2.Стали и сплавы для работы при высоких температурах.

К материалам для работы при высоких температурах предъявляются требования жаропрочности и жаростойкости.

Жаропрочными называются стали или сплавы, сохраняющие достаточную прочность при высоких температурах. Жаростойкими или окалиностойкими называют сплавы, обладающие стойкостью против образования окалины (газовая коррозия) при высоких температурах в атмосфере воздуха, продуктов сгорания и т.д.

Они классифицируются на перлитные, мартенситные, мартенситно - ферритные, аустенитные, сплавы на никелевой основе.

Перлитные теплостойкие стали применяются главным образом в энергетической, нефтяной и химической промышленностях. Сталь 12Х1МФ, содержащая 0,12% С, до 1,2% Cr, 0,3 Mo, 0,22 V используется для труб пароперегревателей и паровых котлов высокого давления, работающих длительное время при температурах 540-560⁰С. Сталь 25Х1МФ применяется для болтов и крепежа таких котлов. Подобные стали имеют относительно низкое сопротивление коррозии.

Жаростойкая сталь мартенситного класса 40Х9С2 (0,4% С, 9% Cr, 2,5% Si) – сильхром, закаливающаяся на воздухе, хорошо сопротивляется газовой коррозии и действию ударной нагрузки, предназначается для выхлопных клапанов двигателей и может длительно работать при температурах 600-650⁰С.

Мартенситно - ферритная сталь 1Х12В2МФ (0,10-0,17% С; 11,0-13,0 Cr; 1,70-2,20 W) применяется для роторов, дисков и лопаток паровых и газовых турбин, работающих длительное время при температуре 550-600⁰С.

Ферритная сталь марок 0Х17Т, Х25Т (С до 0,15%; 25% Cr, (5С-0,8)% Ti) в отожженном состоянии хорошо штампуется и применяется для химической аппаратуры (термическая обработка, тр/проводы); отличается хорошей жаростойкостью соответственно до 900-1100⁰С и сопротивляемостью к действию сернистых газов, однако их жаропрочность невелика.

Аустенитные стали широко используются при высоких рабочих температурах, например, сложнолегированная хромо-никелевая сталь 1Х14Н18В2Б (ЭН695) – (С 0,1%; 14 Cr%;19% Ni;2,4%W; 1,1% Nb) применяется для труб перегревателей и трубопроводов, особенно высокого давления, работающих при температурах до 700⁰С.

Для наиболее тяжелой работы (800 ^оС) применяются сплавы на никелевой основе с интерметаллидами типа “нимоник”, например, ЭН437Б (ХН77ТЮР) до 0,06%, 20 Cr, основа Ni, Fe до 4%; 2,5 Ti; 0,75 Al. До 0,01% В, до 0,01% Се, отличающийся большой жаропрочностью и жаростойкостью. Их применяют для ответственных деталей газовых турбин и реактивных двигателей. Наивысшей жаропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов, в частности молибденовые.

3.Сталь с высоким электрическим сопротивлением.

Сталь и сплавы с высоким электрическим сопротивлением применяется для изготовления нагревательных элементов различных приборов. Они должны обладать высоким удельным сопротивлением при низком температурном коэффициенте, высокой окалиностойкостью, отсутствием структурных превращений при нагреве и охлаждении. Подобные сплавы изготавливаются: 1) на основе Fe; 2) на основе Ni (нихромы).

Высокое электрическое сопротивление сплавов может быть достигнуто в том случае, если их структура – твердый раствор. Согласно правилу Курнакова, при образовании твердых растворов электрическое сопротивление возрастает, достигая максимального значения при определенном для каждой системы содержании элементов.

Эта структура позволяет деформировать сплавы с большим обжатием, получать тонкие ленты, проволоку, обладающие высоким электрическим сопротивлением.

Стали и сплавы такого назначения, кроме высокого электрического сопротивления должны обладать, как уже отмечено, окалиностойкостью и достаточной прочностью при нагреве для сохранения формы нагревателей в процессе работы.

Окалиностойкие стали с высоким электрическим сопротивлением. Чаще всего применяют Cr-Al низкоуглеродистые стали ферритного класса: Х13Ю4(фехраль) углерода не больше 0,15%, Cr 12-15%, Ni менее 0,6%, Al – 3,5 - 5,5, остальное - Fe, в пределах температуры 1000 ^оС, 0Х23Ю5 (хромель), 0Х27Ю5А, обладающие высокими жаропрочностью и электрическим сопротивлением. [С не более 0,06%, Cr 21,5-24,5%, Ni менее 0,6%, Al 4,5-5,5%, остальное - Fe в пределах температуры 1200 ^оС, ρ=1,37] 0Х27Ю5А (С не более 0,05, Cr 26-28, Ni не более 0,6, Al 5-5,8, остальное Fe, температура 1300 ^оС, ρ=1,42). Чем выше содержание в сплаве Cr и Al, тем выше окалиностойкость и рабочая температура нагревательного элемента.

Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0,06-0,12%), т.к. появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок службы нагревателей.

Никелевые сплавы с высоким омическим сопротивлением.

Твердые растворы на основе никеля обладают высоким электрическим сопротивлеием. Лучший из нихромов сплав Х20Н80 [C не более 0,15, Cr 20-23, Ni 75-76, Al не более 0,2, Fe менее 1,0%] работает при температуре 1050-7100⁰С. Для удешевления нихромов и улучшения их технологических свойств часть никеля заменяют железом. Нихромы с железом называют ферронихромом. Широкой известностью пользуется ферронихром Х15Н60, содержащий 25% Fe. Сплав рекомендуют для работы при 950-1000 ^оС. Эл/сопротивление нихрома (ферронихрома) составляет 1,0-1,2 Ом·мм²/м и окалиностойкость до 1000-1100⁰С.

Нихромы применяют для бытовых приборов и нагревательных элементов электропечей и деталей высокого омического сопротивления. Нихромы и ферронихромы более пластичны и жаропрочны, чем сплавы Fe-Cr-Al, но они значительно дороже.