Жаропрочная сталь

Как измерить производительность
Однако ключевым компонентом жаропрочной стали является ее долговечность при высоких температурах, которую можно измерить различными способами. Одним из способов измерения характеристик стали при высоких температурах является измерение UTS и YS при повышенных температурах, обычно более 1200F. Многие жаропрочные стали могут выдерживать UTS 30-50ksi при температуре 1400F и YS до 30ksi. Как правило, сплавы с достаточно высоким содержанием хрома и никеля демонстрируют лучшие результаты в этой категории предела текучести и предела текучести при повышенных температурах, включая HL, HP, HU и HK. Сплавы этой категории обычно имеют полностью аустенитную структуру. Из-за более высокого содержания легирующих элементов эти сплавы также имеют тенденцию быть более дорогими.
Другой способ измерения характеристик жаропрочной стали – это ее ползучесть и прочность на разрыв. Ползучесть чрезвычайно распространена в отливках из жаропрочных сталей. Для тех, кто не знаком, ползучесть — это напряжение, возникающее в отливках, находящихся под нагрузкой при высоких температурах. Хотя полностью предотвратить ползучесть невозможно, большинство жаропрочных стальных сплавов разработаны так, чтобы в некоторой степени минимизировать эффект ползучести, что, в свою очередь, продлевает срок службы отливки. Ползучесть становится наиболее проблематичной в некоторых случаях, когда она приводит к деформации отливки и может даже привести к разрушению из-за снижения прочности отливки, так что она разрушается ниже свойств, определенных в испытании на растяжение при повышенной температуре.

Выбор сплава
Ползучесть можно учитывать при проектировании отливки и выборе сплава. Инженер может выбрать конструкцию отливки, которая позволит отливке продолжать работать в течение длительного периода в случае ползучести, а также может выбрать сплав, который более устойчив к ползучести. . Что касается выбора сплава, инженер должен выбрать сплав, который замедляет процесс пластической деформации и имеет высокое разрушающее напряжение, отдавая приоритет тому или другому в зависимости от применения. С точки зрения контроля деформации, как правило, лучше всего использовать сплав, который содержит не менее 30% никеля и 15% хрома для получения полностью аустенитной структуры. Отличными примерами являются HT, HU и HP. Некоторые сплавы железо-хром-никель, такие как HK, также хорошо себя зарекомендовали в этой области.
Когда дело доходит до разрушающего напряжения, наиболее важной переменной будет контроль содержания углерода в диапазоне {{0}}.3-0.7%. В диапазоне 0.3-0.7% углерода металл будет гораздо более устойчив к разрушающим напряжениям, чем те, которые содержат 0,2% и ниже. Другие легирующие элементы также являются ключевыми, в частности, достаточное количество никеля для образования аустенитной структуры (по меньшей мере 18%, предпочтительно 22%+) и содержание хрома более 15% являются ключевыми. Примерами качества являются HK, HN и HP. Некоторые из наиболее устойчивых к разрушению сплавов будут содержать определенное количество специальных легирующих элементов, таких как вольфрам или ниобий, хотя содержание углерода остается наиболее важной переменной, которую необходимо контролировать.

Как избежать окисления
Еще одним ключевым моментом нержавеющей стали является устойчивость к окислению при высоких температурах. По этой причине жаропрочная нержавеющая сталь должна содержать минимум 12% хрома, чтобы противостоять образованию оксида железа при высоких температурах. Дополнительную стойкость к окислению можно обеспечить за счет более высокого содержания хрома и никеля.

Термическая усталость
Если отливка подвергается термоциклированию или ударам, это также необходимо учитывать при выборе сплава для жаропрочной стали. Прекрасного способа измерения термической усталости в отливке не существует, есть испытания на термическую усталость, но они мало переносят в реальность.

Как противостоять науглероживанию
Устойчивость к науглероживанию — еще один фактор, который следует учитывать, особенно для отливок, которые будут использоваться в таких областях, как коммерческая термообработка. Повышенное содержание никеля и хрома в значительной степени повышает устойчивость металла к проникновению углерода в поверхность отливки. Кремний также играет жизненно важную роль в устойчивости к науглероживанию. Небольшое увеличение содержания кремния может существенно повлиять на способность сплава противостоять проникновению углерода. Обычно в отливках, предназначенных для сопротивления науглероживанию, используется около 2% кремния. Другие легирующие элементы добавляются в нержавеющие стали для предотвращения науглероживания, но они не широко используются, и их эффективность остается спорной.
Другие соображения
В редких случаях необходимо учитывать среду с высоким содержанием серы, которая может вызвать окисление стальных отливок. Жаропрочные сплавы с высоким содержанием никеля очень склонны к коррозии в среде с высоким содержанием серы из-за их полностью аустенитной структуры, поэтому сплавы, которые являются полностью ферритными, обычно являются лучшим выбором.