Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Обзор конструкционных материалов на основе сплавов хрома

Обзор конструкционных материалов на основе сплавов хрома

Сплавам на основе Cr присущи такие специфические физико-химические свойства, как жаростойкость и жаропрочность, коррозионная стойкость в агрессивных жидкостях и газах, невысокая плотность, ряд других полезных свойств. Благодаря этому они находят широкое промышленное применение в качестве конструкционных материалов.

Общие характеристики

К конструкционным хромистым сплавам относят, в частности, композиции, содержащие, помимо Cr, также Ni, Si, Co, а также (в качестве легирующих добавок) Al, Мо, W, Mn, TiC и другие элементы Периодической таблицы. Рабочая температура таких сплавов может достигать 1500 °С.

Высокохромистые сплавы отличаются хорошей свариваемостью, не подвергаются охрупчиванию при длительной эксплуатации, практически все изделия из них являются ремонтопригодными, не нуждающимися в нанесении дополнительных защитных покрытий.

Сплавы хрома имеют высокие механические свойства: они устойчивы к воздействию термических напряжений при циклических сменах температурных режимов, технологичны по отношению к фасонному литью, штамповке горячим и холодным способами.

Хромосодержащие сплавы можно длительно эксплуатировать без нанесения защитного поверхностного слоя в температурном режиме до 1400 °С, кратковременно — до 1550 °С. Их применяют для изготовления нагревательных элементов, деталей, эксплуатируемых в потоке горячих газов и пара при циклических сменах температур (в диапазоне 600…1500 °С), КИПиА с набором особых физико-химических свойств, различных манипуляторов, узлов машин, штамповочных матриц и пуансонов, другого высокотехнологичного оборудования.

Наличие тех или иных свойств хромистых сплавов обусловлено химическим составом и процентным содержанием входящих химических элементов.

Сормайты

Сормайты — общее наименование ряда литых твёрдых высокоуглеродистых и высокохромистых сплавов на основе Fe, с высокой массовой долей Ni и Si.

Сормайты – эффективные наплавочные материалы (электроды марок Сормайт Т590, Т620, прутки ПР-С27 и др.), способные на порядок и более повышать степень износостойкости режущего инструмента и деталей различных механизмов, предназначенных для эксплуатации в условиях интенсивного абразивного износа, в т.ч. без смазки и в высокотемпературном режиме. Режущая способность сормайтов близка к стеллитам. Сормайты, таким образом, занимают промежуточную нишу между быстрорежущими сталями и категорией твёрдых металлокерамических сплавов.

Со второй половины ХХ в. по сегодняшний день одним из наиболее распространенных в отечественной и мировой металлургии является эвтектический хромистый сплав сормайт № 1, характеризуемый наивысшей степенью твердости (около 50 HRC) и близкий по структурному и химсоставу к группе белых чугунов. Содержание Cr – 25…31 %, C – 2,5…3,5 %, Si – 2,8…4,2 %, Ni – 3…5 %, Mn – до 1,5 % , S – до 0,8 %, P – до 0,08 % .

Стеллиты

Стеллиты (англ. Stellite) — группа износоустойчивых сверхтвёрдых сплавов системы Cr—Co с включением W и/или Мо. Массовая доля входящих в состав сплава элементов регламентируется сферой применения продукта той или иной конкретной марки. Ещё один важнейший компонент стеллитов всех марок – углерод, способный обеспечить особо высокую степень твёрдости благодаря образованию карбидной кристаллической структуры (по аналогии с высококачественными сталями, требуемые характеристики которых также во многом определяет процент содержания С).

Помимо высочайшей твердости, стеллиты характеризуются устойчивостью к воздействию коррозии, в т. ч. в агрессивных средах.

Основные марки стеллитов и их химический состав предствлены в таблице 1.

Различные марки стеллитов применяются в металлообрабатывающей промышленности для производства деталей, подверженных высоким нагрузкам на истирание: рабочих кромок режущего инструмента, облицовки каналов стволов и компонентов затворов автоматического огнестрельного оружия, упрочняющих армирующих покрытий деталей системы наддува и сёдел клапанов ДВС. Практикуется также использование стеллитов как элементов сварных конструкций (входные кромки) лопаток парогазовых турбин.

Кроме того, стеллиты применяются при изготовлении подшипников, оборудования для нефтегазодобычи, нефтехимической, химической, пищевой, стекольной и других промышленных отраслей.

Сплавы данной группы могут применяться как литейным способом, (отливка износоустойчивых деталей различных механизмов), так и методом наварки/наплавки/напыления защитных покрытий с использованием стеллитовых прутков, электродов/сварочной проволоки, а также порошков. Параметры стеллитовых наплавочных прутков марок Пр-С27, Пр-В3К и Пр-В3К-Р регламентированы ГОСТ 21449-75.

Одна из самых востребованных и наиболее твердых марок стеллита – сплав, именуемый «видиа» (от нем «wie Diamant»), что в переводе на русский означает «уподобляемый алмазу». Данный материал применяют, в частности, для изготовления напаиваемых пластин-наконечников для перфораторных буров по бетонам/камню.

Сплавы группа нихромов

Нихро́м (от никель-хром) — категория хромосодержащих сплавов, включающих (в зависимости от марки и функционального назначения), 50…80 % Ni и 15…25 % Cr с добавками Mn, Si, Fe, Al. Сплавы данного состава имеют вид твердых растворов системы Ni-Сг на базе кристаллической решетки Ni.

