, при 800 °С временное сопротивление σв наиболее легированных сплавов составляет 700-800 МПа, 100-часовая длительная прочность — 250-300 МПа. В то же время характеристики пластичности δ и ψ удовлетворительны при всех температурах испытания и несколько снижаются в температурном интервале дисперсионного твердения (700-800 °С). Остаточная деформация этих сплавов при испытаниях на длительную прочность при 700-800 °С порядка 3-10 %.

В табл. 7 приведены характеристики жаропрочности никелевых сплавов.

Для длительных сроков службы наилучшее сочетание длительной прочности и пластичности у сплава ХН65ВМТЮ(ЭИ893), получившего широкое применение как материал для лопаточного аппарата стационарных газовых турбин ГТ-6, ГТН-9, ГТК-10, ГТК-16, ГТТ-12, ГТА-18, ГТУ-25, ГТУ-100. Этот сплав — основной лопаточный материал в стационарном газотурбостроении. Кроме того, благодаря исключительно высокой релаксационной стойкости этот сплав применяют для изготовления крепежных деталей турбин.

Из жаропрочных никелевых сплавов можно получать детали методом отливки (например, точным литьем по выплавляемым моделям).

Ко второй группе относятся сплавы марок ХН67МВТЮ(ЭП202), ХН60Ю(ЭИ559А), ХН70Ю(ЭИ652), ХН78Т(ЭИ435), ХН60ВТ(ЭИ868), ХН75МБТЮ(ЭИ602), применяемые преимущественно как жаростойкие. Эти сплавы, за исключением двух последних, отличаются высоким содержанием Cr (20-30 %) и практически гомогенной структурой твердого раствора после принятых режимов термической обработки (нагрев до 1000-1200 °С с охлаждением в воде или на воздухе). Эти сплавы выпускают в виде холоднокатаного или горячекатаного листа преимущественно для деталей газопроводных систем, работающих при умеренных напряжениях в условиях весьма высоких температур (до 1100-1200 °С). У этих деталей кроме достаточной технологичности (прокатываемость, штампуемость, свариваемость) и высокого сопротивления газовой коррозии (окалиностойкость) должно быть хорошее сопротивление термической усталости (термостойкость). Всем этим требованиям отвечают сплавы на никелевой основе.

У жаростойких листовых никелевых сплавов повышена пластичность в холодном и горячем состоянии, но жаропрочность ниже, чем у сплавов первой группы. Так, длительная прочность за 1000 ч составляет 40-60 МПа при 800 °С и 20-25 МПа при 900 °С (табл. 7).

Классификация

Согласно принятой терминологии классификацию сталей перлитного класса рекомендуется производить по проценту углерода, который имеется в них. При условии равновесности микроструктуры (имеется в виду медленное охлаждение, которое исключает образование цементита Fe3C) различают стали:

  1. Доэвтектоидные
  2. Эвтектоидные
  3. Заэвтектоидные.

Как уже отмечалось, доэвтектоидные стали содержат не выше 0,6% углерода, а заэвтектоидные — более 0,6…0,8%. В доэвтектоидных сталях равновесная микроструктура при комнатной температуре состоит из феррита и перлита; этот феррит называется доэвтектоидным ферритом. Охлаждение от аустенита (в области от 875°C до 775°C) и дальнейшее охлаждение до комнатной температуры даёт микроструктуру, состоящую из доэвтектоидного феррита и перлита (изотермическое превращение происходит при 727°C, когда аустенит достигает эвтектоидного состава).

Когда температура становится ниже линии эвтектоида (727°C), весь аустенит превращается в перлит, при этом практически не происходит никаких изменений в структуре доэвтектоидного феррита, полученной во время охлаждения. Проэвтектоидный феррит присутствует в виде непрерывной матричной фазы, окружающей изолированные колонии перлита. Феррит также присутствует в перлите, он известен как эвтектоидный феррит, который на микрофотографиях кажется белым. Тёмный вид перлита объясняется узостью состава присутствующих в нём микрокомпонентов.

