16.5. Стали для измерительных инструментов

Стали для измерительных инструментов должны длительное время сохранять заданные (точные) размеры. Изменение размеров может возникать по трем причинам:

- износ;

- объемные изменения из-за структурных превращений при длительном вылеживании;

- тепловое расширение из-за колебаний температур.

Высокая износостойкость сталей для измерительного инструмента обеспечивается высокой твердостью стали ( 58-64HRC) после термообработки.

Для стабилизации размеров производится специальная термическая обработка (обработка холодом и стабилизирующий отпуск при низких температурах).

Для изготовления измерительного инструмента применяют стали марок: X, XГ, 120ХГ, 50, 55, 38XBФЮA.

17. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

К этой группе относят стали:

- с особыми химическими свойствами (нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные);

- с особыми физическими свойствами (магнитные, с малым коэффициентом расширения).

17.1. Нержавеющие (коррозионностойкие) стали

К этой группе относятся стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии.

Антикоррозионными свойствами обладает сталь в том случае, если она содержит большое количество хрома ( > 12 %) или хрома и никеля.

Применяют три типа хромистых нержавеющих сталей: с содержанием хрома 13, 17 и 27 %, содержащих углерода от 0,1 до 0,04 %.

Стали с содержанием хрома 17-18 % и 25-28 % имеют добавки Ti, Ni, которые вводят для измельчения зерна.

По виду равновесной структуры нержавеющие стали делятся на пять классов:

- ферритные;

- мартенсито-ферритные;

- мартенситные;

- аустенитные;

- аустенито-мартенситные.

Например: сталь 12Х13 – мартенсито-ферритного класса (клапаны гидравлических насосов); сталь 40Х13 – мартенситного класса (хирургический инструмент); сталь 12Х17 – ферритного класса (оборудование азотнокислых заводов и пищевой промышленности); 12Х18Н9Т – аустенитного класса с большой коррозионной стойкостью (химическая, пищевая, нефтяная промышленность, авиастроение, транспортное машиностроение).

17.2. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

К жаростойким (окалиностойким) относят стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °С и в слабонагруженном состоянии.

Способность стали сопротивляться окислению при высокой температуре называется жаростойкостью (окалиностойкостью).

На интенсивность окисления влияет состав стали и строение окисной (защитной) плёнки, плотность которой повышают такие химические элементы, как Cr, Si, Al.

Сталь 15X5 (5 % Сr) жаростойка до 700 ^оС, сталь 12X17 (17 % Сr) -до 900 ^оС, стала 15X28 (28 % Сr) - до 1100 - 1150 ^оС. Сплавы на никелевой основе с Сr и Al ( ХН70Ю с 26-29 % Сr и 2,8-3,5 % Al ) обладают жаростойкостью до 1200 °С.

Жаропрочность - способность материала сохранять необходимую длительную прочность при высоких температурах.

Ползучесть - это деформация, непрерывно увеличивающаяся и завершающаяся разрушением под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии температуры.

Предел ползучести - это напряжение, вызывающее деформацию заданной величины (обычно от 0,1 до 1 %) за определенный промежуток времени (100, 300, 500, 1000 ч) при заданной температуре.

Факторами, способствующими жаростойкости, являются:

- высокая температура плавления основного металла;

- наличие в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных упрочняющих фаз;

- пластическая деформация, вызывающая наклеп;

- высокая температура рекристаллизации;

- рациональное легирование;

- термическая и термомеханическая обработка;

- введение в жаропрочные стали бора, церия, ниобия, циркония, (в десятых, сотых и даже тысячных долях).

По температуре эксплуатации жаропрочные стали разделяют на группы:

- для работы при температуре до 350 – 400 ^оС (обычные конструкционные стали - углеродистые и малолегированные) ;

- для работы при температуре 400 - 550 ^оС (стали перлитного класса 15ХМ, 12Х1МФ для деталей котлов, труб паропроводов и пароперегревателей, нагруженные сравнительно мало, но работающие до 100 000 ч);

- для работы при температуре 500 - 600 ^оС (стали мартенситного класса: высокохромистые 15Х11МФ для лопаток паровых турбин; сильхромы 40Х9C2 для клапанов моторов; 20Х12ВНМФ для дисков, роторов, валов);

- для работы при температуре 500 - 750 ^оС (стали аустенитного класса: нестареющие 09Х14Н16В для труб пароперегревателей высокого давления; стареющие 40Х15Н7Г7Ф2МС для лопаток газовых турбин);

- для работы при температуре 800 - 850- 1200 °С (жаропрочные сплавы на никелевой основе ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для лопаток турбин).