Нихромы характеризуют высокие показатели плотности, теплоемкости и удельного электросопротивления (1,045—1,45 Ом·мм²/м), а также повышенный коэффициент пластичности и способность хорошо удерживать форму в готовых изделиях. Им также присуща высокая степень жаростойкости в агрессивных окислительных средах, например, в HNO3 (до 1300 °C). Наибольшую стойкость к воздействию азотнокислой среды проявляют нихромы, легированные Si, что обуславливает их широкое применение в нефтехимической и химической промышленности.

Нихром марки Х20Н80

Самый ликвидный сортамент нихрома, особенно в виде проволоки. Что касается нихромовых полуфабрикатов в виде ленты и полосы, то на рынке они востребованы в гораздо меньшей степени, хотя и более продаваемы в сравнении с прутковой и листовой продукцией.

  • Ni – 72-80 %;
  • Cr – 18-20 %;
  • Si – 1,2 %;
  • Mn – 0,75 %);
  • прочее – Fe.

Допускается легирование сплава добавками редкоземельных металлов с целью повышения эксплуатационного ресурса.

Коэффициент удельного омического сопротивления составляет при 20 °C – 1,13 Ом·мм²/м, (при 1100 °C – 1,167 Ом·мм²/м). Показатель максимально допустимой рабочей температуры – 1250 °C, величина температуры плавления – 1400 °C.

Нихром марки Х15Н60 (ферронихром)

Содержит Ni – 60 %, Cr – 15 %, Fe – 25 %. Коэффициент удельного омического сопротивления составляет при 20 °C – 1,12 Ом·мм²/м, (при 1100 °C – 1,248 Ом·мм²/м). Показатель максимально допустимой рабочей температуры – 1125 °C, величина температуры плавления – 1390 °C.

Нихромы с содержанием Cr в пределах 25…30%, используют для производства лент и проволоки большого сечения. Для протяжки тонкой проволоки (Ø 0,01…0,30 мм) применяют марки нихрома более высокой пластичности, с содержанием Cr до 20 %.

Применение

Нихром – материал не дешевый, однако, с учетом присущих ему достоинств, фактор стоимости во многом нивелируется. Что, в свою очередь, обуславливает широкий спектр практического применения.

  • производства элементов высокотемпературного нагрева электрических печей, в которых осуществляется обжиг и сушка;
  • изготовления электрических приборов теплового воздействия (медицинские электроскальпели, запальные свечи, комплекты для выжигания и т.д.);
  • выпуска деталей технических устройств, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах при высоких температурах, в которых нихром востребован как очень прочный жаростойкий и коррозиестойкий сплав (например, резисторные элементы, реостаты, термостаты и т.д.);
  • формирования подслоя и термостойкого защитного покрытия, наносимого способами термического напыления или наплавки;
  • производства термоэлементов испарительной аппаратуры.
Читайте так же:
Обрезные круги для болгарки

Благодаря высокой пластичности нихром хорошо поддается таким видам обработки, как сварка, точение, волочение, прокатка, штамповка и др.

Нимоник (разновидность продуктов нихромовой группы)

Дисперсионно-твердеющие высокожаропрочные сплавы с никель-хромовой основой. Наиболее востребованной из них является марка Нимоник 80 – в состав которого включено

20 % Cr. Для повышения прочностных характеристик в сплав данного типа могут быть введены такие легирующие элементы, как Ti (2.0…2,5 %) и Al (1,2…1,5 %). Нимоник-80 в деформированном виде применяют для производства особенно прочных и устойчивых к износу лопаток газовых и паровых турбин, работающих в температурном режиме 780—880 °C. Аналоги сплава Нимоник-80 – жаропрочные хромоникелевые сплавы марок ЭИ437, ЭИ437А (ХН77ТЮ), а также и ЭИ437Б (ХН77ТЮР).

Инконель

К группе нихромов причисляют также семейство аустенитных хромоникелевых жаропрочных сплавов типа Инконель (Inconel) марок 600, 625, 690, 718, 750, МА758, способных не только сохранять высокую прочность в режиме повышенных температур, но также сопротивляться ползучести и проявлять коррозионную стойкость. Химический состав наиболее востребованных марок данного сплава отображен в таблице 2.

Из инконелей изготавливают детали машин и механизмов, эксплуатируемых в экстремальных условиях (газотурбинных двигателей, компрессоров, парогенераторов, аппаратуры для химической промышленности и т.д.).

Хроме́ль

  • Cr — 8,7…10 %;
  • Ni — 89…91 %;
  • Si, Cu, Мn, Co — примеси.

Сплав применяют, главным образом, для изготовления элементов термопар. Наиболее популярны термопары типа «хромель-алюмель» (ХА, согласно международной классификационной системе – тип К). Широко применяются также изделия типа «хромель-копель» (ХК, международное — тип L). Технические условия изготовления термопарной проволоки названных разновидностей регламентируются ГОСТ 1790-77.

Алюмосодержащие хромистые сплавы

Хромаль (от хром-алюминий)

Общее наименование, которое имеет группа жаростойких сплавов на базе Fe, содержащих также Cr (17…30 %) и Al (4,5—6,0 %). Сплавы типа хромаль отличает уникальное сочетание повышенной жаростойкости (до 1450 °С) и высокого омического удельного сопротивления (1,3—1,5 мком⋅м). Температура плавления – 1500…1510 °С. Показатель удельной плотности 7,15…7,30 г/см 3 .

Хромали и нихромы, являются применяемыми в сходных технических отраслях конструкционными материалами, выпускаемыми, главным образом, как проволока и лента.

