Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аустенитные стали

Аустенитные стали

Аустенит — это твердый однофазный раствор углерода до 2 % в y-Fe. Главная его особенность заключается в последовательности, в которой располагаются атомы, т. е. в строении кристаллической решетки. Она бывает 2 типов:

  1. ОЦК a-железо (объемно — центрированная – по одному атому располагается в 8-ми вершинах куба и 1 в центре).
  2. ГЦК y-железо (гране-центрированная по одному атому находится в 8-ми вершинах куба и по одному находятся на каждой из 8-ми граней, всего 16 атомов).

Простыми словами: аустенит — это структура или состояние металла, определяющая его технические характеристики, которые получить в другом состоянии невозможно, т.к. меняя строение, металл изменяет и свойства. Без аустенита невозможна такая технология как закалка, которая является самой распространенной, дешевой, технически доступной, а в некоторых случаях и единственной технологией упрочнения металла.

аустенит

Свойства аустенитных сталей и где их используют

Само состояние железа в Y-фазе (аустенит) уникально, благодаря ему металл является жаропрочным (+850 ºC), холодостойким (-100 ºC и ниже t), способен обеспечивать коррозионную и электрохимическая стойкость и другие важнейшие свойства, без которых были бы немыслимы многие технологические процессы в:

  • нефтеперерабатывающей и химической отраслях;
  • медицине;
  • космическом и авиастроении;
  • электротехнике.

Жаропрочность — свойство стали не менять своих технических свойств при критических температурах с течением времени. Разрушение происходит при неспособности металла противостоять дислокационной ползучести, т. е. смещению атомов на молекулярном уровне. Постепенно происходит разупрочнение, и процесс старения металла начинает происходить все быстрее. Это происходит с течением времени при низких или высоких температурах. Так вот, насколько этот процесс растянется во времени — это и есть способность металла к жаропрочности.

Коррозионная стойкость — способность металла противостоять разрушению (дислокационной ползучести) не только с течением времени и при криогенных и высоких температурах, но еще и в агрессивных средах, т. е. при взаимодействии с веществами активно вступающих в реакцию с одним или несколькими компонентных элементов. Разделяют 2 типа коррозии:

  1. химическая — окисление металла в таких средах, как газовая, водная, воздушная;
  2. электрохимическая — растворение металла в кислотных средах, имеющих положительно или отрицательно заряженные ионы. При разности потенциалов между металлом и электролитом, происходит неизбежная поляризация, приводящая к частичному взаимодействию двух веществ.

Холодостойкость — способность сохранять структуру при криогенных температурах с течением длительного времени. Из-за искажения кристаллической решетки структура стали холодостойкой способна принимать строение присущее обычным малолегированным сталям, но уже при очень низких температурах. Но этим сталям присущ один недостаток — иметь полноценные свойства они могут только при минусовых температурных значениях, t — ≥ 0 для них недопустимы.

Читайте так же:
Как вывернуть сломанную шпильку из блока двигателя

Методы получения аустенита

Аустенит — это структура металла, которая в малолегированных марках возникает в диапазоне температур 550-743 ºC. Как можно сохранить эту структуру и, соответственно, свойства за границами этих t? — Ответ: методом легирования. При наполнении решетки аустенита атомами других элементов, образуются структурные искажения, а процесс восстановления ОЦК–решетки (естественное строение при нормальных температурах) сдвигается на сотни градусов.

Как эти свойства проявляются и в каком состоянии, зависит от добавочных т. е. легирующих элементов и термической обработки детали, которую она может дополнительно получать. Причем влияют не только элементы, но их соотношение, так аустенитная сталь подразделяется на:

  • хромомарганцевую и хромникельмарганцевую (07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14H4T);
  • хромоникелевую (08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18H10T, 06X18Н11, 12X18H10T, 08X18H10;
  • высококремнистую (02Х8Н22С6, 15Х18Н12C4Т10);
  • хромоникельмолибденовую (03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16H15M3, 10Х17Н13М3Т).

