|
Аннотация:
Рассмотрены металлические сплавы, устойчивые к условиям с повышенным давлением и воздействиям кислот, и критерии их применения на производстве.
Введение
В процессе технологического производства и в течение эксплуатации готовых деталей и механизмов, на металлы и сплавы происходят различные воздействия среды, такие как давление и действие кислот. Чтобы сделать корректный выбор металлического сплава для той или иной задачи, необходимо знать свойства металлов, сплавов, а также последствия негативного воздействия на них эксплуатационной и производственной среды.
1. Применение металлических сплавов в условиях повышенного давления
● Для условий повышенного давления необходима высокая износостойкость деталей из сплавов, которая обеспечивается повышенной твердостью поверхности. На первом месте стоит высокомарганцевая сталь для литья, аустенитного класса, с высокой стойкостью к ударно-абразивному износу 110Г13Л – сталь Гадфильда (1,25 % С, 13 % Мn, 1 % Сr, 1 % Ni). Она имеет низкую начальную твердость, но хорошо работает на износ, так как имеет свойство упрочняться в процессе холодной пластической деформации. Пластическая деформация металлов и сплавов – это способность металлов получать остаточные пластические деформации под действием внешней силы. [1]
● Также в условиях высокого давления (до 6 МПа) применяют фрикционные материалы. Эти металлические спеченные материалы применяют и при тяжелых режимах трения. Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5). Кроме основы и металлических компонентов (Sn, Pb, Ni), обеспечивающих прочность, хорошую теплопроводность и износостойкость, эти материалы содержат неметаллические добавки – асбест, графит, оксид кремния, барит, а в многодисковой тормозной системе самолетов применяют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности.
● В качестве шарикоподшипниковой стали используют высокоуглеродистые (заэвтектоидные) хромистые стали, а для больших сечений – хромомарганцевокремнистую сталь, прокаливающуюся на большую глубину. Для подшипников, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь 95Х18 (0,9–1,0 % С и 17–18,5 % Сr, остальное марганец, кремний, сера, фосфор и т.д. в обычных пределах). [2]
2. Применение металлических сплавов в условиях стойкого воздействия кислот
● Нержавеющая сталь (коррозионно-стойкие стали) — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.[3] В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец и др.. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.[4]. Составы таких сталей выбирают в зависимости от среды, для работы в которой они предназначаются.
● Коррозионно-стойкие стали подразделяют на два основных структурных класса: 1) хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную (феррита более 10%) или мартенситную структуру, и 2) хромоникелевые (легированные комплексами Сг+Ni, Сг+Ni+Мn, Сг+Мn+Ni, имеющие аустенитную, аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную (феррита более 10%) структуру).
● Стали с содержанием хрома 13% более распространенные и наименее дорогостоящие, их применяют для бытовых назначений и в технике. Эти стали хорошо поддаются сварке. Сплавы с низким содержанием углерода пластичны, с высоким - обладают высокой твердостью и повышенной прочностью, из них изготавливают детали повышенной прочности и износоустойчивости (хирургический инструмент, подшипники, пружины и другие детали, работающие в активной коррозионной среде).
● Стали аустенитного класса. Эти стали, обычно легированные хромом и никелем (или марганцем), после охлаждения до комнатной температуры имеют аустенитную структуру, высокую пластичность и коррозионную стойкость в окислительных средах.
● Применение тугоплавких металлов целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышенных температурах, а так же некоторые промышленные среды.
● Для работы в азотной кислоте и других сильно агрессивных средах при повышенных температурах используют стали с низким содержанием углерода. С целью удешевления сталей часть никеля заменяют марганцем. Устойчивость против коррозии в органических кислотах, серной кислоте и морской воде повышает молибден. [5, стр. 53-57]
● Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях приведена в таблице 1. Условные обозначения: А - обычно не корродирует, В - коррозия от минимальной до незначительной, С - не подходит
Таблица 1 - Коррозионная стойкость металлов и сплавов
|
Среда
|
Чугун и
Углеродистая
сталь
|
Нержавеющая сталь
|
Титан
|
|
17.апр
|
304, соотв. 08Х18Н10
|
316, соотв. 03Х17Н142
|
Дуплексная
|
|
Ацетатная кислота
|
C
|
C
|
B
|
B
|
A
|
A
|
|
Борная кислота
|
C
|
C
|
A
|
A
|
A
|
A
|
|
Угольная кислота
|
C
|
C
|
A
|
A
|
A
|
A
|
|
Хромовая кислота
|
C
|
C
|
C
|
C
|
B
|
С
|
|
Коксовая кислота
|
A
|
A
|
A
|
A
|
A
|
A
|
|
Муравьиная кислота
|
C
|
C
|
C
|
C
|
B
|
C
|
|
Соляная кислота
|
C
|
C
|
C
|
C
|
C
|
С
|
|
Плавиковая кислота
|
C
|
C
|
C
|
C
|
C
|
С
|
|
Азотная кислота
|
C
|
C
|
A
|
A
|
A
|
A
|
|
Олеиновая кислота
|
C
|
B
|
B
|
B
|
A
|
A
|
|
Щавелевая кислота
|
C
|
C
|
B
|
B
|
B
|
С
|
|
Фосфорная кислота
|
C
|
C
|
B
|
A
|
A
|
С
|
|
Пикриновая кислота
|
C
|
C
|
B
|
B
|
A
|
A
|
|
Стеариновая кислота
|
B
|
B
|
B
|
A
|
A
|
A
|
|
Сернистая кислота
|
C
|
C
|
C
|
B
|
B
|
A
|
Заключение
Для условий повышенного давления, например, для роликово-подшипниковых или фрикционных деталей, необходима высокая износостойкость деталей из сплавов, которая обеспечивается повышенной твердостью поверхности. Для устойчивости к давлению используют сплавы на основе железа с добавками.
Для условий со стойким воздействием кислот и других агрессивных сред, например, для бытовых назначений и в технике, используют легированную нержавеющую сталь.
Список используемых источников:
[1] Статья «Пластическое деформирование металлов и сплавов» от 04.11.2015. [Электронный ресурс]. Техническая литература онлайн. URL: http://imetal.in.ua/metallovedenie-i-termicheskaya-obrabotka/plasticheskoe-deformirovanie-metallov-i-splavov. (Дата обращения: 23.07.2018)
[2] Ромашкин А.Н. Статья «Классификация стали», 2009. [Электронный ресурс]. Steelcast.ru - сайт для металлургов: студентов, технологов, инженеров и научных работников. URL: http://steelcast.ru/steel_classification (Дата обращения: 23.07.2018)
[3] Статья «Нержавеющая сталь» от 15 марта 2018. [Электронный ресурс]. Электронная энциклопедия, Wikipedia. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нержавеющая_сталь. (Дата обращения: 23.07.2018)
[4] Статья «Легированная сталь», 2018. [Электронный ресурс]. ЛакПром, 2015 – 2018, lkmprom.ru. URL: http://lkmprom.ru/clauses/materialy/legirovannaya-stal-i-ee-osnovnye-svoystva/
[5] Бараз, В.Р. «Назначение и выбор металлических материалов : учебное пособие», В. Р. Бараз, М.А. Филиппов, М.А. Гервасьев. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016.- 192 с.
|