Хромали, в сравнении с нихромами, являются более жаростойкими, особенно в воздушной, водородной, а также содержащей S и C окислительной среде. Однако они более сложны в изготовлении и нуждаются в особом режиме эксплуатации, поскольку имеют относительно небольшую прочность при температурах > 1000 °С. Кроме того, хромали подвержены охрупчиванию под воздействием паров и окислов ряда распространённых химических элементов.

Отечественная промышленность производит хромали марок 0Х23Ю5А, 0Х27Ю5А и др. Наиболее популярные зарубежные хромалевые сплавы – кантал и мегапир.

Фехраль (от феррум-хром-алюминий)

  • Cr – 12…27 %;
  • Al – 3,5…5,5 %;
  • Si – 1 %;
  • Mn – 0,7 %;
  • прочее — Fe.

Фехраль устойчив к окислению в воздушной среде при высоких температурах. Характеризуясь высокой степенью твердости и хрупкости, плохо поддается обработке механическими способами. Имеет высокую степень удельного электросопротивления (1,2—1,3 Ом·мм²/м). Показатель удельной плотности – 7100…7300 кг/м³. Температура плавления

Как видим, сплавы хромаль и фехраль, при общей схожести химического состава, различаются по процентному содержанию Cr (соотв. 17…30 и 12…27 %) и Al (соотв. 4,5…6,0 и 3,5…5,5 % %). Это обуславливает различия в показателях удельного сопротивления (соотв. 1,3…1,5 и 1,2…1,3 Ом·мм²/м) и температуры плавления (соотв. 1500…1510 и 1450….1460 °C). Данные факторы, в свою очередь, влияют на спектр практического применения. Так, изделия из хромалей, в сравнении с фехралевыми аналогами, являются более устойчивыми к окислению в сернистой и углеродистой атмосфере и менее хрупкими.

Молибденосодержащие хромистые сплавы

Рене 41 (René 41)

Сплав на никелевой основе, жаропрочный.

  • Cr – 18…22 %;
  • Mo – 9…11 %;
  • Co – 10-14%;
  • Al – 1.35…1.85 %;
  • Ti – 3.1…3.4%;
  • Fe – 0-5.5%;
  • Прочее – Ni с незначительными добавками B, С, Mn, Si, S, Cu.

Высокая степень прочности сохраняется в температурном интервале 650…1000 °C. Используется для изготовления компонентов реактивных двигателей и космических аппаратов, а также в иных промышленных сферах, где востребованы высокие прочностные характеристики, проявляемые в режиме экстремальных температур.

Комохром (от кобальт–молибден–хром)

Сплав Ni (62%), Cr (25%) и Mo (10%) с добавкой Со. Устойчив к воздействию длительных нагрузок в температурном режиме > 750 °С.

Благодаря сочетанию высоких эксплуатационных характеристик и нейтральности по отношению к тканям человеческого организма сплав комохром широко применяются в медицине, в частности, в стоматологии и ортодонтии, сфере протезирования суставов и мягких тканей, для изготовления хирургических инструментов.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Хромирование

Хромирование, одно из самых нужных двигателистам покрытий, относится к наиболее трудоемким процессам гальванотехники. Оно требует особой тщательности и соблюдения чистоты как при приготовлении электролита, так и самих веществ, входящих в его состав. Вода используется дистиллированная или (лишь в крайнем случае!) основательно прокипяченная.

НАЧНИТЕ С ВАННЫ

Занятия модельной гальванотехникой начните с изготовления ванны, Прежде всего подберите кастрюлю на 10 л и трехлитровую стеклянную банку. Емкости меньшего размера лучше не применять-это может усложнить регулировку параметров процесса, да и при приведенных величинах объема ванны хватает лишь для хромирования 6-8 гильз цилиндров. Склеив из 1-1,5 мм фанеры корпус, соберите ванну согласно приведенному рисунку и закройте все фанерным кольцом. Работа над ванной заканчивается вытачиванием крышки кастрюли и монтажом на ней ТЭНов и контактного градусника. Теперь — электрооборудование. Для питания ванны можно использовать любой источник постоянного тока с подключенным на выходе электролитическим конденсатором 80000 мкф X 25 В. Провода питания должны иметь сечение не меньше 2,5 мм2.

Регулятором силы тока, заменяющим регулятор напряжения, может служить секционный реостат. Он включается последовательно с гальванической ванной и состоит из параллельных, включаемых однополюсными рубильниками секций. Каждая последующая имеет сопротивление вдвое больше предыдущей. Число таких секции 7-8. На передней панели блока литания установите две розетки на 15 А, одну — нормальной полярности, другую-обратной. Это позволит быстро провести анодную обработку детали и перейти на хромирование простым переставлением вилки. Розетки с тремя выходами, чтобы не ошибиться в полярности (подключаются, конечно, только два гнезда). Для поддержания постоянной температуры электролита ванна снабжается контактным градусником. Напрямую управлять работой ТЭНов он не может из-за больших токов.

