Жаропрочные материалы

Ряд деталей печей, находящихся в рабочем пространстве, т. е. в зоне высоких температур, испытывает большие механические нагрузки. Это подовые плиты, тигли, муфели, различные экраны, загрузочно-разгрузочные устройства, транспортирую­щие устройства, крепления нагревателей и т. д.

К материалам, из которых изготовляются эти детали, предъявля­ются определенные требования:

1. Достаточная жаростойкость (окалиностойкость). Под жаростой­костью понимается способность материалов сопротивляться коррозион­ному воздействию газов при высоких температурах;

2. Достаточная жаропрочность. Жаропрочность характеризуется сопротивлением ползучести, определяющейся пределом ползучести , т. е. тем напряжением, которое вызывает заданную деформацию за срок службы детали при рабочей температуре, и длительной прочностью, определяющейся пределом длительной прочности , т. е. напряже­нием, при котором в результате ползучести материал разрушается за определенное время при данной температуре;

3. Достаточная технологичность. Материал должен волочиться,кататься, свариваться, подвергаться механической обработке;

4. Достаточная дешевизна и недефицитность. В зависимости от свойств стали и сплавы, применяемые в печестроении, подразделяют на следующие группы:

1. Коррозионностойкие (нержавеющие), к которым относятся стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и др.);

2. Окалиностойкие (жаростойкие), к которым относятся стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения по­верхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работаю­щие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

3. Жаропрочные, к которым относятся стали и сплавы, работаю­щие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью.

Самыми распространенными в электропечестроении являютсяхро-моникелевые стали и сплавы. Эти металлы имеют высокие жаростой­кость и жаропрочность, хорошо обрабатываются.

До 800°С целесообразно применять стали с содержанием хрома около 18 %, а никеля 9 – 10 %. Это стали 08Х18Н10, 12Х18Н9, 17Х18Н9 и 12Х18Н9Т, которые отличаются друг от друга содержанием углерода, а также титана.

Для 1000 - 1100°С применяются стали 20Х23Н18, 20Х25Н20С2. На эти же температуры имеются литейные стали 40Х24Н12СЛ и 20Х25Н19С2Л.

Для 1100 - 1200°С применяются высоколегированные сплавы ХН77ТЮ, ХН60Ю, ХН70Ю и Х28Н48В5Л.

Теплопроводность хромоникелевых сталей и сплавов ниже, чем хромистых и углеродистых сталей: она, так же как теплоемкость, за­висит от температуры.

Эти стали и сплавы хорошо свариваются и обрабатываются.Они нашли широкое применение при изготовлении деталей печей, работаю­щих при высоких температурах и механических нагрузках. Недостатком их в сравнении с хромистыми сталями является большой температурный коэффициент линейного расширения, т. е. склонность к короблению, а также значительно большая стоимость.

Наряду с жаропрочными сталями и сплавами некоторое примене­ние нашли более дешевые жаропрочные чугуны с содержанием хрома до 10 %, никеля - до 20 % и кремния 2 – 3 %.. Эти чугуны могут работать до 800°С, не коробясь. Увеличение в составе чугуна хрома до 25 —30 % дает возможность работать до 1000°С в ненагруженном со стоянии.

Кроме того, имеются хромоалюминиевые чугуны, которые можно, например, использовать при изготовлении подовых плит, работающих до 900°С.

Для увеличения жаростойкости сталей используется их алитирование, т. е. насыщение поверхности алюминием, что позволяет применять простые и малолегированные стали при достаточно высоких температурах в деталях, имеющих малые нагрузки.

В высокотемпературных печах с окислительной атмосферой при 1000 — 1350°С применяются карборундовые детали. Карборунд имеет достаточную теплопроводность, близкую к теплопроводности стали, но значительно меньшую прочность. Из карборунда изготовляют на пример, подовые плиты, направляющие толкательных печей.

В высокотемпературных вакуумных печах и в печах с контролируе­мыми атмосферами для изготовления жаропрочных деталей применя­ются графит, молибден, вольфрам. Из этих материалов делают экраны, различные крепежные детали.