аустенитные марки стали

Химические элементы и их влияние на аустенит

Пособников у аустенита немного, использоваться они могут как совместно, так и частично, в зависимости от того какие свойства нужно получить:

  • Хром — при его содержании более 13 % на поверхности образует оксидную пленку, толщиной 2-3 атома, которая исключает коррозию. В аустените хром находится свободном состоянии, при условии минимального содержания углерода, так как тот сразу образует карбид Cr23C6, что приводит к сегрегации хрома и обедняет большие участки матрицы, делая ее доступной для окисления, сам карбид Cr23C6 способствует межкристаллитной коррозии аустенита.
  • Углерод (максимальное его значение не более 10 %). Углерод в аустените находится в соединенном состоянии, основная его задача — образование карбидов, которые обладают предельной прочностью.
  • Никель — основной элемент, который стабилизирует желаемую структуру. Достаточно содержание 9-12 %, чтобы перевести сталь в аустенитный класс. Измельчает и сдерживает рост зерна, что обеспечивает высокую пластичность;
  • Азот заменяет атомы углерода, присутствие которых в сталях электрохимически стойких снижено до 0,02 %;
  • Бор — уже в тысячных процентах увеличивает пластичность, в аустените, измельчая его зерно;
  • Кремний и марганец не указываются как основные легирующие элементы в маркировке, но они являются основными или обязательными легирующими элементами аустенита, которые придают прочность и стабилизируют структуру.
  • Титан и ниобий — при температуре выше 700 °С карбид хрома распадается и образуется стойкий TiC и NiC, который не вызывает межкристаллитную коррозию, но их использование не всегда оправданно холодостойких сталях, т.к. оно повышает границу распада аустенита.

Термическая обработка

Аустенит подвергают обработке только по необходимости. Основные операции это высокотемпературный отжиг (1100-1200 °С в течение 0,5-2,5 часа) при котором устраняется хрупкость. Далее закалка с охлаждением в масле или на воздухе.

Аустенитную сталь, легированную алюминием, подвергают двойной закалке и двойной нормализации:

  1. при t 1200 °С;
  2. при t 1100 °C.
Читайте так же:
Шуруповерт с тангенциальным ударом

Механическая окончательная обработка проводится до закалки, но после отжига.

Изделия из аустнитных сталей

Полуфабрикаты, в которых поставляется сталь, представляет собой:

  • Листы, толщиной 4-50 мм с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.
  • Поковки. Ввиду сложной обработки этих сталей методом сварки, изготовление некоторых деталей представляет собой получение практически готовых изделий уже на этапе литья. Это роторы, диски, турбины, трубы двигателей.

Методы соединения аустенита:

  • Припой – очень сильно ограничивает использование металла при t более 250 °С;
  • Сваривание – возможно в защитной атмосфере (газовой, флюсовой), при последующей термической обработке.
  • Механическое соединение – болты и другие крепежные элементы, изготовленные из аналогичного материала.

Аустенитные стали одни из самых дорогих технических сталей, использование которых ограничивается узкой специализацией оборудования.

Эффективные приемы обработки аустенитной нержавеющей стали (ISO M)

Фрезерование нержавеющей стали Фрезерование нержавеющей стали

Аустенитная нержавеющая сталь, являющаяся сплавом железа, хрома и никеля, обеспечивает повышенную прочность и высокую коррозионную стойкость деталей, используемых на сегодняшний день в самых разнообразных сферах. Однако при всех преимуществах материала ISO M у него имеются и недостатки. Никель в сплаве, характеризуемый высокой устойчивостью к коррозии, также придает материалу повышенную твердость, вследствие чего возрастает сложность обработки. К счастью, имеются приемы, которые помогают справиться с этой проблемой и существенно повысить производительность операций по обработке аустенитной нержавеющей стали.

Вот несколько примеров наиболее эффективных приемов.

Использование остро заточенных твердосплавных инструментов

Традиционно инженеры полагали, что из-за повышенной твердости заготовок из аустенитной нержавеющей стали для их обработки необходима повышенная сила резания. Это предполагает применение более прочных инструментов с отрицательным углом при малой глубине резания и подаче. Однако данный подход приводит к снижению стойкости инструмента, большей длине стружки, образованию заусенцев, ухудшению качества обработки и нежелательной вибрации. На самом деле усилие резания аустенитной нержавеющей стали ненамного выше по сравнению с обычной сталью. Большая часть дополнительного энергопотребления связана с характеристиками теплопередачи и деформационного упрочнения.

Резание металлов сопряжено с деформациями, и при обработке стойкой к деформации аустенитной нержавеющей стали выделяется избыточное тепло. Теплоотвод из зоны резания – задача особой важности. К сожалению, кроме сопротивления деформации, аустенитная сталь также имеет пониженную теплопроводность. Из-за этого заготовка и стружка в процессе обработки поглощают очень мало тепла, и избыточное тепло передается непосредственно на инструмент, что существенно снижает его стойкость.