Читайте так же:
Мраморная крошка для литьевого мрамора

Процесс хромирования в сильной степени зависит от температуры электролита и плотности тока. Оба фактора влияют на внешний вид и свойства покрытия, а также на выход хрома по току. Необходимо помнить, что с повышением температуры выход по току снижается; с повышением плотности тока выход по току возрастает; при более низких температурах и постоянной плотности тока получаются серые покрытия, а при повышенных — молочные. Практическим путем найден оптимальный режим хромирования: плотность тока 50-60 А/дм^ при температуре электролита 52°-55° ±1°, Чтобы быть уверенным в работоспособности электролита, в приготовленной ванне можно покрыть несколько деталей, подобных по форме и размерам рабочим образцам, Подобрав режим и узнав выход по току простым замером размеров до и после хромирования, можно приступать к покрытию гильз. По предложенной методике накладывают хром на стальные, бронзовые и латунные детали. Подготовка их заключается в промывке поверхностей, подлежащих хромированию, бензином и затем мылом (с помощью зубной щетки)б горячей воде, зарядке в оправку и размещении в ванне, После погружения в электролит нужно подождать 3-5 с и затем включить рабочий ток. Задержка нужна для того, чтобы деталь прогрелась. Одновременно происходит активирование поверхности деталей из латуни и меди, так как эти металлы хорошо травятся в электролите. Однако больше 5 с ждать не следует — в составе этих металлов есть цинк, присутствие которого в электролите недопустимо.

ХРОМИРУЕМ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

На процессах нанесения хрома не алюминиевые сплавы нужно остановиться особо. Выполнение таких покрытий всегда сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего это необходимость предварительного нанесения промежуточного слоя. Сплавы алюминия, содержащие большое количество кремния [до 30%, сплавы марок АК12, АЛ25, АЛ26, САС-1), можно хромировать следующим образом:

1. — промывка детали в бензине

2. — промывка в горячей воде со стиральным порошком или мылом

3. — обработка детали в растворе азотной и плавиковой кислот (отношение 5:1) в течение 15-20 с

4. — промывка в холодной воде

5. — установка детали на оправке и хромирование (загрузка в ванну под током!).

Другое дело, если необходимо покрыть хромом сплав АК4-1, Его удается отхромировать только с помощью промежуточного слоя. К таким методам относятся; цинкатная обработка^ по подслою никеля; через соль никеля; через анодную обработку детали в растворе фосфорной кислоты.

Во всех случаях детали подготавливают следующим образом:

  • шлифование (и притирка);
  • очистка (удаление жировых отложений после шлифовки в бензине или трихлорэтилене, затем в щелочном растворе),
  • промывка в проточной холодной и теплой (50-60°) воде,
  • травление (для удаления частиц, оставшихся на поверхности после шлифовки и притирки, а также для улучшения подготовки поверхности детали к нанесению хрома).

Для травления используется раствор едкого натра (50 г/л), время обработки 10-30 с при температуре раствора 70-8СГ. Для травления сплавов алюминия, содержащих кремний и марганец, лучше использовать такой раствор, в весовых частях; азотная кислота (плотность ! ,4)-3, плавиковая кислота (50%) — 1, Время обработки деталей 30-60 с при температуре раствора 25-28°, После травления, если это гильза цилиндра, ее надо немедленно промыть в проточной воде и на 2-3 с опустить в раствор азотной кислоты (50%) c водой с последующей промывкой.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Цинкование Алюминиевые изделия при комнатной температуре опускают на 2 мин в раствор (едкий натр 400 г/л, сернокислый цинк 120 г/л, соль Рошепя 5-10 г/л. Или: едкий натр 500 г/л, окись цинка 120-140 г/л) при постоянном его перемешивании. Покрытие достаточно равномерное и имеет серый (иногда голубой) цвет. Если цинковое покрытие легло неравномерно, деталь опускают в стравливающий 50-процентный раствор азотной кислоты на 1-5 с и после промывки повторяют цинкование. Для магнийсодержащих сплавов алюминия двойное цинкование обязательно.

Нанеся второй слой цинка, деталь промывают, заряжают в ол-равку и под током (без подачи напряжения цинк успевает частично раствориться Б электролите, загрязняя его) устанавливают в ванне. Предварительно оправка с деталью погружается в стакан с водой, нагретой до температуры 60^. Процесс яромиро-вания обычный. Никелирование (химическое) Если цинк не ложится на алюминий (наиболее часто это происходит на сплаве АК4-1), можно попытаться нанести хром через никель. Порядок работы таков: — притирка поверхности, — обезжиривание, — травление 5-10 с в растворе азотной и плавиковой кислот, смешанны!; в соотношении 3:1, — никелирование, Последняя операция-в растворе следующего состава: сернокислый никель 30 г/л, гипофосфит натрия 10-12 г/л, уксуснокислый натрий 10-12 г/л, гликоколь-30 г/л. Составляется он сначала без гипофосфи-та, который вводится перед никелированием (с гипофосфитом раствор долго не хранится). Температура раствора при никелировании 96-98°.

Можно использовать раствор и без гликоколя, тогда температура должна быть снижена до 90″. За 30 мин на деталь осаждается слой никеля толщиной от 0,1 до 0,05 мм. Посуда для работ — только стеклянная или фарфоровая, так как никель осаждается на все металлы восьмой группы периодической таблицы. Хорошо поддаются никелированию ла тунь, бронза и другие медные сплавы. После осаждения никеля проводится термообработка для улучшения сцепления с основным металлом (200-250°, выдержка 1-1,5 ч). Затем деталь монтируется на оправке для хромирования и опускается на 15- 40 с в раствор 15% серной кислоты, где обрабатывается обратным током из расчета 0,5-1,5 А/дм2. Происходит активирован не никеля, удаляется окисная пленка, и покрытие приобретает серый цвет. Кислота должна применяться только химически чистая (в самом крайнем случае аккумуляторная). Иначе никель приобретает черный цвет, и хром на такую поверхность никогда не ляжет.

После этого оправку с деталью загружают в ванну хромирования. Вначале дают ток в два раза больший, затем в течение 10-12 мин его уменьшают до рабочего. Дефекты химического никелирования: — никелирование не происходит; деталь не прогрелась, следует подождать некоторое время, — пятна на поверхности (характерно для АК4-1): плохая термообработка детали, нужно ее термообрабо-тать при 200-250° в течение 1,5-2 ч.

Читайте так же:
Размеры профильных труб прямоугольного сечения

Удаление никеля с алюминиевых сплавов можно производить в растворе азотной кислоты. Иногда в процессе никелирования происходит саморазряд — выпадение порошкообразного никеля. В этом случае раствор выливают, а посуду обрабатывают раствором азотной кислоты для удаления с ее поверхности никеля, который будет мешать осаждению на детали. Хотелось бы отметить, что никель-фосфор сам по себе обладает весьма интересными свойствами, не присущими хромовым покрытиям. Это равномерность слоя на поверхности деталей (после осаждения доводки не требуется); высокая твердость после термообработки (режим 400° в течение часа дает твердость покрытия HV 850-950 и больше); низкий коэффициент трения по сравнению с хромом; очень незначительное расширение; высокий предел прочности при растяжении. Никель-фосфор без дальнейшего нанесения хрома может использоваться не только как промежуточное покрытие на гильзах, но и как рабочее, снижающее трение и износ, для золотников и поршневых пальцев, После двух лет активной эксплуатации двигателя с деталями подобной отделки на них отсутствовала явная выработка, характерная для стальных каленых поверхностей.

Нанесение хрома через соль никеля Весь прочесе сводится к следующему:

  • травление в растворе едкого натра (50 г/л, +=80°, 20 с),
  • промывка в проточной воде,
  • нанесение 1-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин),
  • стравливание промежуточного слоя в растворе азотной кислоты (раствор кислоты 50%, 1 мин),
  • нанесение 2-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин),
  • промывка водой, — травление (азотная кислота 50% 15 с),
  • промывка в проточной воде,
  • загрузка в ванну хромирования под током,

Нанесение хрома через анодную обработку в место промежуточных слоев можно выполнять анодную обработку в растворе 300-350 г/л фосфорной кислоты при температуре 26-30°, напряжении на зажимах 5-10 8 и плотности тока 1,3 а/дм2. Ванну следует охлаждать. Для сплавов, содержащих медь и кремний, применяют раствор 1 50-200 г/л фосфорной кис-поты, Режим — 35°, время обработки 5-15 мин. После анодной обработки следует провести кратковременную катодную обработку в щелочной ванне, которая частично снимает оксидный слой. Как показали исследования, в процессе анодной обработки алюминиевых сплавов в фосфорной кислоте на деталях образуется шероховатая поверхность, которая способствует прочному сцеплению наносимого впоследствии покрытия.

Сталь аisi 409

Сталь AISI 409 по определению американского стандарта (как, впрочем, и международного) ASTM A240 — это стабилизированный различными элементами материал общего применения.

Марка стали AISI 409 имеет российский аналог по ГОСТ — марка 08Х13. Первые цифры – количество углерода, а остальные цифры и буквы соответствуют присутствующим легирующим элементам.

Свое широкое применение эта марка получила за счет удачного сочетания сразу нескольких важных параметров:

  • высокой прочности и хороших механических свойств;
  • повышенной устойчивости к воздействию климатической коррозии;
  • легкости обработки, пластичности, возможности использовать для обработки несколько вариантов – вытяжку, штамповку, перфорацию.

В состав стали AISI 409 входит несколько видов химических элементов – никель, марганец, хром. Основной материал – хром, именно он и обеспечивает ей такие высокие технические характеристики. Его содержание в составе нержавейки не должно быть менее 11,7 %. По мере увеличения процентного содержания увеличивается и коррозионная стойкость материала. Основных групп нержавеющих сталей несколько – хромомарганцевоникелевые, хромомарганцевые, хромоникелевые, никелевые, хромистые.

Химический состав AISI 409

Что касается химического состава, то в сталь марки 409 входят следующие вещества, в % (не более):

  • углерод (С) — 0,08;
  • марганец (Mn) — 1,0;
  • кремний (Si) — 1,0;
  • фосфор (Р) — 0,045;
  • сера (S) — 0,045;
  • хром (Cr) — до 30 (минимальное количество – 10,5);
  • титан (Ti) — 0,75 (минимальное – 0,6).

Количество углерода, входящего в состав жаропрочной стали 409, очень маленькое, оно составляет всего до 0,03 %. Но в то же время данная сталь отличается высокой стойкостью к различным видам коррозии, включая и способность противостоять межкристаллической коррозии. И если сравнивать марку 409 со сталью марки 08Х13, то характеристики и свойства у нее намного лучше. А это означает, что ее можно успешно использовать в тех областях, где нашла свое применение марка 08Х13.

За счет небольшого количества присутствующего углерода и наличия титана, AISI 409 очень пластичная, к тому же в ее структуре мартенсит отсутствует. После проведенных испытаний стало известно, что ее пластичность находится на уровне 34,5 %. Углерод отрицательно воздействует на все основные характеристики нерж. стали, поэтому для улучшения ее свойств в состав добавляют больше хрома. Например, если в стали содержание углерода 0,15-0,20 %, то количество хрома должно быть не менее 13-14 %.

Технические характеристики нержавеющий стали AISI 409

Сталь AISI 409 входит в группу ферритных сталей, в которых содержание хрома очень высокое. Буквенная маркировка определяет используемый стандарт, цифрами обозначаются особенности материала и категория.

