Жаропрочные и жаростойкие стали.




Жаропрочность – способность материала, сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.

Жаростойкость – сопротивление металла окислению при высоких t.

Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести.

Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочность, ползучесть.

Кратковременная прочность определяется с помощью испытаний на растяжение разрывных образцов. Образцы помещают в печь и испытывают при заданной температуре. Обозначают кратковременную прочность σв =, например

при 300oС σв = 300МПа.

Прочность зависит от продолжительности испытаний.

Пределом длительной прочности называется максимальное напряжение , которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время.

Ползучесть – свойство металла медленно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при постоянной температуре.

В зависимости от температуры скорость деформации при постоянной нагрузке выражается кривой состоящей из трех участков (рис. 11.1):

Рис. 11.1. Кривая ползучести

 

ОА – упругая деформация образца в момент приложения нагрузки;

АВ – участок, соответствующий начальной скорости ползучести;

ВС – участок установившейся скорости ползучести, когда удлинение имеет постоянную скорость.

Если напряжения достаточно велики, то протекает третья стадия (участок СД), связанная с началом разрушения образца (образование шейки).

Для углеродистых сталей ползучесть наблюдается при нагреве выше 400oС.

 

Деформация ползучести - величина пластической деформации в процентах, полученная деталью при ползучести за данный промежуток времени.

Скорость ползучести - величина пластической деформации (линейной), называемая ползучестью, отнесенная к единице длины в единицу времени. Скорость ползучести определяется обычно во второй (устанавливающийся) стадии ползучести и измеряется в % /ч или мм/ч.

Предел ползучести – напряжение, под действием которого материал разрушается в конце заданного промежутка времени при определенной температуре.

НапримерХН77ТЮР σ750100=32МПа, где верхний индекс – температура испытания в oС, нижний индекс – заданная продолжительность испытания в часах.

В качестве современных жаропрочных материалов можно отметить мартенситные и аустенитные жаропрочные стали, никелевые и кобальтоавые жаропрочные сплавы, тугоплавкие металлы.

Химический состав (%) и твердость некоторых конструкционных легированных сталей в состоянии поставки

Марка стали С Si Мn Сr Ni Другие элементы Число твердости НВ (не более)
Хромистые стали
20Х 0,17-0,23 0,17-0,37 0,50-0,80 0,70-1,00 - -
30Х 0,24-0,32 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 - -
40Х 0,36-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 - -
45Х 0,41-0,49 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 - -
Марганцовистые стали
20Г 0,17-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 - - -
30Г 0,27-0,35 0,17-0,37 0,70-1,00 - - -
40Г 0,37-0,45 0,17-0,37 0,70-1,00 - - -
50Г 0,48-0,56 0,17-0,37 0,70-1,00 - - -
Хромомарганцевые стали
20ХГР 0,18-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 0,75-1,05 - -
30ХГТ 0,24-0,32 0,17-0,37 0,80-1,10 1,00-1,30 - Ti 0,03-0,09
40ГТР 0,38-0,45 0,17-0,37 0,70-1,00 0,80-1,10 - Ti 0,03-0,09
Хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали
20ХМ 0,15-0,25 0,17-0,37 0,40-0,70 0,80-1,10 - Мо 0,15-0,25
30ХМА 0,26-0,33 0,17-0,37 0,40-0,70 0,80-1,10 - Мо 0,15-0,25
30Х3МФ 0,27-0,34 0,17-0,37 0,30-0,60 2,30-2,70 - Мо 0,20-0,30 V 0,06-0,12
40 ХМФА 0,37-0,44 0,17-0,37 0,40-0,70 0,80-1,10 - Мо 0,20-0,30 V 0,10-0,18
Хромованадиевые стали
15 ХФ 0,12-0,18 0,17-0,37 0,40-0,70 0,80-0,10 - V 0,06-0,12
40ХФА 0,37-0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 - V 0,10-0,18
                       

 

Продолжение таблицы

Марка стали С Si Мn Сr Ni Другие элементы Число твердости НВ (не более)
Никельмолибденовые стали  
15Н2М 0,10-0,18 0,17-0,37 0,40-0,70 - 1,50-1,90 Мо 0,20-0,30
20Н2М 0,17-0,25 0,17-0,37 0,40-0,70 - 1,50-1,90 Мо 0,20-0,30
Хромоникелевые и хромоникелевые с бором стали  
20 ХН 0,17-0,23 0,17-0,37 0,40-0,70 0,45-0,75 1,00-1,40 -
45 ХН 0,41-0,49 0,17-0,37 0,50-0,80 0,45-0,75 1,00-1,40 -
12ХН3А 0,09-0,16 0,17-0,37 0,30-0,60 0,60-0,90 2,75-3,15 -
20Х2Н4А 0,16-0,22 0,17-0,37 0,30-0,60 1,25-1,65 3,25-3,65 -
Хромокремнемарганцевые и хромокремнемарганцевоникелевые стали  
30ХГС 0,28-0,35 0,90-1,20 0,80-1,10 0,80-1,10 - -
30ХГСА 0,28-0,34 0,90-1,20 0,80-1,10 0,80-1,10 - -
35 ХГСА 0,32-0,39 1,10-1,40 0,80-1,10 0,80-1,40 - -
30ХГСН2А 0,27-0,34 0,90-1,20 1,00-1,30 0,90-1,20 1,40-1,80 -
Хромоникельмолибденовые стали  
20ХН2М 0,15-0,22 0,17-0,37 0,40-0,70 0,40-0,60 1,60-2,00 Мо 0,20-0,30
38Х2Н2МА 0,33-0,40 0,17-0,37 0,25-0,50 1,30-1,70 1,30-1,70 Мо 0,20-0,30
40 ХН2МА 0,37-0,44 .0,17-0,37 0,50-0,80 0,60-0,90 1,25-1,65 Мо 0,15-0,25
Хромоникельмолибденованадиевые и хромоникельванадиевые стали  
30ХН2МФА 0,27-0,34 0,17-0,37 0,30-0,60 0,60-0,90 2,00-2,40 Мо 0,20-0,30 V 0,10-0,18  
45ХН2МФА 0,42-0,50 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 1,30-1,80 Мо 0,20-0,30 V 0,10-0,18  
20ХН4ФА 0,17-0,24 0,17-0,37 0,25-0,55 0,70-1,10 3,75-4,15 V 0,10-0,18  
                         

Примечание:характеристики твердости НВ приведены для отожженной или высоко-отпущенной стали диаметром или толщиной > 5 мм.

 

Для изготовления деталей планера в зависимости от условий работы и эксплуатации применяются стали различных классов: среднелегированные, высоколегированные мартенситно-стареющие, коррозионностойкие аустенитного, мартенситного и переходного аустенитно-мартенситного классов.

 

Среднелегированные конструкционные стали служат для изготовления деталей шасси, лонжеронов, крепежа, деталей центроплана и т.д. Прочность этих сталей составляет 900-1900 МПа, обеспечивается содержанием углерода в пределах 0,2—0,4% и термической обработкой, состоящей в закалке и отпуске при температурах 200-300°С (на прочность более 1400 МПа) или 500-620°С (на прочность 900-1200 МПа). Помимо углерода такие стали содержат 4-6% (в сумме) таких элементов, как хром, никель, марганец, кремний, молибден, позволяющих получить при закалке однородную высокопрочную мартенситную структуру по всему сечению детали.

 

Из мартенситно-стареющих высокопрочных сталей типа 03H18K9M5T изготовляют тяжелонагруженные детали шасси, болты и т.д. Эти стали легированы 18% никеля, 9% кобальта, 5% молибдена и 0,9% титана. Такое легирование при низком содержании углерода (<0,03%) позволяет получить после закалки мартенсит, отличающийся высокой пластичностью, но низкой прочностью. В закалённом состоянии стали хорошо обрабатываются резанием и легко подвергаются пластической деформации. Стали упрочняются до 1700-2100 МПа путём старения при температурах 480-550°С.

Слабостареющие стали мартенситного класса (08Х15Н5Д2Т, 06Х14Н6Д2МБТ) применяются для изготовления сложных сварных конструкций (лонжероны, рамы) и элементов обшивки, работающих во всех климатических условиях. Эти стали после закалки имеют мартенситную структуру с некоторым количеством остаточного аустенита. Стали подвергаются старению при температурах 410-525°С и имеют прочность примерно 1300 МПа, обеспечиваемую легированием углеродом (0,07%) и медью (2%), которая вызывает дисперсионное упрочнение. Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются и не требуют после сварки термической обработки.

 

Стали для деталей двигателя работают при повышенных температурах, сохраняя в этих условиях высокую прочность и хорошее сопротивление окислению поверхности. Жаропрочные стали мартенситного класса (типа 1Х12Н2ВМФ) легированы такими элементами, как хром, никель, углерод, азот, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, обеспечивающими окалиностойкость, мартенситное состояние матрицы и её карбонитридное упрочнение. Эти стали после закалки подвергают отпуску при 350-720°С; работоспособны до температур 550-650°С. Для работы при 650-800°С применяют высоколегированные аустенитные стали типа Х12Н20Т3МР, упрочняющиеся при старении.

 

Все перечисленные стали используются в авиастроении в деформированном виде. Кроме того, для изготовления различных деталей планёра, двигателя и агрегатов разработаны специальные литейные стали - среднелегированные (типа 35ХГСЛ) и нержавеющие (типа 07Х14Н5Д2МБЛ); эти стали термообрабатываются на уровень прочности 1000-1200 МПа. Применение литейных сталей в авиастроении позволяет снизить трудоёмкость механической обработки и сократить расход металла.






Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 1558; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.02 сек.