Сталь, содержащая 0,8% C, известна как эвтектоидная. Равновесная микроструктура, полученная при комнатной температуре, представляет собой перлит, который, в свою очередь, является смесью феррита и цементита. Феррит — очень мягкий, а цементит — очень твердый компонент стали. Такая микроструктура получается путём равновесного охлаждения от 800°C и имеет пластинчатую структуру.

Толстые слои в зерне перлита представляют собой фазу феррита, а фаза цементита выглядит как тонкие тёмные пластинки.

Перлит имеет свойства, промежуточные между мягким пластичным ферритом и твердым хрупким цементитом. В заэвтектоидной стали равновесная микроструктура при комнатной температуре содержит доэвтектоидный цементит и перлит. Основное отличие от доэвтектоидной структуры состоит в том, что наблюдается непрерывная сеть цементита, которая разделяет каждую перлитную колонию. По мере увеличения содержания углерода толщина цементитной сетки увеличивается.

Рекомендации

  1. Raabe, D .; Choi, P.P .; Li, Y.J .; Костка, А .; Sauvage, X .; Lecouturier, F .; Hono, K .; Kirchheim, R .; Pippan, R .; Эмбери, Д. (2010), Металлические композиты, обработанные методом экстремальной деформации — на пути к пределу прочности для сыпучих материалов
    ,
    35
    , Бюллетень МИСС, стр. 982.
  2. Li, Y .; Raabe, D .; Хербиг, М. Дж .; Choi, P.P .; Перейти к с.; Костка, А .; Yarita, H .; Bochers, C .; Кирхгайм, Р. (2014), Сегрегация стабилизирует объемную нанокристаллическую сталь с прочностью, близкой к теоретической.
    ,
    113
    , Physical Review Letters, стр. 106104, г. PMID 25238372.
  3. Chen, Y. Z .; Csiszár, G .; Cizek, J .; Westerkamp, ​​S .; Borchers, C .; Ungár, T .; Перейти к с.; Лю, Ф .; Кирххейм, Р. (10 апреля 2013 г.). «Дефекты в обогащенном углеродом феррите холоднотянутой проволоки из перлитной стали». Металлургические операции и операции с материалами A
    .
    44
    (8): 3882–3889. Дои:10.1007 / s11661-013-1723-х. ISSN 1073-5623. S2CID 135839236.
  4. Li, Y.J .; Choi, P.P .; Borchers, C .; Westerkamp, ​​S .; Перейти к с.; Raabe, D .; Кирххейм, Р. (2011), «Механизмы разложения цементита в перлите, вызванные деформацией, на атомном уровне», Acta Materialia
    ,
    59
    (10): 3965, Дои:10.1016 / j.actamat.2011.03.022.
  5. Альваренга HD, Ван де Путте Т., Ван Стинберг Н., Сиетсма Дж., Террин Х. (апрель 2009 г.). «Влияние морфологии и микроструктуры карбидов на кинетику поверхностного обезуглероживания C-Mn сталей». Металл Матер Транс А
    .
    46
    : 123–133. Дои:10.1007 / s11661-014-2600-у. S2CID 136871961.
  6. https://www.engnetglobal.com/tips/glossary.aspx?word=Eutectoid+Steel

Процесс производства

Оптимизация производства сталей перлитного класса связана с поиском наилучших сочетаний легирующих элементов: их, как известно, не должно быть много, поэтому исследования отличаются тщательностью.

В частности, для улучшения прокатки регулируют предельный процент ванадия и кремния ванадия и кремния – элементов, повышающих эксплуатационные показатели данных сталей.

Результаты механических испытаний показывают, что подобные легирующие добавки благоприятно влияют на механические свойства сталей, особенно тех, что касаются прочности на разрыв. Кремний упрочняет перлит, в основном за счет твердорастворного упрочнения ферритной фазы. Ванадий увеличивает прочность перлита, в основном за счет дисперсионного упрочнения перлитного феррита. При добавлении по отдельности эти элементы обеспечивают относительно большее упрочнение при более высоких температурах превращения. При добавлении в комбинации (ванадий+кремний) поведение отличается, и достигается существенное увеличение прочности при всех исследованных температурах превращения (от 550°C до 650°C).