Группы нерж. стали различаются по микроструктуре. Всего их насчитывается три основных:

  • Аустенитные – немагнитные стали, в составе которых содержится от 5 до 15 % никеля и от 15 до 20 % хрома. Этот вид стали прекрасно поддается сварке и тепловой обработке. Для обозначения используется литера «А». Именно этот материал аустенитной группы наиболее часто используется во всех сферах промышленности и в изготовлении крепежных элементов.
  • Мартенситные – гораздо более твердые и прочные, нежели аустенитные, к тому же могут быть магнитными. Для их упрочнения применяется метод закалки и отпуска, как это делается со многими углеродистыми сталями. Основное применение таких марок стали – изготовление различного оборудования в машиностроительной отрасли, производство режущего инструмента и столовых приборов. Обозначаются буквой «С».
  • Ферритные. У этого вида степень мягкости более высокая, чем у мартенситной, так как содержание углерода в ней минимальное. Она обладает магнитными свойствами, а для обозначения используется литера «F».

У нержавейки AISI 409 высокие показатели прочности, коррозионной и термической стойкость, пластичности, поэтому сплав хорошо поддается большинству видов механической обработки, штамповке и пластической деформации. Она считается ферромагнетиком, то есть, у нее имеются магнитные свойства. Термообработкой она не упрочняется и не применяется в восстановительных средах. Для стабилизации 409 в нее вводится титан, она легко сваривается любыми способами и не боится межкристаллической коррозии. Если использовать ее для изготовления металлических конструкций, работающих на открытом воздухе при высокой влажности, необходимо в случае применения болтовых соединений в местах крепежа устанавливать влагонепроницаемые прокладки.

Читайте так же:
Расчет антенны тройной квадрат калькулятор

Сферы использования AISI 409

Использование возможно в важных отраслях промышленности – горнодобывающей, бумажно-целлюлозной, химической, машиностроительной и т.д.

Жаростойкость, устойчивость к коррозии и прочие положительные эксплуатационные и технические характеристики сделали ее практически универсальной.

Используется она в таких отраслях индустрии, как:

  • Гражданском и промышленном машиностроении;
  • Строительстве, дизайне, архитектуре;
  • Перерабатывающей и пищевой промышленностях;
  • Автомобилестроении, производстве запчастей для автомобильной и тракторной техники;
  • Для изготовления контейнеров общегражданского и промышленного назначения;
  • Нефтеперерабатывающей и химической промышленностях – здесь ею заменяют отечественную сталь 08Х13;
  • В производстве целлюлозы, бумаги;
  • Для утилизации и обработки канализационных бытовых и промышленных отходов;
  • Горной промышленности, включая шахтные разработки и бурение скважин.

Также из нее часто делают различное технологическое оборудование, которое впоследствии применяется на предприятиях по производству продовольственной продукции и переработки сырья. С его помощью выполняют большинство производственных процессов – гигиеническую обработку или мойку поступившего сырья, оборудования и продуктов, разделение, измельчение и сортировку готовой продукции, тепловую обработку, смешивание, транспортировку, фасовку и упаковку. На эту марку стали распространяется заключение Министерства здравоохранения о полной эпидемиологической безопасности, а также о возможности применения вместе с пищевой продукцией.

По множеству параметров и свойств AISI 409 значительно превосходит большинство никельсодержащих сталей, следовательно, ее можно применять в качестве заменителей. Они считаются просто незаменимыми в выпуске оборудования для пищевой, химической, фармацевтической промышленности и прочих производств. Например, если рассматривать хромистые нерж. стали в сравнении никельсодержащими аустенитными, то у последних теплопроводность очень высокая, а коэффициент термического расширения низкий, что и делает их применение в изготовлении теплообменного оборудования и конструкций более предпочтительным. В частности, их используют для производства теплообменников, охлаждающих градилен и т.д.

Невысокий коэффициент термического расширения способствует более надежному соединению и фиттинговому креплению, обеспечивает быстрый теплообмен в отопительных и охлаждающих системах продовольственных резервуаров (оборудование, в котором для охлаждения применяется вода, гликоль и прочие охлаждающие материалы). Сварные конструкции и трубопроводы из AISI 409 намного меньше подвержены изменению габаритов даже при существенных колебаниях температуры, а это обеспечивает уменьшение разрушающих усталостных нагрузок в случае перепадов температуры и уменьшает вероятность возникновения протечек в местах гидравлических соединений.

Уникальность AISI 409 также в том, что она свободно может служить аналогом большинству марок отечественной нержавейки, включенных Госгортехнадзором в перечень материалов, разрешенных к использованию для ремонта и изготовления емкостей, работающих с высоким давлением.

Использование при высокой температуре

При термической обработке AISI 409 ведет себя достаточно стабильно и не упрочняется. Даже при температуре в 700 градусов окалина не образуется, а при нагреве до очень высокой температуры все ее полезные механические показатели полностью сохраняются. Стойкость к окислению и обуславливает использование AISI 409 в тех условиях, где применение углеродистых и марганцовистых сталей недопустимо. Применение ее возможно в экстремальных условиях, при температуре в 815 градусов периодическое, а при 700 градусах — постоянное. Тем не менее, реальные возможности эксплуатации следует предварительно уточнять для каждой ситуации.

Самые лучшие условия для эксплуатации AISI 409 — окислительные и нейтральные среды, в восстановительных средах ее применение не допускается. При температуре до 500 °C ползучесть материала практически не проявляется, ну а после повышения температуры и возрастании механической нагрузки может наблюдаться быстрая деградация материала. Следовательно, в подобных ситуациях лучше всего использовать жаростойкие стали.