С другой стороны, применение твердосплавных инструментов решает эту проблему и обеспечивает надлежащую твердость режущих кромок, что позволяет выдержать повышенную температуру при обработке аустенитной нержавеющей стали. Имея более острые режущие кромки, твердосплавные инструменты действительно эффективно режут нержавеющую сталь, а не деформируют ее, что обуславливает меньшее тепловыделение в зоне резания.

Читайте так же:
Ковка для цветов фото

Увеличение глубины резания на высоких подачах

Особенность аустенитной нержавеющей стали такова, что чем больше сечение стружки, тем больше тепла она может отвести из зоны резания. Самый эффективный способ получения большой стружки – это увеличение глубины резания и величины подачи. Большие глубины резания также сократят количество проходов, требуемых для обработки детали. Это важный фактор, поскольку аустенитная нержавеющая сталь подвергается серьезному деформационному упрочнению в течение длительных операций резания.

Однако существуют практические ограничения в интенсивной тактике обработки. Так, в конечном счете интенсивность параметров резания должна определяться мощностью станка, а также прочностью инструмента и самой детали. Кроме того, инженерам следует пересмотреть процесс чистовой обработки, который традиционно включает в себя большое количество проходов при небольшой глубине резания и малой скорости подачи. Самая эффективная стратегия – это максимизация данных параметров резания, так как это может повысить стойкость инструмента и качество обработки поверхности детали.

Использование подходящей смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением

По причине проблемных тепловых явлений при обработке аустенитных нержавеющих сталей применение СОЖ, как правило, является фактором, определяющим эффективность процесса. Жидкость должна быть высокого качества, с содержанием масла в водомасляной эмульсии минимум восемь или девять процентов по сравнению с тремя-четырьмя процентами, характерными для большинства технологических операций. Чем выше давление подачи СОЖ, тем лучше она обеспечивает теплоотвод из зоны резания. Для еще большей эффективности рекомендуется использовать специализированные системы подачи смазочно-охлаждающей жидкости, такие как JetstreamTooling производства Seco, которые направляют поток жидкости под высоким давлением непосредственно в зону резания.

Специалисты компании Seco разработали ряд усовершенствованных продуктов и решений, которые обеспечивают эффективную обрабатываемость аустенитной нержавеющей стали ISOM, и ввиду растущего спроса на высокотехнологичные материалы разработки будут активно продолжаться.

Автор статьи-оригинала:
Дон Грехем (Don Graham),
менеджер по вопросам образования и технического обслуживания

Об авторе статьи

Дон Грехем – менеджер по вопросам образования и технического обслуживания Seco, ответственный за всю образовательную деятельность на территории Североамериканской зоны свободной торговли (NAFTA), испытания новой продукции и оказание различных технических услуг. Вне работы он любит готовить кленовый сироп, восстанавливать старинные тракторы и заниматься фермерством.

АУСТЕНИТ

АУСТЕНИТ – структурная составляющая углеродистых и легированных сталей и чугунов, возникающая при термической обработке сплавов в соответствии с диаграммой состояния железо-углерод, в углеродистых сталях в равновесном состоянии аустенит существует только при высоких температурах, начиная с 723° С. Область существования аустенита на диаграмме состояния железо – углерод имеет сложную форму. Для чистого железа область существования аустенита соответствует интервалу температур от 910° С (температура аллотропического превращения a -железа в g -железо) до 1400° С (температура аллотропического превращения g -железа в d -железо). По мере увеличения содержания углерода температура превращения (начала образования аустенита) снижается и достигает минимума (723° С) при концентрации углерода 0,8%. Максимальное содержание углерода в аустените составляет 1,7% и соответствует температуре 1130° С. Металлографическое исследование при высоких температурах показывает, что аустенит имеет форму полиэдрических зерен, размеры которых увеличиваются в процессе выдержки при высоких температурах.

Читайте так же:
Масло для поршневых компрессоров remeza

При понижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит (Fe3C) и возникает пластинчатая структура перлита, которая на металлографическом шлифе (сечении) имеет вид полосчатой структуры из полосок феррита и цементита.

Легирование стали различными элементами влияет на область существования аустенита на диаграмме состояния. Эта область может почти полностью исчезать (ферритные стали), но аустенит может и не распадаться при охлаждении и сохраняться при комнатной или более низких температурах (аустенитные стали). При быстром охлаждении (закалке) в углеродистых сталях, содержащих более 0,3% углерода, аустенит переходит в мартенсит с повышенными механическими характеристиками. Однако при дальнейшем увеличении содержания углерода это превращение происходит не во всем объеме и, например, закаленная сталь, содержащая 0,9–1% углерода, наряду с мартенситом, содержит остаточный аустенит.