Специальные стали: виды, примеси для легирования

Для придания сталям особых качеств используют специальные примеси, которые называют легирующими элементами. Они вводятся в состав сплава в процессе выплавки при создании определенных условий. В качестве подобных веществ используют никель, хром, титан, кобальт, молибден, алюминий и другие. В результате получают хромникелевые, марганцевые, кобальтовые, титановые стали и им подобные. Для углеродных сталей применяют в основном марганец и кремний, так как именно эти компоненты в нужных пропорциях придают нужные свойства подобным сплавам.

Особенности сварки

Сварка перлитных сталей, независимо от способа, обычно не встречает никаких сложностей. При сварке происходит локальное плавление, повторное затвердевание и последующее охлаждение до комнатной температуры.

Микроструктура в зоне термического влияния включает центральную область расплава с аустенитом, который получен путём локального нагрева перлита. При условии, что сварной шов достаточно медленно охлаждается до комнатной температуры, в области сварного шва образуется перлит. Он может иметь другой размер зерна, чем исходный материал, но будет обладать аналогичными свойствами. При повышенной скорости охлаждения равновесный фазовый переход не происходит, поэтому в зоне расплава из аустенита образуется мартенсит. В результате сварной шов становится твёрдым и хрупким, что для механического соединения деталей нежелательно. Чтобы избежать этой ситуации, обычно уменьшают скорость охлаждения или подвергают сварной шов термообработке (отпуску).

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (Третьяков А. Ф.)

39.1. Классификация пористых материалов Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих …

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (Чернышова Т. А.)

38.1. Классификация Композиционные материалы — это материалы, армированные наполнителями, определенным образом расположенными в матрице Наполнителями чаще всего являются вещества с высокой энергией межатомных связей, высо­копрочные и высокомодульиые, однако в сочетании …

Сферы применения

Стали перлитного класса в исходном состоянии хорошо обрабатываются методами обработки резанием, поэтому применяются в качестве распространённых конструкционных материалов, в том числе, изготавливаемых штамповкой и сваркой.

При необходимости повышения прочностных свойств проводится термообработка, которая заключается в закалке с последующим низким отпуском. Она выполняется преимущественно в масло, что позволяет наиболее полно произвести аустенитное превращение.

В настоящее время перлитные стали являются самыми прочными и в то же время пластичными материалами. Однако не рекомендуется применять их для изготовления продукции, работающей в условиях высоких температур, поскольку жаропрочность перлитных сталей невысока.

Класс I. Сталь строительная

Углеродистая сталь

Строительная сталь — это обычно углеродистая обыкновенного качества. Строительная сталь большей частью поставляется металлургическими заводами по механическим свойствам (сталь группы А ГОСТ 380-60) и применяется в состоянии поставки (таблица 3)

В сертификате хотя и указывается химический состав, но он не является обязательным, за исключением особых случаев. Однако по требованию потребителя должны быть гарантированы: а) содержание углерода не выше верхнего предела, указанного в таблице 4; б) содержание серы и фосфора в соответствии с нормами, приведенными таблице 4; в) содержание хрома, никеля и меди — не более 0,30% каждого элемента.

Кроме указанных испытаний, сталь может по требованию потребителя испытывается на ударную вязкость при 20оС и на загиб в холодном состоянии и свариваемость.

Строительная сталь поставляется по химическому составу в случае требования потребителя, если последний подвергает ее горячей обработке — сталь группы В по ГОСТ 380-60 (таблице 4.)

Строительная сталь, поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями по химическому составу, соответствует подгруппе В.

Механические свойства стали должны соответствовать таблице 3, за исключением стали марки ВСт. 3кп (толщина сортового металла свыше 40 до 100 мм), для которой σт ≥ 23 кГ/мм2.

Верхние пределы содержания углерода серы и фосфора, а также кремния (для спокойной и полуспокойной стали) должны соответствовать таблице 4. Содержание кремния в спокойной стали марки ВСт. 3-0,12-0,22%, а для стали ВСт. 4 и ВСт. 5 — в пределах 0,12-0,25 %. Предельное содержание хрома, никеля и меди не более 0,30 % каждого элемента, а их суммарное содержание не более 0,60%. Содержание мышьяка в стали не более 0,08 %.