Свойства стали при обработке

Обработка стали 409 может осуществляться всеми доступными способами. В частности, резка нержавеющей стали можно производить специальными абразивными инструментами, гильотиной, плазменной резкой.

Во время пластической деформации, в особенности при изгибах, следует внимательно следить за тем, чтобы величина внутреннего радиуса равнялась двум толщинам материала. В случае деформации стали, подвергать ее обратному изгибу не рекомендуется. Ну а если будет необходимость выполнения такой операции, рекомендуется нагреть ее до температуры 1500 °C, после чего подвергать изгибу. В некоторых случаях возможно образование трещин.

Сваривание AISI 409 также возможно любыми способами, но при этом обязательное условие – дальнейшая операция пассивации и очистки (протравливание). Неукоснительное соблюдение требований технологии обеспечивает зоне термического воздействия (шву) длительную сохранность и коррозионную стойкость. Предпочтительный способ сварки – дуговая в среде защитного газа.

Для механической обработки AISI 409 лучше всего использовать оборудование, обеспечивающее хороший отвод тепла. Также рекомендуется выбирать рациональные режимы и инструмент, что необходимо для обеспечения механической прочности, твердости стали, низкого коэффициента трения. Инструмент лучше всего использовать с положительной геометрией.

Мы ответим на все возникшие у Вас вопросы о характеристиках, использовании и ценах на сталь AISI 409 оптовых и розничных

научная статья по теме РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ НИКЕЛЬ-ХРОМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ИЗ СУЛЬФАТНО-ОКСАЛАТНЫХ РАСТВОРОВ Химия

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ НИКЕЛЬ-ХРОМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ИЗ СУЛЬФАТНО-ОКСАЛАТНЫХ РАСТВОРОВ - тема научной статьи по химии из журнала Электрохимия

Текст научной статьи на тему «РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ НИКЕЛЬ-ХРОМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ИЗ СУЛЬФАТНО-ОКСАЛАТНЫХ РАСТВОРОВ»

ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2004, том 40, № 12, с. 1481-1486

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ НИКЕЛЬ-ХРОМ, ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ИЗ СУЛЬФАТНО-ОКСАЛАТНЫХ РАСТВОРОВ

© 2004 г. А. А. Едигарян, Г. Е. Горюнов, Е. Н.Лубнин, Ю. М. Полукаров1

Институт физической химии РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 27.01.2004 г.

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и электронной оже-спектроскопии изучены состав и распределение элементов по толщине электроосажденных слоев никель-хром. При послойном травлении регистрировались периодические изменения отношения Сг/№ с периодом 2-5 нм. Период и амплитуда отношения концентраций компонентов увеличивались с ростом плотности тока. На начальном этапе осаждения сплава на медном катоде наблюдалось выделение никеля, катализировавшего процесс выделения хрома, который, в свою очередь, катализировал восстановление оксалата до углерода. После достижения толщин осадков

100 нм устанавливалось постоянство состава сплава. Осадки содержали значительное количество углерода (в виде графитированных структур и карбидов), увеличивающееся от 0.6 до 2 мас. % с ростом плотности тока. Поверхность растущего сплава (толщиной 50-70 нм) была обогащена гидроксидами никеля, хрома и органическими соединениями, содержащими карбоксильные группы.

Ключевые слова: электроосаждение сплавов, хром, никель.

При совместном разряде ионов никеля и хрома из сульфатно-оксалатных растворов наблюдалось ускорение процесса разряда ионов хрома и замедление разряда ионов никеля по сравнению с их индивидуальным восстановлением [1]. Предполагалось, что электрокаталитическое восстановление ионов хрома совместно с ионами никеля происходит путем периодического образования адсорбционных слоев хрома (Ш^-процесс) на поверхности непрерывно обновляющихся слоев никеля. Подобный механизм роста осадков мог способствовать формированию периодических структур нанометрового диапазона. Выполненные ранее рентгенографические исследования показали, что сплавы действительно представляли собой нано-кристаллические, а иногда и полностью рентгено-аморфные материалы. В задачу данной работы входило исследование химического состава элект-роосаждаемых сплавов, распределения элементов по толщине слоя сплава и выявление возможной периодичности распределения элементов в микрообъемах сплава с целью установления роли электрокатализа в определении возникающих структур. Для решения указанных задач, наряду с электрохимическими методами, использовались методы рентгеновской фотоэлектронной (РФЭС),

Читайте так же:
Траверса для монтажа кровельных сэндвич панелей

1 Адрес автора для переписки: polukarov@phyche.ac.ru

оже-электронной спектроскопии (ЭОС) и рентгенографии.

И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Электроосаждение сплавов осуществлялось в гальваностатическом режиме при плотностях тока 15, 30 и 45 А/дм2 из раствора следующего состава, г/л: Сг2(804)3 ■ 6Н20 — 150, №804 ■ 7Н20 — 100, №2С204 — 20, NaF — 15, А12(804)3 ■ 18Н20 — 100, №2804 — 60; температура — 40°С, кислотность раствора корректировалась введением необходимых количеств Н28 04 или №2С03 до рН 1.6. Катодом служила медная пластина, анодом — платина. Осаждение проводилось без разделения анодного и катодного пространств [2, 3]. Выход сплава по току составлял

30%. Выбор указанных выше плотностей тока позволял получать осадки сплавов, имеющих состав по металлам: № 1 — №85-88Сг15-12, № 2 -№40-42Сг60-58, < 3 — №20-12Сг80-88, соответственно [1].