Рентгеноструктурным методом установлено, что аустенит является твердым раствором. В углеродистых сталях это твердый раствор внедрения, в котором атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки g -железа. В сталях, содержащих другие металлы (кроме железа, легированные стали), атомы металлов замещают атомы железа в кристаллической решетке и возникает твердый раствор замещения.

Аустенит имеет гранецентрированную кубическую структуру, т.е. в элементарной кубической ячейке атомы железа расположены в вершинах и центрах граней. Легированные аустенитные стали имеют повышенную прочность и химическую стойкость при высоких температурах по сравнению с обычными углеродистыми сталями. Эти стали не удается упрочнить термической обработкой, т.к. у них при охлаждении нет фазовых превращений.

В последние годы показано, что можно упрочить эти стали путем обработки ударными волнами (взрывом). Так, например, износостойкость аустенитной стали, используемой для изготовления стрелочных переводов на железнодорожных рельсах, после обработки взрывом существенно возрастает.

Аустенитная сталь: виды и особенности

Одним из видов «нержавейки» является аустенитная сталь. Её уникальность структуры обусловлена высоким содержанием легирующего элемента в стали, который расширяет область γ-фазы (Mn, Ni и др.). Хром обеспечивает стойкость от коррозий и жаростойкость, никель стабилизирует структуру, поэтому высоколегированная аустенитная сталь так популярна на предприятиях. Используется в условиях высоких температур, агрессивных сред и прочих нестандартных обстоятельствах.

Читайте так же:
Кованые изделия на ворота фото

Свойства аустенитной стали

Содержание аустенитной стали составляет:

  • 12-18% Cr. Использование хрома для поднимает показатель коррозийной стойкости;
  • 8-30% Ni. Никель способствует усилению показателя жаропрочности готового нержавеющего листа;
  • 0,02-0,25% C. Углерод используется для усиления свойств материала. Вместо него возможно применение азота, молибдена, титана и прочих элементов.

Процент углерода в стойких от коррозии сталях ограничено. Данный состав был разработан в 1910 году немецким инженером Штраусом. Стойкость аустенитных хромоникелевых сталей сохраняется при нагреве, в отличие от хромистых сталей.

Сварка сталей аустенитного класса

Особенностью сварки аустенитной стали является отсутствие образование пространства между швов. Благодаря этому структура материала не подвергается повреждениям и не происходит образование окисления стали.

Сварка должна проходить очень деликатно, чтобы избежать образования холодных трещин. До сварки настоятельно рекомендуется произвести аустенизацию материла, чтобы достичь пластичности металла, а термическую обработку для упрочнения стали проводить после процедуры. Предварительный нагрев до 400 градусов также избавляет от опасности образования холодных трещин.

Виды аустенитной стали

Разделяют несколько видов аустенитной стали:

  • Коррозионностойкий;
  • Жаростойкий;
  • Жаропрочный;
  • Хладостойкий.

Корроизонностойкая аустенитная сталь содержит в себе ограниченное количество углерода. Как правило, оно должно быть ниже предела растворимости в легированном никелем аустените при 20 градусах – это порядка 0,04%. Данный тип стали обладает повышенной устойчивостью коррозии в самый суровых климатических условиях, в соленой воде и в некоторых газовых сферах.

Жаростойкая аустенитная сталь характеризуется сопротивлением металла газовой коррозии при высоких температурах. Она хорошо выслуживает при температурах выше 550 градусов и показывает максимальную стойкость против химического разрушения своей поверхности в газовых сферах.

Жаропрочная сталь работает в достаточно нагруженном состоянии при температуре до 600 градусов в течение долго времени. Сталь, по сравнению с остальными, имеет высокую стоимость, но обладает большим количеством компонентов для популярности применения.

Хладостойкие аустенитные стали применяются при низких температурах. Состоят из 17-25% хрома и 8-25% никеля. Сохранение высокой вязкости и пластичности – основные критерии данного металла. В некоторых случаях марганец может полностью заменить никель, или быть добавленным в состав для повышения стабильности стали.

Аустенитная сталь – одна из самых прочных и качественных разновидностей нержавеющей стали. Благодаря обработке при температуре от 1050 до 1100 градусов и быстрому охлаждению, сталь приобретает прочность. Трубы и листы из аустенитной стали широко используются на сегодняшний день на всех предприятиях машиностроения и приборостроения. Изучив подробности о всех видах, остаётся выбрать подходящий по всем критериям и требованиям.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector