Жаростойкость и жаропрочность: Жаростойкость и жаропрочность

Содержание

Жаростойкость и жаропрочность — это важные характеристики сталей

Жаростойкость и жаропрочность являются очень важными характеристиками. Некоторые изделия машиностроения работают в очень сложных условиях при повышенных температурах. Обычные конструкционные стали при нагреве скачкообразно меняют свои механические и физические свойства, начинают активно окисляться и образовывать окалину, что совершенно неприемлемо и создает угрозу выхода из строя всего узла, а возможно, и серьезной аварии. Для работы при повышенных температурах инженеры-материаловеды при помощи металлургов создали ряд специальных сталей и сплавов. В данной статье дается их краткая характеристика.

Жаропрочные стали

Многие люди отождествляют понятие жаростойкости с таким понятием, как жаропрочность. Этого делать ни в коем случае нельзя. Жаропрочность еще называют красноломкостью. И под этим понятием подразумевают способность металла (либо сплава) сохранять высокие механические свойства при работе в условиях повышенных температур. То есть такой металл, даже будучи нагретым до красного свечения (оно характерно для температур выше 550 °С), не поползет и сохранит достаточную жесткость.

Говоря простым языком, жаропрочность – это способность материала сохранять работоспособность при нагреве до высоких температур. Обычные конструкционные стали даже при незначительном нагреве становятся пластичными, что исключает возможность их применения для изготовления изделий, работающих при высоких температурах.

Разные марки металлов и сплавов обладают различной жаропрочностью. Этот показатель зависит от химического состава материала. Испытания на жаропрочность могут проводиться на протяжении длительного времени. Но чаще всего образцы, нагретые в печи до определенной температуры, испытывают на растяжение в течение короткого отрезка времени.

Жаростойкие стали

Жаростойкость, в отличие от жаропрочности, – это способность материалов противостоять развитию коррозионных процессов при работе в условиях высоких температур. Обычные стали, если их подвергнуть нагреву (за исключением термической обработки в защитной атмосфере или в вакууме), начинают окисляться. Кроме того, при длительном нагреве углерод на поверхности изделия начинает выгорать. В результате поверхность обедняется углеродом, что приводит к резкому изменению механических свойств (прежде всего, твердости) на поверхности. Износостойкость падает. Получает развитие такое негативное явление, как задиры. Данная группа сталей может работать при температурах около 550 °С.

С целью увеличить жаростойкость стали, ее расплав легируют кремнием, алюминием и хромом. Иногда достаточно повысить жаростойкость поверхности детали. В таком случае прибегают к силицированию или алитированию (насыщению поверхностного слоя соответственно атомами кремния или алюминия) в порошковой среде.

Материалы с высокой температурой плавления

При эксплуатации в условиях особенно высоких температур рассмотренные материалы не могут использоваться, так как при температуре в районе 2000 °С начинает протекать оплавление (выделяется жидкая фаза). Для этих целей используют тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, ванадий, цирконий и так далее. Эти материалы довольно дорогие, но инженеры еще не нашли для них достойной альтернативы.

Характеристика сплавов на основе хрома и никеля

Сплавы, обладающие большой жаропрочностью, очень востребованы в энергетическом машиностроении (лопатки паровых турбин, части двигателей летательных аппаратов и так далее). Причем потребность в подобных материалах постоянно растет. Более того, производство требует от ученых получения все более и более совершенных материалов, способных сохранять свою работоспособность при очень высоких температурах. Поэтому постоянно ведутся работы по увеличению показателей жаропрочности. Никель, точнее легирование этим элементом стали, способствует этому.

Все жаростойкие стали легируются никелем (не менее 65 %). В обязательном порядке имеется и хром. Содержание этого элемента не должно быть менее 14 %. В противном случае поверхность металла будет интенсивно окисляться.

Стали, дополнительно легируются алюминием, ванадием и другими тугоплавкими элементами. Алюминий, например, даже при комнатной температуре покрывается тонкой окисной пленкой, которая препятствует проникновению коррозии вглубь металла. То есть не образуется окалина.

Жаропрочность. Жаропрочные стали. Жаропрочные сплавы. Жаропрочные стали и сплавы. Ползучесть. Предел ползучести.

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах. Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести. Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочности, ползучесть.

Жаростойкость. Жаростойкая сталь. Жаростойкие сплавы.

Кратковременная прочность определяется с помощью испытаний на растяжение разрывных образцов. Образцы помещают в печь и испытывают при заданной температуре. Обозначают кратковременную прочность σ_в^t=, например σ_в³⁰⁰^oС= 300МПа. Прочность зависит от продолжительности испытаний.

Пределом длительной прочности называется максимальное напряжение σ_x^t, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время. Например, σ_300ч⁹⁰⁰^о= 200 МПа, верхний индекс означает температуру испытаний, а нижний – заданную продолжительность испытания в часах. Для котельных установок требуется невысокое значение прочности, но в течение нескольких лет.

Сталь нержавеющая. Нержавеющая сталь марки. Нержавеющая сталь гост. Хромистая сталь. Хастеллой.
Быстрорежущая сталь. Инструментальные быстрорежущие стали. Марки быстрорежущих сталей. Термообработка быстрорежущих сталей.

Ползучесть – свойство металла медленно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при постоянной температуре. При испытаниях образцы помещают в печь с заданной температурой и прикладывают постоянную нагрузку. Измеряют деформацию индикаторами.

При обычной температуре и напряжениях выше предела упругости σ > σ_упр ползучесть не наблюдается, а при температуре выше 0,6Т_пл, когда протекают процессы разупрочнения, и при напряжениях выше предела упругости σ > σ_упр наблюдается ползучесть.

В зависимости от температуры скорость деформации при постоянной нагрузке выражается кривой состоящей из трех участков.

Кривая ползучести

ОА – упругая деформация образца в момент приложения нагрузки;

АВ – участок, соответствующий начальной скорости ползучести;

ВС – участок установившейся скорости ползучести, когда удлинение имеет постоянную скорость.

Если напряжения достаточно велики, то протекает четвертая стадия (участок СД), связанная с началом разрушения образца (образование шейки). Для углеродистых сталей ползучесть наблюдается при нагреве выше 400^oС.

Механические свойства металлов. Механические свойства сталей. Механические свойства сплавов.

Предел ползучести – напряжение, которое за определенное время при заданной температуре вызывает заданное суммарное удлинение или заданную скорость деформации σ_δ/x^t.

Например, σ_1/1000ч⁹⁰⁰МПа, где верхний индекс – температура испытания в^oС, первый нижний индекс – заданное суммарное удлинение в процентах, второй – заданная продолжительность испытания в часах.

Понимание разницы между тепловым сопротивлением и теплопроводностью – C-Therm Technologies Ltd.

Введение

Тепловое сопротивление (R) и теплопроводность (C) материалов являются обратными величинами и могут быть получены из теплопроводности (k) и толщины материалов. Прибор для измерения теплопроводности C-Therm Trident измеряет теплопроводность и, следовательно, открывает путь к определению теплового сопротивления и теплопроводности.

На этой странице мы собираемся описать и объяснить, как получить тепловое сопротивление и теплопроводность из теплопроводности.

Измерение теплопроводности с помощью Trident

Теплопроводность (значение k)

Теплопроводность – это скорость установившегося теплового потока через единицу площади однородного материала, вызванного единичным градиентом температуры в направлении, перпендикулярном этой единице площади, Вт/м⋅K .

Где,

L – Толщина образца (м)
T – Температура (K)
q – Расход тепла (Вт/м2)

Уравнение 1 – Теплопроводность

Термическое сопротивление (значение R)

Термическое сопротивление – это разница температур в стационарном состоянии между двумя определенными поверхностями материала или конструкции, которая индуцирует удельный тепловой поток через единицу площади, К⋅м2/Вт. Таким образом, в соответствии с этим определением и уравнением 1 можно получить уравнение 2.

Как указано в уравнении 2, значение термического сопротивления можно определить, разделив толщину на теплопроводность образца. При испытании на тепловое сопротивление для определения сопротивления используется расходомер тепла. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию об испытании термостойкости вашего образца.

Уравнение 2 – Термическое сопротивление

Теплопроводность

Теплопроводность – это временная скорость стационарного теплового потока через единицу площади материала или конструкции, вызванная единичной разностью температур между поверхностями тела, Вт/м2⋅К. Значение C, следовательно, является обратной величиной значения R и может быть выражено уравнением (3).

Следовательно, значение теплопроводности можно рассчитать, разделив теплопроводность на толщину образца.

Уравнение 3 – Теплопроводность

Области применения

Тепловое сопротивление и теплопроводность можно удобно рассчитать исходя из теплопроводности и толщины материала. Платформа теплопроводности C-Therm Trident – это гибкий, быстрый, неразрушающий, высокочувствительный и экономичный инструмент, который может напрямую измерять теплопроводность и тепловую эффузию самых разных образцов, упрощая процесс определения теплового сопротивления и теплопроводности. .

Посмотрите ниже, чтобы узнать больше о том, как измерять теплопроводность конкретных приложений и материалов.

Следующий шаг: выбор метода измерения теплопроводности

Существует множество методов измерения теплопроводности – узнайте о преимуществах и ограничениях каждого из них, включая:

ИГЛА линейного источника переходных процессов (ASTM D5334 и D5930)

Модифицированный источник переходных процессов (ASTM D7984)

Выбор метода имеет решающее значение для получения точных и репрезентативных данных о теплопроводности для вашего применения. Узнайте больше, загрузив бесплатную копию Руководства по выбору метода. Скачать здесь

УПРОЩЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Запросить цену

Жара — Термостойкость | Характеристики тонкой керамики | Мир тонкой керамики

ДОМ
Характеристики тонкой керамики
Жара — Термостойкость

Термостойкость, чтобы выдерживать экстремальные температуры

Обычная керамика, в том числе кирпич и плитка, хорошо известна своей способностью выдерживать высокие температуры. Тем не менее, Fine Ceramics (также известная как «усовершенствованная керамика») намного более термостойкая, чем эти материалы. В то время как алюминий начинает плавиться примерно при 660 ℃ (около 1220 ℉), глиноземная тонкая керамика начинает плавиться или разлагаться только при температуре выше 2000 ℃ (около 3632 ℉).

Посмотрите это видео, чтобы узнать о термостойких свойствах тонкой керамики

Области применения : Компоненты двигателей и литейные / плавильные компоненты.

Знакомство с видами тонкой керамики (материалами) и различными характеристиками

Описание

Теплостойкость и термостойкость

Термостойкие свойства тонкой керамики измеряются температурами, при которых они начинают плавиться, и уровнями их устойчивости к тепловому удару. Устойчивость к тепловому удару относится к способности материала выдерживать быстрые изменения температуры. Нитрид кремния, особенно термостойкий материал, демонстрирует превосходную устойчивость к тепловому удару, что подтверждается нагревом материала до 550 ℃ (1022 ℉) и последующим быстрым охлаждением путем опускания в воду. Таким образом, нитрид кремния подходит для приложений, связанных с экстремальными колебаниями температуры, а также в высокотемпературных отраслях, таких как производство металлов и производство энергии.

Стойкость к тепловому удару (испытание погружением в воду)

Дополнительные сведения см. в разделе «Выдержка из значений графика».

Проверка стойкости к тепловому удару
Термостойкость материала определяется разницей между пиковой температурой тонкой керамики, которая была нагрета, быстро охлаждена, а затем разрушена, и температурой охлаждающей среды. Напряжения возникают из-за разницы температур между внутренней частью и поверхностью образца, возникающей при быстром охлаждении. Когда эти напряжения превышают прочность тонкой керамики, происходит разрушение. Эти разности температур определяются теплопроводностью керамики, а также коэффициентом теплопередачи между тонкой керамикой и охлаждающей средой. Кроме того, создаваемые напряжения определяются путем умножения модуля Юнга, коэффициента теплового расширения и разницы температур между внутренней частью и поверхностью тонкой керамики.

Посмотрите это видео, чтобы узнать о свойствах тонкой керамики, устойчивых к тепловому удару

Термин «тонкая керамика» взаимозаменяем с «усовершенствованной керамикой», «технической керамикой» и «инженерной керамикой». Использование зависит от региона и отрасли.

Следующая страница
Тепловое расширение

Изоляция
Проводимость
Диэлектричество
Пьезоэлектричество
Магнетизм