Розмір шрифту: 

Попередніми дослідженнями ливарних і механічних властивостей сталей з високим вмістом хрому та алюмінію установлено, що такі матеріали можуть бути використані для виготовлення литих деталей, які здатні працювати тривалий час в умовах надвисоких температур і агресивних середовищ, тобто в екстремальних умовах.    Якщо технологічні властивості цієї групи сплавів досліджено достатньо глибоко для того, щоб однозначно стверджувати, що їх можна використовувати як матеріал для виготовлення деталей литтям, то з  огляду  на  їх  спеціальні властивості через відсутність відповідної інформації таких стверджень дати не можна. Це є суттєвим гальмом у впровадженні цих матеріалів у виробництво, а тому робота є досить актуальною.    Метою роботи є дослідження окалиностійкості, кінетики окиснення в умовах екстремальних температур і різних агресивних середовищ та структури жаростійких сталей з високим вмістом хрому та алюмінію.    Для досягнення поставленої мети в роботі використано сучасні методики визначення вказаних характеристик.     Найпоширенішим видом взаємодії литих деталей з робочим середовищем є окиснення. Окиснення сплавів визначається багатьма факторами, до важливіших з яких відносять склад та швидкість газового середовища, температуру та тривалість взаємодії металу із середовищем, хімічний склад сплаву та структуру окалини. Окиснення металу суттєво впливає на його цілісність, зменшує поперечний переріз виробу, а разом з ним і тривалість експлуатації виробу.     У роботі поставлені такі завдання: дослідити окалиностійкість сталей неоднакового хімічного складу в умовах перегрітого повітря та інших агресивних середовищах, вивчити кінетику окиснення сталей в умовах високих температур, вплив хрому та алюмінію на структуру сталей та визначити оптимальне співвідношення хрому та алюмінію.     Окалиностійкість досліджуваних сталей визначали ваговим методом за збільшенням маси зразків, тобто головним кількісним показником окалиностійкості є величина, яка характеризує збільшення маси зразка на одиницю його поверхні, мг/см2, протягом певного часу випробовування зразків. Для цього використано установку, яку змонтовано на базі трубчастої силітової печі. Випробовування здійснювали протягом 100 год за температур 1200 і 1250 °С. Початком випробування був момент досягнення в робочій зоні печі заданої температури. Для визначення окалиностійкості сталей скожного хімічного складу випробуванням піддавали одночасно три зразки з подальшим усередненням результатів випробувань. За різницею маси зразків до й після випробовування визначали приріст маси, за яким  розраховували  питоме  збільшення маси з урахуванням площі поверхні зразка, яке і є характеристикою окалиностійкості.     Досліджено вплив хрому і алюмінію на окалиностійкість сталей, оскільки ці елементи є основними легувальними елементами, які забезпечують високу окалиностійкість сталей внаслідок утворення на поверхні виробу тугоплавких оксидів. Для визначення оптимальних концентрацій хрому й алюмінію вивчено окалиностійкість сталей із вмістом хрому в діапазоні концентрацій від 13 до 37% та алюмінію – до 7% при середньому вмісті вуглецю 0,30...0,35%.     Аналіз результатів показує, що збільшення вмісту алюмінію різко підвищує окалиностійкість (зменшує приріст маси) всіх досліджених сталей з різним вмістом хрому. Установлено, що для забезпечення досить високої окалиностійкості (збільшення маси на 4...6 мг/см2 за 100 год) сталь має вміщувати 25...35% хрому й 2...3% алюмінію.     Під час спалювання палива на теплових електростанціях утворюється суміш газів СО2, СО, Н2О (пара) і N2. На металеві матеріали кожний із цих газів (або їх суміші) діє агресивніше, ніж перегріте повітря.     З метою вивчення впливу алюмінію на окалиностійкість в атмосфері СО2 і Н2О (пари) випробувані зразки хромистої середньовуглецевої сталі із вмістом 30% Cr і легованої алюмінієм до 6,76%. Установлено, що із збільшенням вмісту алюмінію окалиностійкість хромистої сталі зростає у всіх досліджених середовищах, особливо після підвищення концентрації алюмінію в межах 2,0…3,0%. Найагресивнішим середовищем є водяна пара.     Аналізом результатів дослідження кінетики окиснення установлено, що інтенсивне окиснення металу здійснюється протягом перших 10…20 хв, тобто до моменту утворення на поверхні зразка суцільної і щільної оксидної плівки, яка в подальшому перешкоджає контакту навколишнього середовища з поверхнею «живого» металу.     Відомо, що сталь, яка має високу чистоту меж зерен та однорідність структури, має і високу жаростійкість, тобто довговічність роботи виробів тим триваліша, чим менша різниця в розмірах зерен. Додавання в хромисту сталь 1,0…2,0% алюмінію суттєво змінює її будову: структура  стає  максимально гомогенною та рівнозернинною.     Отже, на підставі виконаних досліджень зроблено такі висновки:     1. Кількість алюмінію в хромистій сталі слід визначати з урахуванням дії температури, газового середовища та навантаження на виріб.     2. Сталі з високим вмістом хрому й 1,5...3,0% алюмінію мають високотемпературну корозійну стійкість у середовищах, які вміщують вуглекислий газ і водяну пару.     3. Для роботи в екстремальних умовах рекомендовано жаростійку хромоалюмінієву сталь складу, %: 0,30…0,35 С; 30…32 Сr; 1,5…2,2 Аl; 0,45…0,90 Мn; до 1,0 Sі; Р і S – до 0,025.     4. Рекомендована сталь має однорідну гомогенну структуру, що надає їй високої жаростійкості. Така сталь може надійно працювати тривалий час в екстремальних умовах і є перспективним ливарним матеріалом для виготовлення литих жаростійких деталей різними способами лиття.