Характер химических связей элементов, входящих в состав осадков сплавов, анализировался методом РФЭС. Спектры РФЭС регистрировались на спектрометре Б8САЬаЬ Мк11. Калибровку спектрометра осуществляли по линии Аи 4/7/2 с энергией связи 83.8 эВ. Источником возбуждения фотоэлектронов служило А1 ^„-излучение. Разрешение спектрометра составляло 1.0-1.1 эВ. Для узких спектральных линий энергии связи определяли с точностью ±0.1эВ. Количественный

элементный анализ проводили по методике факторов относительной чувствительности, которые были оценены по эталонам никеля и хрома. Информацию о распределении элементов по глубине покрытия получали методами ионного травления пучком ионов аргона поверхности образца под углом 70° с энергией 3 кэВ при плотности тока 50-60 мкА/см2 и скрайбирования с помощью алмазного скрайбера, размещенного в камере спектрометра. Скрайбирование применяли для снятия толстых слоев гальванического осадка и контроля возможного влияния ионного травления на химическое состояние элементов в изучаемой системе.

Микрораспределение элементов по толщине осадка сплава исследовалось методом ЭОС, позволявший уменьшить площадь анализируемой поверхности. Мягкое ионное травление обеспечивало скорость послойного травления 0.5-0.7 нм/мин. Для снижения топографического эффекта травление осуществляли двумя ионными пушками под углами 20° и 75° относительно поверхности образца с энергией ионов 0.6 кэВ при плотности тока 5 мкА/см2. Возбуждение оже-электронов производилось пучком электронов с энергией 10 кэВ. Диаметр электронного зонда не превышал 100 нм. Анализировали центр "кратера", образующегося после ионного травления пучком ионов аргона диаметром 5 мм, что позволяло исключить влияние стенок "кратера" на состав и распределение элементов на участках анализа. Толщины удаленных слоев оценивались по скоростям ионного травления эталонных образцов никеля и хрома. Для построения профилей распределения элементов по глубине использовали низкоэнергетические LVV- и высокоэнергетические LMM-ли-нии в спектрах оже-электронов хрома и никеля с энергиями минимумов пиков 36 (Cr), 61 (Ni), 529 (Cr) и 848 эВ (Ni). Длины свободного пробега оже-электронов с такими энергиями составляли 0.40.5 и 1.1-1.2 нм соответственно. Интенсивности оже-линий измеряли по полному размаху пиков в дифференциальном спектре. Для увеличения разрешения по глубине при послойном анализе учитывали следующие факторы, влияющие на величину и точность оценки экспериментально получаемых толщин слоев и переходных зон: 1) регистрировались только оже-электроны из центра "кратера", 2) для уменьшения искажений профиля распределения элементов по глубине в осадках использовали выражение

A(x) = B(x) — Xcos фdB/dx,

где A(x) — зависимость амплитуды оже-сигнала по глубине, скорректированная на длину свободного пробега оже-электронов, ф — угол регистрации эмиттированных электронов, B(x) — величина уши-рения границы раздела между слоями при ослаблении интенсивности оже-сигнала в интервале от

16 до 84%. Величину dB/dx предварительно определяли по искажению профиля при анализе резкой границы раздела пленки никеля на хромовой подложке с аппроксимацией изменений интенсивности контура ступенчатой функции на 84 и 16% от исходной величины. Все расстояния (х) для объемных слоев отсчитывались от поверхности покрытий.

Рентгенографические исследования проводились на медном излучении с монохроматором на входе счетчика аппарата ДРОН 3.

Исследования методом ЭОС распределения элементов в осадках сплавов на начальной стадии их электроосаждения. На рис. 1 представлены нормированные к 100 суммы значений максимальных амплитуд оже-сигналов никеля, хрома и углерода, характеризующие распределение элементов в сплавах на начальной стадии их электроосаждения на медном катоде при различных плотностях тока. Значения амплитуд выражены в условных единицах. Толщина осадков составляла 0.7-1.2 мкм. Ионное травление и регистрация оже-сигналов осуществлялись от поверхности осадка вглубь, вплоть до поверхности подложки. На рис. 1 вертикальная линия (обозначенная, как условная граница раздела осадок/подложка) соответствовала интенсивности наиболее сильной линии в спектре (в данном случае никеля) при толщине распыленного ионным пучком слоя, равной половине толщины осадка. Видно, что первоначально (на рисунках справа налево) начинал выделяться никель, катализирующий разряд ионов хрома, который, в свою очередь, катализировал восстановление оксалатов до элементарного углерода или карбидов. Особенно четко это проявлялось при низкой плотности тока, когда не достигался потенциал выделения самостоятельной фазы металлического хрома (рис. 1а). При более высоких плотностях тока (отрицательных потенциалах катода), выделение хрома и углерода начиналось почти одновременно с никелем (рис. 16, 1в). Поверхность никеля оказалась неактивной в отношении восстановления оксалатов до углерода. На электроде, покрытом только никелем, оксалат не восстанавливался до появления на электроде хрома, как это видно из (рис. 1а). Для реакции восстановления оксалата наблюдался предельный ток (скорее всего, кинетический, определяющийся каталитической активностью поверхности). Так как характер восстановления оксалата слабо зависел от плотности тока, соответственно — от общего состава сплавов, то катализатором восстановления оксалатов являлись, по-видимому, свежеосажденные слои хрома или поверхностного сплава, богатого хромом.

Исследования химического состава электро-оосажденных сплавов никель-хром-углерод методами РФЭС и ЭОС. На рис. 2 представлено

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector