книги / Стали и сплавы

Сталь 10Х18Н9Л

Заменитель - сталь 14Х18Н4Г4Л.

Вид поставки - отливки ГОСТ 2176 -77 .

Н азначение - различные детали, работающие при температуре до 400 °С. Сталь коррозионностойкая, жаростойкая до 750 °С, нестойкая в сернистых газах, аусте­

нитного класса.

Химический состав, % (ГОСТ 2176-77)

Механические свойства в сечениях до 100 мм (ГОСТ 2176-77)

воздухе______________________________________________________________________________________

Жаростойкость [5]

Сталь 12Х18Н9ТЛ

Вид поставки — отливки ГОСТ 2176—77.

Назначение - различные детали маш иностроения, работающие при темпера­ туре не выше 700 °С. Сталь коррозионностойкая, жаростойкая до 750 вС, жаропроч­ ная при температуре до 600 °С, аустенитного класса.

П р и м е ч а н и е . Аустенизация при 1100 °С, 4 ч на воздухе; стабилизация при 800 и 1020 °С, охлаждение с печью.

Технологические свойства [81]

Свариваемость - ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС и АДС под газовой защ итой. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Литейные свойства [81]

Заменитель - сталь 35Х23Н7СЛ.

Вид поставки - отливка ГОСТ 2176 -7 7 .

Назначение — детали, работающ ие при высоких температуре и давлении (ло­

*1 Данный режим максимально приближен к условиям работы деталей печного оборудования (при­ способления и арматура нагревательных печей термических цехов).

Предел ползучести [81]

Раздел 5. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Общие сведения

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами условно можно разделить на следующие группы: магнитные стали и сплавы; немагнитные стали и сплавы; стали и сплавы с высоким электросопротивлением', сплавы с особенностями теплового расширения', сплавы с высокими упругими свой­ ствами; криогенные и термобиметаллы.

Сталь электротехническая тонколистовая —один из наиболее широ­ ко используемых магнитно-мягких материалов. Она предназначена для из­ готовления деталей магнитных цепей электротехнических машин, аппара­ тов и приборов, которые работают в переменных магнитных полях. Допол­ нительная работа, затрачиваемая на перемагничивание магнитопроводов, должна быть минимальной, так как она обусловливает потерю мощности и снижает коэффициент полезного действия машин. Электротехническая сталь должна иметь малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницае­ мость, следовательно, малые гистерезисные потери. Важно также, чтобы потери на вихревые токи в сердечнике были малы, для этого нужно повы­ сить электросопротивление стали, что достигается легированием ее крем­ нием. Чтобы уменьшить эти потери, детали машин и трансформаторов из­ готавливают из тонких листов, покрытых электроизоляционным покрыти­ ем. Уменьшению гистерезисных потерь способствует чистота стали по не­ металлическим включениям и увеличение размера зерна. Однако, при очень крупном зерне возникают большие потери на вихревые токи.

При использовании в мощных силовых трансформаторах сталь должна иметь минимальные удельные потери и высокую индукцию в сильных по­ лях. Применение стали в трансформаторах для автоматики и телефонии требует высокой проницаемости в слабых полях и при подмагничивании постоянным током. Хорошую штампуемость наряду с высокими магнитны­ ми свойствами Должна иметь сталь, применяемая в мелких специальных электрических машинах. Двигатели и генераторы повышенных частот (от 400 до 25000 Гц и выше), а также различные трансформаторы в радиотех­ нических и радиолокационных установках требуют применения стали с особо высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями. В этих случаях применяют ленты толщиной 0,05—0,20 мм вместо листов обычной толщи­ ны (0,27—0,50 ММ). Для стали, применяемой в трансформаторах тока, важ­ ны высокие свойства в широком диапазоне величин индукции.

Большое значение имеет анизотропия магнитных свойств. Для сердеч­ ника трансформатора достаточно иметь лист с высокими магнитными свой-

ствами в одном направлении, так как в этом случае можно соответственно набирать магнитопровод; для генераторов и других аппаратов с разветвлен­ ным магнитным потоком необходимо, чтобы анизотропия свойств была минимальной. Анизотропия свойств определяется кристаллографической текстурой. Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная обла­ дает ребровой текстурой (текстурой Госса) {110}<001>. Ось легчайшего на­ магничивания в ней направлена вдоль направления прокатки в листе, и сборку сердечника трансформатора осуществляют таким образом, чтобы направления <001 > и магнитного потока в сердечнике совпадали. Сталь без текстуры называется изотропной.