По способу изготовления следует различать две группы строительной углеродистой стали: 1) сталь спокойную, в процессе выплавки которой были проведены в достаточно полной степени операции раскисления и была уменьшена газонасыщенность стали; 2) сталь кипящую, менее раскисленную (более дешевую), при застывании которой в слитках образуется много газовых пузырей, в большей части заваривающихся при горячей обработке.

Кипящая сталь обладает лучшей способностью к холодной деформации. По сравнению со спокойной сталью она несколько хуже принимает сварку и более склонна к старению (синеломкости) вследствие повышенного содержания в ней газов. Поэтому ее не рекомендуется применять в котлах, баках и других аппаратах, работающих при температурах выше 150-200оС. Кроме того, кипящая мартеновская, а также бессемеровская и томасовская стали более значительно, чем спокойная мартеновская сталь, снижает ударную вязкость при понижении температуры (особенно ниже 0оС).

Легированная сталь

Легированная сталь для строительных целей не имеет столь широкого применения, как углеродистая сталь. Однако в последнее время применение низколегированной стали резко возросло. В таблице 5 приведены некоторые наиболее известные составы легированной стали, а в таблице 6 — ее механические свойства.

Как утеплить дом, используя перлит

Перлит как утеплитель используют в виде песка (насыпная теплоизоляция); составляющей в теплоизоляционных изделиях и сухих готовых строительных смесях.

Перлитовый песок в качестве утеплителя для стен

Перлитовый песок для обустройства теплоизоляции дома является отличным материалом, с помощью которого можно не только эффективно утеплить жилище (потери тепла сокращаются на 50%), но и значительно облегчить конструкцию здания.

Обустройство теплоизоляции из вспененного перлита начинаем после того, как часть несущей стены (внутренней) и внешней кладки из кирпича (4-5 рядов) уже возведены. Засыпку песка крупного перлитового вспученного (с размером гранул около 6 мм), предварительно обеспыленного, осуществляем в промежуток между двумя этими стенами и тщательно утрамбовываем (объем должен уменьшиться на 10%). Песок засыпаем вручную или с помощью пескоструйной машины. Эту операцию повторяем несколько раз до тех пор, пока стены не будут возведены полностью. Кстати, по теплосберегающим свойствам перлитовый слой толщиной около 3 см соответствует кирпичной стене в 25 см. При строительстве щитовых домов песок засыпаем между листами обшивки (внутренним и внешним).

Если вы производите утепление старого дома, в стенах которого имеются пустоты, то засыпку песка можно сделать двумя способами:

  • вытащить аккуратно несколько кирпичей из стены и через образовавшееся отверстие засыпать перлит;
  • просверлить в стене отверстие (диаметром 30÷40 мм) и через него, используя специальную установку, нагнетать теплоизоляционный материал.

Перлитовый песок является универсальным негорючим строительным материалом, который обладает целым рядом достоинств:

  • отличными звуко-, шумо- и теплоизоляционными свойствами (причем, можно использовать для изоляции стен из любого материала);
  • экологичностью;
  • легкостью (по весу);
  • стойкостью к перепадам температур;
  • долговечностью.

Совет! Не стоит использовать перлитовый песок, который является весьма влагоемким материалом, в качестве утеплителя в местах с повышенной влажностью.

Единственным минусом песка является то, что он очень пылит: поэтому перед использованием рекомендуется его слегка увлажнить.

Утепление пола с помощью перлита

Для теплоизоляции полов используем вспученный перлит, который высыпаем на цементно-песчаное основание пола и выравниваем строительным правилом. Высота теплолизоляционного слоя из песка составляет желаемую толщину плюс 20% дополнительного объема на усадку.

Важно! Рекомендуемая минимальная толщина слоя из перлита – не меньше 1 см

Неровности и трубопроводы утапливаем в слое сыпучего материала, сверху укладываем плиты и напольное покрытие. Если под домом отсутствует подвальное помещение, то для того, чтобы влага скапливалась и отводилась, под перлит укладываем дренажные трубки и абсорбирующие прокладки.

