Жаростойкий сплав для нагревательных элементов электрических печей



8.3. Жаропрочные и жаростойкие никелевые сплавы

В качестве сплавов для деталей, работающих при 700…1000, наибольшее применение находят сплавы на основе никеля. Их можно разделить на гомогенные (нихромы, инконели), которые служат, в основном, как жаростойкие, и стареющие, имеющие высокую жаропрочность.

8.3.1 .Жаростойкие сплавы (нихромы)

Жаростойкие сплавы на никелевой основе представляют собой малоуглеродистые Ni-Cr ,NiCrFe илиNCr-W-Fe твердые растворы, легированныеSi,Al,Ti. Эти сплавы, имея, в основном, структуру гомогенных твердых растворов, отличаются сочетанием высокой жаростойкости и значительным электрическим сопротивлением (1,05…1,40 Ом мм 2 /м); их температура плавления составляет 1370…1420 С. предел прочности на растяжение – 700…1000 МПа, относительное удлинение 20…40%. Они имеют хорошие технологические свойства, что позволяет их сваривать, изготавливать из них проволоку, лист, ленту.

Нихромы применяют для изготовления нагревательных элементов электрических печей и бытовых приборов, а также изделий, работающих при высокой температуре и небольших механических нагрузках.

В промышленности нашли применение нихромы типа Х10Н90, Х20Н80, Х40Н60, Х50Н50, а также нихромы с дополнительным легированием.

8.3.2 .Жаропрочные сплавы

Развитие жаропрочных никелевых сплавов началось с небольших добавок титана и алюминия к обычному нихрому. Слав, на никелевой основе содержащий 2,5%Ti, 1,5% Аl, 20%Crполучил название нимоник-80 и стал первым сплавом в ряду модификаций жаропрочных сплавов.

Набольшая жаропрочность материала требуется для рабочих лопаток турбин ГТД. Чаще всего для этих целей используют сплав ХН55ВМТФКЮ содержащий 9…12% Cr, 12…16% Со, 1,5…2% Тi, 3…5Al, 4,5…6,5W, 4…6% Мо, 0,02% В. После двойной закалки при 1220 и 1050 на воздухе и старении при 850 С сплав имеет высокую жаропрочность.

Жаропрочные никелевые сплавы подразделяют на деформируемые илитейные. Жаропрочные свойства деформируемых сплавов формируются при термической обработке.

Литейные жаропрочные никелевые сплавы по составу сходны с деформируемыми, но обычно содержат большее количество алюминия и титана. Так, длительная прочность сплава марки ЖС6К (усл. Обозн) составляет 320МПа при 900 С и 160 МПа при 1000 С. Этот сплав применяют для изготовления сопловых и рабочих лопаток ГТД.

8.4.Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

К тугоплавким металлам относятся металлы с температурой плавления более 1800 С. Наибольшее распространение в промышленности получили элементыVA-группы – ниобий и тантал, элементыVIA- группы – хром, молибден, вольфрам и редкоземельный элементVIIA-группы – рений (с температурой плавления 3180С). Последний, из за высокой стоимости, применяется только для легирования. Высокие температуры плавления и жаропрочность тугоплавких металлов, позволяют использовать их для изготовления деталей и узлов, работающих в сложных экстремальных условиях: авиационной, ракетно-космической, атомной технике, приборостроении. Рабочие температуры могут составлять 1000…1500 С.

Однако тугоплавкие металлы имеют и недостатки. Прежде всего они склонны к хрупкому разрушению, так как им присуща высокая температура хладноломкости.

В большинстве случаев тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью. При температуре свыше 600 С их нужно защищать от окисления. Для этих целей применяют металлические, но, чаще, керамические покрытия. Для молибдена и вольфрама в качестве защитных покрытий наиболее часто используют силицидные покрытия (МоSi2, Wsi2 ). При работе деталей в вакууме и инертных средах необходимость в защитных покрытиях отпадает. Не требуется защитных покрытий для деталей и сплавов хрома, так как он обладает жаростойкостью до 1000 С, из за образования плотной тугоплавкой оксидной пленкиCr2 O3 .

На основе тугоплавких металлов созданы жаропрочные сплавы, предназначенные для работы в условиях высоких температур – 1100…1700 С, а для сплавов вольфрама – до 2500…3000 С.

Легирующие элементы образуют с молибденом твердые растворы и упрочняют его. Для увеличения пластичности могут добавлять рений. Для повышения длительной прочности в большом количестве (30% и 50%) вводится вольфрам.

Сплавы на основе вольфрама

Различают однофазные сплавы вольфрама – твердые растворы и гетерофазные. упрочненные дисперсионными частицами карбидов, боридов и оксидов.

Сплавы на основе хрома

Как чистый хром, обладают очень высокой стойкостью к окислению, вплоть до 1100 С. Она увеличивается за счет введения легирующих элементов. Основной недостаток этих сплавов – высокая пластичность.