К электротехническим сталям предъявляются определенные требова­ ния по пластичности, оцениваемой путем гибов листа. При изготовлении магнитопроводов листы подвергают штамповке, поэтому хрупкость метал­ ла недопустима. Весьма важное значение имеют внешние параметры листа —разнотолщинность, волнистость и коробоватость. Конкретные требова­ ния по этим параметрам оговариваются в стандартах.

Широкий круг сплавов с особыми физическими свойствами состав­ ляют сплавы прецизионные, в которых необходимый комплекс свойств определяется точным химическим составом, чистотой сплава от включе­ ний и вредных примесей, структурным состоянием и высокой точностью изготовления.

Сплавы прецизионные магнитно-мягкие —это ферромагнитные сплавы, характеризующиеся узкой петлей гистерезиса, они обладают высокой маг­ нитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Условно считается, что она не превышает 1000—1200 А/м. Сплавы используют в качестве сер­ дечников магнитопроводов, а также магнитных экранов аппаратуры ра­ диосвязи, радиолокации, автоматики и др. По основным магнитным, элек­ трическим, механическим свойствам прецизионные магнитно-мягкие спла­ вы подразделяют на 12 групп [195]: сплавы с наивысшей магнитной прони­ цаемостью в слабых полях; сплавы с высокой магнитной проницаемостью

иповышенным удельным электрическим сопротивлением; сплавы с высо­ кой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией насыщения; сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса; сплавы с высокой индукцией насыщения; сплавы с низкой остаточной индукцией; сплавы с повышен­ ной деформационной стабильностью и износостойкостью; сплавы с задан­ ным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР); спла­ вы с высокой коррозионной стойкостью; сплавы с высокой магнитострикцией; термомагнитные сплавы и материалы; сплавы для работы на сверх­ высоких частотах. Магнитные свойства магнитно-мягких сплавов определя­ ются химическим составом, структурой и текстурой сплава после оконча­ тельной термической обработки. Некоторые свойства (намагниченность насыщения, температура Кюри) сравнительно слабо изменяются при не­ больших изменениях состава и обычно не зависят от условий изготовления

итермической обработки. Другие характеристики, такие как проницаемость, коэрцитивная сила, потери на гистерезис, сильно зависят от этих факто­ ров. Поэтому нормируемые ГОСТом и техническими условиями свойства

магнитно-мягких сплавов гарантируются после изготовления изделия (магнитопровода) из нагартованной ленты (листа, прутка) и после тер­ мической обработки в нормируемых условиях по рекомендованному режи­ му. В связи с высокой чувствительностью основных магнитных свойств к локальным или макроскопическим воздействиям, вызывающим пласти­ ческую или упругую деформацию (вырубка, рихтовка пластин, резка и навивка ленты, зачистка, сверление отверстий, сварка, электроизоляци­ онное покрытие и т.д.), все технологические операции по изготовлению магнитопроводов необходимо проводить до окончательной термической обработки.

Магнитно-твердые сплавы обладают высокой магнитной энергией и в соответствии с главными областями их применения подразделяются на 4 группы [195]: сплавы для постоянных магнитов; для активной части ро­ торов гистерезисных электродвигателей; для элементов памяти систем управления автоматизации и связи; для носителей магнитной записи ин­ формации.

Постоянные магниты используют для создания заданной напряжен­ ности магнитного поля или заданного магнитного потока в определенном рабочем пространстве. Магнитное состояние сплавов для постоянных маг­ нитов описывается параметрами кривой размагничивания предельного ги­ стерезисного цикла. Максимальная энергия постоянного магнита, которую можно получить для данного материала определяется максимальным про­ изведением (ВН)тах из этой кривой. При определенных значениях ВГ и Нс произведение (ВН)тах -тем больше, чем больше выпуклость петли гистере­ зиса от Вгдо Нс. Эта выпуклость определяется отношением (В Н )^ / В]НС. Поэтому в стандартах и технических условиях, кроме Вги Нс, оговаривают также (ВН)тах. Повышение выпуклости достигают созданием одноосной анизотропии, при которой направление легкого намагничивания по воз­ можности совпадает с тем направлением постоянного магнита, вдоль ко­ торого он намагничен. Реализация такого совпадения возможна только для некоторых сплавов. Деформируемые сплавы для постоянных магнитов со­ зданы на основе большого количества систем (Fe—Со—Ni—Al, Fe—Ni—Al, Fe—Cr—Co, Fe-С о —V и т.д.) и отличаются один от другого природой маг­ нитного твердения, сочетанием магнитных свойств, степенью технологич­ ности при изготовлении, механической обрабатываемостью и т.д.