Другим эффективным способом утепления бетонного пола может быть укладка своеобразного «пирога»: обустраиваем перлитовую стяжку между двумя слоями из бетона. Сначала готовим перлитовый раствор со следующими компонентами:

  • цемент – 1 мᶟ;
  • перлит – 3 мᶟ (марки М75 или М100);
  • песок – 2,2 мᶟ;
  • вода – 1,5 мᶟ;
  • пластификаторы – 3÷3,5 л.

Все составляющие смеси размешиваем до тех пор, пока вода не выступит на поверхность: это верный признак того, что раствор (перлитовая стяжка) готов к употреблению.

Совет! Так как перлит очень легкий материал, все работы с этим материалом рекомендуется производить в закрытом помещении, чтобы ветер никоим образом не помешал рабочему процессу.

После того, как перлитовая стяжка нанесена на бетонное основание, оставляем ее застывать. Через 1 неделю получаем отличный теплоизоляционный слой для пола, который прослужит долгие годы. Поверх него укладываем второй слой бетона.

Утепление кровли

Если вы не предполагаете обустраивать на чердаке жилое помещение, то будет вполне достаточно произвести утепление вспученным перлитом только чердачного перекрытия. В противном случае засыпаем перлит между балками ската крыши в короба, которые специально изготовлены для этой цели; затем песок тщательно утрамбовываем. Работа не требует определенных навыков и знаний.

Также для теплоизоляции наклонных крыш используют перлит, который обработан битумом в заводских условиях. Добавляем в этот битуминизированный перлит растворитель и получаем клейкий раствор, с помощью которого можно получить прочный теплоизоляционный слой.

Теплоизоляционные плиты из перлита

Теплоизоляционные плиты, в состав которых входят перлитовый песок и различные связующие вещества (битум, известь, полимерные соединения, цемент, гипс, глина, жидкое стекло), изготавливаются путем гидравлического прессования.

Для обычных положительных и низких отрицательных температур, включая области глубокого холода, используют перлитобитумные изделия, например плиты.

В состав перлитобитумных плит, которые применяют для теплоизоляции строительных конструкций и кровли промышленных зданий, входит перлитовый песок, битум, глина, асбест, клей, сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и вода. Подобные перлитовые блоки выдерживают перепады температур от -60 до +100 градусов по Цельсию и подразделяются на трудногорючие (содержание битума составляет 9%) и трудновоспламеняемые (содержание битума – 10÷15%).

Основные достоинства утепляющих перлитовых плит: незначительная масса, высокие звуко- и теплоизоляционные характеристики; неподверженность гниению; стойкость к деформациям и механическим воздействиям.

Получение — зернистый перлит

Структура литой стали.  

Нормализация стали
Получение зернистого перлита достигается специальным видом отжига, близким по своему режиму к неполному отжигу. Сталь нагревают немного выше Ас с последующим охлаждением сначала до 700 С, затем до 550 — 600 С и далее на воздухе.  

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PS / C ( точка ACt), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.  

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PSK ( точка Ас), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.  

Структура литой стали.  

Особенно важным для получения зернистого перлита является точное соблюдение температурного режима, так как при очень медленном охлаждении зернистый перлит получается с крупными зернами, а часто с отдельными, пластинками перлита, а при быстром охлаждении образуется мелкозернистый ( точечный) перлит.  

Применяется с целью получения зернистого перлита и снижения твердости для улучшения обрабатываемости резанием стали с содержанием О 0 6 % и некоторых марок средне-углеродистой легированной стали. Например, с целью применения высоких скоростей резания при черновом и чистовом точении и предварительном фрезеровании деталей, изготовленных из стали 35ХГС, применяется сфероидизирующий отжиг при 780, в результате которого получается структура зернистого перлита.  

Неполный отжиг применяется для улучшения обрабатываемости резанием и получения зернистого перлита в структуре заэвтектоид-ных сталей.  