Жаростойкий сплав для электронагревательных элементов

Сплав содержит хром, алюминий, железо, титан и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Cr - 45,0 60,0; Al - 7,0 9,0; Ti - 0,2 0,3; La - 0,01 0,2; Fe- остальное. В сплаве допускается наличие примесей не более, мас.%: C - 0,02; Mn - 0,1; S - 0,01; P - 0,1. Сплав указанного состава можно использовать в прецизионных печах диффузионного отжига изделий электронной промышленности, а также в большой группе печей для спекания и термической обработки изделий из керамики и металлокерамики. По данным проведенных исследований сплав имеет предельную рабочую температуру в окислительной атмосфере 1500°С высокий срок службы при 1500°С и более высокое удельное сопротивление, чем у прототипов. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаростойким сплавам с высоким электрическим сопротивлением на основе хрома, железа, алюминия и титана. Сплав предназначен для использования в качестве электронагревателей с рабочей температурой 1500 о С.

В настоящее время для нагревателей с рабочей температурой выше 1400 о С применяются интерметаллиды, например, на основе дисилицида молибдена (до 1800 о С) и карбида кремния (1450 о С).

Недостатками интерметаллидов являются ограниченность формы и большой температурный коэффициент электросопротивления. В процессе эксплуатации нагревателей электросопротивление меняется в разной степени, из-за чего между ними нарастает перепад температур и в печном пространстве создается неоднородное температурное поле. Керамические нагреватели пригодны для термообработки изделий и материалов, свойства которых в малой степени зависят от температурного режима. Перечисленные недостатки не свойственны металлическим материалам для нагревателей.

Металлические материалы для электронагревательных элементов с рабочей температурой выше 1400 о С в настоящее время не применяются.

В табл.1 даны химические составы Fe-Cr-Al-сплавов типа Х23Ю5Т.

Известные сплавы предназначены для электронагревательных элементов, работоспособных в окислительной атмосфере до 1400 о С, однако они не могут быть использованы в качестве нагревателей на более высокую температуру из-за низкой температуры плавления (1450 о С).

Техническим результатом изобретения является повышение предельной рабочей температуры жаростойкого сплава, обладающего высоким электрическим сопротивлением, низким температурным коэффициентом сопротивления, технологической пластичностью в температурном интервале 600-1300 о С.

Это достигается тем, что в сплаве повышается содержание хрома и алюминия, а также в составе сплава присутствует лантан (или церий), который вводится в сплав в виде мишметалла, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Cr 45,0-60,0; Al 7,0-9,0; Ti 0,2-0,3; La 0,01-0,2; Fe - остальное.

В сплаве допускается наличие примесей не более, мас.%: С - 0,02; Mn - 0,1; S - 0,01; P - 0,1, которые в указанных пределах не влияют на достижение указанного технического результата.

Увеличение содержания хрома в сплаве необходимо для повышения температуры плавления материала. Fe-Cr-Al-сплавы, содержащие 45,0-60,0 % хрома, имеют температуру плавления выше 1500 о С, что позволяет использовать их в качестве электронагревателей с высокой рабочей температурой.

Содержание алюминия в сплаве, в основном, определяет срок службы нагревателей, так как известно, что жаростойкость Fe-Cr-Al-сплавов обеспечивается защитными свойствами окиси алюминия, которая образуется при высокотемпературном окислении. Материал работоспособен до тех пор, пока алюминий способен образовывать окалину Al2 O3. В течение окисления сплав обедняется алюминием, причем при 1500 о С этот процесс будет проходить очень быстро. Чем больше алюминия в сплаве, тем больше будет срок службы нагревателей.

Присутствие лантана в сплаве необходимо по двум причинам. Во-первых, лантан значительно повышает пластичность сплавов на основе хрома, во-вторых, его наличие в сплаве положительно сказывается на процессе окисления. При окислении окислы лантана, располагаясь на границе металл-окалина, выполняют роль диффузионного барьера и препятствуют проникновению элементов, принимающих участие в окислении в верхних слоях окалины.

С целью нейтрализации вредного воздействия углерода в сплав вводится титан, который является эффективным карбидообразующим элементом.

В табл.2 приведены варианты осуществления изобретения.

Опытные плавки выплавлялись в вакуумной индукционной 50 килограммовой печи, далее слитки прессовались на заготовки диаметром 40-32 мм и после обточки заготовок подвергались дальнейшему прессованию или газовой экструзии на проволоку диаметром 5,5-3 мм. Из проволоки изготавливались зигзагообразные или спиральные нагреватели, которые испытывались до перегорания при 1500 о С. Содержание элементов выше указанных значений не обеспечивает пластичность металла и не позволяет деформировать металл (см.пример 5 в табл.2). Содержание элементов ниже указанных значений не дает возможность получить требуемые свойства (см.примеры 6-9 в табл.2).