В роторах гистерезисных электродвигателей магнитно-твердые сплавы •используются для создания крутящего момента роторов и работают в пере­ менном магнитном поле, напряженность которого составляет от 1,6 до 32 кА/м в зависимости от конструкции и назначения двигателя. Магнитное состояние таких сплавов характеризуется полной рабочей петлей гистере­ зиса, имеющей вершину в точке максимальной проницаемости (Яцтах, Я(1ПИХ). При расчете и конструировании двигателей используются зависимости ги­ стерезисных параметров от намагничивающего поля и индукции, а также данные о ТКЛР и удельном электросопротивлении сплава для согласова­ ния магнитно-твердого материала (активной части ротора) с конструктив­ ными элементами ротора и правильного учета используемых и вредных потерь

на вихревые токи. Сплавы для гистерезисных двигателей можно разделить на 2 подгруппы: сплавы систем Fe—Со—V, Fe—Со—Ni—V и Fe—Со—Cr—V для шихтованных роторов и сплавы систем Fe—Cr—W и Fe—Со—W—Mo для сплошных роторов.

Сплавы для элементов памяти систем управления, автоматизации и связи используют в качестве так называемых полупостоянных или пере­ менных магнитов, подвергаемых в процессе эксплуатации большому числу циклов перемагничивания (109—1010). Магнитное состояние таких материа­ лов изменяется под воздействием кратковременных изменений тока в уп­ равляющих катушках и описывается параметрами полной рабочей петли гистерезиса, соответствующей принятой стандартной максимальной напря­ женности намагничивающего поля # тах, равной 8 или 16 кА/м. Основны­ ми магнитными характеристиками таких сплавов при указанном Нтахявля­ ются: заданное в интервале от 1,5 до 5 кА/м значение коэрцитивной силы, высокие значения остаточной индукции и коэффициента прямоугольности, с которым связано малое время перемагничивания порядка микросе­ кунд. Специфика требований, предъявляемых к материалам этого назначе­ ния, обусловила выделение их в особую группу полутвердых магнитных сплавов. Магнитные свойства всех магнитно-полутвердых сплавов форми­ руются в процессе холодной деформации с высокой степенью обжатия более 80 % и последующего отпуска в интервале 500—700 °С. Сплавы поставляют в холоднодеформированном состоянии. Операции, необходимые для изго­ товления деталей, проводятся до отпуска, так как после него сплавы теряют пластичность и их твердость увеличивается. Сплавы-для элементов памяти можно разделить на две подгруппы: а) сплавы на основе систем Fe—Со—Сг и Fe—Ni (для элементов с внешней памятью); б) сплавы на основе системы Fe—Со—Ni (для элементов с внутренней памятью).

Материалы для носителей магнитной записи в виде проволоки диа­ метром 0,02—0,05 мм и ленты толщиной 0,01—0,02 мм используются для записи и воспроизведения как гармонических сигналов (звука), так и им­ пульсных (закодированной информации). Во время записи магнитное со­ стояние сплавов формируется под воздействием периодических магнитых полей записывающей головки при одновременном высокочастотном подмагничивании или под воздействием импульсных магнитных полей при подмагничивании постоянным полем. В результате таких воздействий про­ исходит локальное перемагничивание материала на глубину, зависящую от напряженности действовавших полей и длины волны записываемых сигна­ лов. Поэтому рабочее состояние носителя неоднородно и характеризуется набором значений остаточной намагниченности, соответствующих различ­ ным гистерезисным циклам.

Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расшире­ ния (ТКЛР) используют для спаев металла с неорганическим диэлектри­ ком в конструкциях электровакуумных, газоразрядных и полупроводнико­ вых приборов, для деталей измерительных приборов, для бескомпенсационных трубопроводов для перекачки сжиженных газов. Сплавы обладают достаточной прочностью и высокой пластичностью при заданном значе­