После ковки валки подвергаются отжигу для предотвращения образования флокенов и получения зернистого перлита. Мелкие валки диаметром до 210 мм проходят отжиг одновременно с улучшением в состоянии поковки.  

Структура закаленной ( о и термоциклированной ( б стали 01Н18К10М5 — ВД.  

В таком состояний сталь не может быть обработана резанием — требуется отжиг для получения зернистого перлита. Существуют два способа отжига: изотермический сфероидизирующий отжиг с длительной выдержкой при постоянной температуре и маятниковый отжиг, когда производят кратковременные выдержки попеременно выше и ниже температуры А. Такая структура зернистого перлита достигается в результате 3-кратного ускоренного нагрева в печи до температуры на 30 — 50 С выше точки Ас, охлаждения на воздухе до температуры 600 — 620 С и последующего быстрого охлаждения в воде. Сталь с такой структурой хорошо обрабатывается различными способами резания, а после окончательной закалки и низкого отпуска имеет повышенную износостойкость.  

Схема изотермического и МИЧеСКОЙ обработки ДЛЯ ИС.  

Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называют также сфероидизацией, так как это — основной способ получения зернистого перлита. Выше отмечали, что для получения зернистого перлита нагрев должен не на много превосходить критическую точку Ас, в противном случае получается пластинчатый перлит. Структурой зернистого перлита должны обладать инструментальные стали, так как это обеспечивает хорошую обрабатываемость режущим инструментом и малую склонность к перегреву при закалке.  

Для получения высокой прочности и пластичности нередко отливки из перлитного высокопрочного ковкого чугуна подвергают отжигу для получения зернистого перлита. Отжиг применяют для отливок с повышенным содержанием марганца и хрома ( 0 8 — 1 5по Мп, 0 15 — 0 2596 Сг), исключающих при отжиге процесс графитизации. Отжиг проводят при температуре 720 — 740 С с последующим охлаждением на воздухе.  

Отличие группы III состоит лишь в более высокой температуре нагрева под отжиг и более длительной изотермической выдержке для получения зернистого перлита.  

Маркировка легированных сталей

Принципы маркировки легированных сталей в России

. Система маркировки легированных сталей в России разработана буквенно-цифровая, принятая в ГОСТах, когда каждая
марка легированной стали
содержит определенное сочетание букв и цифр. Легирующие элементы при этом обозначаются следующими буквами: X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь, Г — марганец, С — кремний, К — кобальт, Ц — цирконий, Б — ниобий, Р — бор. Буква А указывает содержание азота, если находится в середине марки легированной стали; в конце марки буква А обозначает, что сталь высококачественная. Цифры в марках сталей обозначают содержание элементов по определённым существующим правилам. Для некоторых групп сталей принимают дополнительные обозначения марок, по различным признакам. Более подробно с принципами маркировки сталей можно ознакомиться в литературе [1, 2].

Несмотря на то, что для всех сталей невозможно применить в полном объёме систему маркировки ГОСТов, она всё же наиболее удобна, наглядна, и значительно превосходит в этом смысле принятую систему маркировки сталей в других странах.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

  1. Гуляев А.П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1977. — УДК669.0(075.8)
  2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. — М.: МИСИС, 1999. — 600 с.
  3. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил., ISBN 5-217-00241-1

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>>

—>

Источник

Размеры перлитных колоний

Отжиг стали

Важной характеристикой перлита, которая влияет на свойства сталей, является размер перлитной колонии (рисунок 3). Колония – это группа пластин цементита и феррита, которые совместно, кооперативно росли в аустените до столкновения с другими колониями

Уменьшение размера перлитной колонии сопровождается ростом ударной прочности сталей и снижением их хрупкости.

Повышение прочности к хрупкому разрушению перлита достигается путем сфероидизации цементитных пластин. Эта сфероидизация может достигаться путем деформации перлита с последующим нагревом и выдержкой при температуре вблизи точки Ас1. Другой метод, который обеспечивает относительно высокую прочность и пластичность перлита, заключается в деформации перлита во время перлитного превращения. Это приводит к образованию полигональной структуры и сфероидизации цементита.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]