Сплав указанного состава можно использовать в прецизионных печах диффузионного отжига изделий электронной промышленности, а также в большой группе печей для спекания и термической обработки изделий из керамики и металлокерамики. По данным проведенных исследований сплав имеет предельную рабочую температуру в окислительной атмосфере 1500 о С, что на 100 о С выше, чем у прототипов, высокий срок службы при 1500 о С, более высокое удельное сопротивление, чем у прототипов.

ЖАРОСТОЙКИЙ СПЛАВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащий железо, хром, алюминий, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром - 45,0 - 60,0 Алюминий - 7,0 - 9,0 Титан - 0,2 - 0,3 Лантан - 0,01 - 0,2 Железо - Остальное

Жаростойкий сплав

Жаростойкие сплавы - металлические сплавы, хорошо противостоящие при высоких температурах механическим деформациям и коррозии.  [1]

Жаростойкие сплавы и стали применяют для изготовления деталей, подвергающихся воздействию высоких температур, но не испытывающих большой нагрузки. В некоторых случаях такие стали используют для нагревательных элементов печей.  [2]

Жаростойкие сплавы должны иметь малый температурный коэффициент электросопротивления и высокое сопротивление химическому разрушению поверхности ( коррозии) под воздействием воздуха или иных газообразных сред при высокой температуре. Они обладают удовлетворительной технологичностью ( из них можно получать проволоку, ленты, прутки и другие полуфабрикаты); свариваемостью; достаточной жаропрочностью - способностью выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций, не разрушаясь при высоких температурах.  [3]

Жаростойкие сплавы на основе никеля в окислительных средах ( парах воды, кислороде, синтетическом ам - - миаке) более стойки, чем на основе железа. Однако в серосодержащих средах никель нестоек к газовой корро-зии.  [4]

Жаростойкие сплавы на основе железа и никеля не претерпевают фазовых превращений, и поэтому их термическая обработка состоит в высокотемпературном нагреве для выраши-вания зерна или для снятия напряжений.  [5]

Жаростойкие сплавы на основе никеля в окислительных средах ( парах воды, кислороде, синтетическом аммиаке) более стойки, чем на основе железа. Однако в серосодержащих средах никель нестоек к газовой коррозии. Присутствие серы в окислительных средах снижает температуру применения никелевых сплавов до 550 С, а в восстановительных - до 260 С.  [6]

Жаростойкие сплавы на основе железа и никеля не претерпевают фазовых превращений, и поэтому их термическая обработка состоит в высокотемпературном нагреве для выращивания зерна или для снятия напряжений.  [7]

Хромоалюминиевые жаростойкие сплавы ( фехраль, хромаль, канталь) обладают также высоким омическим сопротивлением, что позволяет рекомендовать их в качестве элементов сопротивления в нагревательных приборах.  [8]

Основные жаростойкие сплавы созданы на основе железа н никеля. Согласно этому стандарту жаростойкие ( окалиностойкие) сплавы относятся к группе II и характеризуются как стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 С, работающие в иенагруженном или слабонагружениом состоянии. Жаропрочные стали и сплавы, отнесенные к группе III, также должны обладать достаточной жаростойкостью.  [9]

Основные жаростойкие сплавы созданы на основе железа и никеля. Согласно этому стандарту жаростойкие ( окалинестойкие) сплавы относятся к группе II и характеризуются как стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Жаропрочные стали и сплавы, отнесенные к группе III, также должны обладать достаточной жаростойкостью.  [10]

Жаростойкий сплав никеля ( 65 - 80 %) с хромом ( 10 - 30 %), легированный кремнием ( до 1 5 %) или алюминием ( до 3 5 %) и микродобавками редкоземельных и щелочнозем.  [11]

Жаростойкие сплавы подобного типа находят применение при изготовлении обмоточных проводов в отечественной практике.  [12]

Никелевые деформируемые жаростойкие сплавы ( по ГОСТ 6632 - 61) применяют для изготовления деталей, работающих при температурах 700 - ( МОО С.  [13]

Железоникелевые и никелевые жаростойкие сплавы обладают большей жаростойкостью, чем стали, что связано с защитными свойствами оксида NiO. Например, железоникелевый сплав ХН45Ю жаростоек до 1300 С, никелевый сплав ХН70Ю - до 1200 С.  [14]

Выбор жаростойкого сплава обусловливается также характером и составом газовой среды. Так, хромистые и хромонике-левые стали обладают хорошей стойкостью в окислительных, средах, восстановительная же газовая среда действует на них. Особенно неблагоприятно влияют при высоких. В условиях действия сернистых соединений при высоких температурах, как было указано, пригодны стали, легированные алюминием, хромом и кремнием.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Поделиться ссылкой:

Источники: http://www.studfiles.ru/preview/5903674/page:10/, http://www.findpatent.ru/patent/203/2030479.html, http://www.ngpedia.ru/id466993p1.html






Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением

Сумма цифр: код подтверждения