1.6. Хладостойкие стали

Воздействию низких температур подвергаются очень многие материалы и изделия, например трубы для газо- и нефтепродуктов. В условиях зимы охлаждение материалов может достигать -40°С. Детали и отдельные узлы холодильной и криогенной техники, которые используются для получения, хранения, транспортировки сжиженных газов, охлаждаются до температуры жидкого гелия (-269°С). При низких температурах у металлов наблюдаются потеря пластичности и вязкости и повышенная склонность к хрупкому разрушению. Основное требование к материалам, работающим в условиях низких температур, - это отсутствие хладноломкости.

Для надежной работы материала необходимо, чтобы температурный порог хладноломкости был ниже рабочей температуры. На склонность к хрупкому разрушению, как и при нормальных температурах, влияют концентраторы напряжений и масштабный фактор деталей.

Нержавеющие стали переходного и мартенситного классов не охрупчиваются до -196С. Нержавеющие стали аустенитного класса пластичны и вязки до температур -253С.

При выборе материалов для сосудов нефтехимических аппаратов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемом помещении необходимо учитывать абсолютную температуру наружного воздуха данного района и среднюю температуру воздуха наиболее холодной пятидневки. Выбор материала должен соответствовать требованиям ОСТ 26291-94.

Для повышения хладостойкости и свариваемости строительных сталей применяют малоперлитные стали с низким содержанием углерода, микролегированные сильными карбидообразующими элементами. Кроме того, используют стали, легированные азотом в сочетании с различными сильными нитридообразующими элементами, в качестве которых чаще всего применяют ванадий, алюминий, ниобий и титан. Выделение азота из твердого раствора в виде нитридов уменьшает его охрупчивающее действие. Это увеличивает прочность стали и, способствуя измельчению зерна, не ухудшает ее хладостойкости.

К сталям этой группы относятся стали марок 09Г2, 09Г2С, 09Г2СД, 16Г2АФ, 14Г2АФ, 14Г2САФ и др. Из-за дефицитности никеля его применение в сталях этого типа ограничено. Стали типа 14Г2АФ, 16Г2АФ и их варианты 14Г2САФ, 16Г2САФ широко используются в нормализованном состоянии для изготовления газопроводных труб диаметром 1020-1420 мм.

1.7. Порошковые материалы

Порошковая металлургия дает возможность свести к минимуму отходы металла в стружку, упростить технологию изготовления деталей и снизить трудоемкость их производства.

Технологический процесс изготовления изделий из порошков включает получение порошков, подготовку шихты, формование, спекание, горячее прессование и штамповку. Иногда применяют дополнительную обработку, состоящую из пропитки деталей смазками, термической и химико-термической обработки, калибровки и обработки резанием.

Размеры частиц порошка обычно составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм. Более крупные фракции называют гранулами, а более мелкие - пудрой.

Основой для получения порошковых корро-зионностойких материалов обычно служат порошки сталей и сплавов определенного состава.

Перспективно использование порошков титана и его сплавов для изготовления тяжелонагруженных деталей. Из порошков титана организовано серийное производство таких деталей, как втулки, крышки, трубы для химического машиностроения и др.

Для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, подпятников наряду с литыми сплавами (бронзы, баббиты и чугуны) используют антифрикционные материалы, изготовленные методом порошковой металлургии. Они создаются на основе меди или железа и содержат вещества типа твердых смазок (графит, сульфиды и др.), что обеспечивает им заданные механические и эксплуатационные свойства.

Антифрикционные порошковые материалы характери-зуются низким коэффициентом трения, хорошей износостой-костью, способностью легко прирабатываться к валу и выдер-живать значительные нагрузки. Они обладают рядом преиму-ществ по сравнению с обычными антифрикционными материа-лами. Их износостойкость в несколько раз выше, чем у бронз и баббитов. Они работают при более высоких скоростях и давлениях. Наличие в структуре пористости, регулируемой в широких пределах (до 35 %), позволяет их предварительно пропитывать смазочными маслами. Во время работы по мере нагревания масло, удерживаемое в порах и мельчайших каналах материала капиллярными силами, постепенно вытесняется наружу и образует смазочную пленку на рабочей поверхности. При остановке и последующем охлаждении подшипника масло частично всасывается обратно в поры. Поэтому пористые подшипники могут работать длительное время без дополнительной смазки. Эффект самосмазываемости в пропитанных маслом пористых подшипниках без подвода смазки извне может сохраняться в течение 3000÷5000 ч.

Порошковые фрикционные материалы предназначены для работы в различных тормозных и передаточных узлах. Применяют порошковые фрикционные материалы на основе меди и на основе железа.

Порошковые материалы на основе оловянистых и алюминиевых бронз, содержащие свинец, графит и железо, предназначены преимущественно для работы в условиях трения со среднеуглеродистыми сталями с твердостью НRС 40÷45 при давлении до 35 МПа и скорости скольжения до 50 м/с. Порошковые материалы на основе железа, содержащие добавки меди, графита, оксида кремния, асбеста, сульфата бария, предназначены для работы в условиях трения при давлениях до 300 МПа и скоростях до 60 м/с в паре с чугуном либо легирован-ной сталью в тормозных устройствах различной конструкции -дисковых, колодочных, ленточных тормозах.

Для изготовления фильтрующих элементов обычно применяют ткани, войлок, керамику, фарфор, а также сетчатые фильтры из различных материалов. Их недостатками являются низкая коррозионная стойкость, недостаточная механическая прочность, низкая термостойкость и жаропрочность.

Для изготовления пористых проницаемых элементов применяют порошки различных металлов и сплавов: углеродистых и коррозионностойких сталей различных марок, сплавов никеля с хромом и молибденом, сплавов меди, титана, алюминия, вольфрама, молибдена и др. В технике наибольшее распространение получили фильтры из коррозионностойкой стали, бронзы, сплавов никеля и титана.

Применение порошковых материалов позволяет увеличить срок службы насосов, двигателей и других агрегатов, работающих на очищенных жидкостях. С их помощью повышается эффективность химических процессов и улучшается качество вакуумной продукции, создаются предпосылки для получения материалов с новыми свойствами.