Сделай Сам Свою Работу на 5

Основные конструкционные и вспомогательные материалы сооружений и устройств защиты биосферы





Для изготовления аппаратов в промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (стали, чугуны), цветные металлы и сплавы, незащищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими), неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамика, углеграфитовые и силикатные материалы и др.) /4/.

Выбор материалов на изготовление аппаратов, элементов сооружений и других устройств очистки, рекуперации, прежде всего, определяется:

1. параметрами режима работы (температурой, давлением, составом среды и т.д.)

2. требованиями к физическим, химическим, механическим и другим свойствам материалов, в том числе склонности к ингибирующей активности, биообрастанию, адгезии органических и неорганических отложений;

Учет этих требований особенно важен для правильной организации очистки и разделения веществ при использовании технологических рециклов, в частности систем замкнутого водоиспользования.

3. технологичностью изготовления конструкций (легкость обработки);

4. доступностью и стоимостью материала /1/.

При выборе материалов следует учитывать также климатические и температурные условия, в которых будут работать монтируемые на открытом воздухе аппараты и коммуникации /6/, уровень безотходности производств, изготовляющих данный материал и степень использования в нем вторичных материальных ресурсов; возможность и способы утилизации конструкционных материалов после отработки установленного срока, (требование к тектоничности проектируемых сооружений и аппаратов, поскольку совершенность формы и рациональное техническое решение позволит увеличить срок службы объекта) /1/.



Стоимость материала сама по себе недостаточно его характеризует. Так более дорогой материал может оказаться более выгодным с экономической точки зрения, если из него можно выпустить более легкую аппаратуру или если она станет более надежной, долговечной. Фактор технологичности обработки, изготовления также влияет на стоимость. Если материал дешевый, но трудно поддается обработке, то часто экономически целесообразно применить более дорогой, но легче обрабатываемый /Л/.



Выбор материала завершается технико-экономическим сравнением возможных вариантов /1/.

 

Основными требованиями, которым должны отвечать промышленные аппараты, является механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструктивным материалам проектируемой аппаратуры предъявляются следующие требования /4/:

1. механическая прочность (предел прочности на растяжение, изгиб);

2. химическая (коррозионная) стойкость к воздействию контактирующих веществ при рабочих параметрах процесса /Л/.

По химическому составу и механическим свойствам конструкционные материалы должны удовлетворять требованиям ГОСТов, ОСТов, ТУ.

Во многих случаях химическая стойкость материалов является основным свойством, определяющим долговечность оборудования или сооружения, безопасные условия работы и сохранения чистоты продукта.

Разрушившийся материал загрязняет продукт, снижает его качество и может проявить каталитические свойства в побочных процессах или, наоборот, может быть каталитическим ядом (например, в процессе окисления аммиака).

Долговечность для большинства типов оборудования химических заводов установлена длительность эксплуатации 7–10 лет. Излишняя долговечность может быть не оправдана, так как оборудование морально устаревает и требует замены /4/.

Следует иметь ввиду что материал не только влияет на прочностные характеристики аппарата, но и оказывает влияние и на сам процесс – загрязнение продукта, изменение его цвета, состава в результате участия материала в химическом превращении /Л/.



Повышение надежности, экологической безопасности технических систем предъявляет жесткие требования к качеству конструкций и их монтажа.

В условиях несовершенства производства, нарушения технологии эксплуатации, износа оборудования вероятность «отказов» и аварий возрастает.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой.

Коррозия происходит от латинского слова «corrodere» – разъедать.

Способность материалов сопротивляться воздействию среды называется коррозионной стойкостью или химическим сопротивлением материала.

Металл, подвергающийся коррозии, называют корродирующим металлом, а среда в которой протекает коррозионный процесс – коррозионной средой.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов /7/.

· Химическая коррозия – результат взаимодействия металла с химически активными веществами. Частными случаями химической коррозии являются газовая, водородная, карбонильная, сернистая и некоторые случаи атмосферной коррозии.

· Электрохимическая коррозия заключается в переходе в электролит ионов металлов под действием разности потенциалов, обусловленной химической и структурной неоднородностью отдельных участков поверхности металла и градиента температуры. К частным ее случаям относится некоторые виды влажной атмосферной и почвенной коррозии, протекающей под действием блуждающих токов, а также контактная коррозия /4/.

По виду коррозионной среды различают несколько видов коррозий металлов.

· Газовая коррозия – химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах /7/.

Коррозионные свойства газообразных реагентов зависят от давления. Так если водород и аммиак при при атмосферном давлении не разрушают сталь, то при высоких давлениях вызывают коррозию.

При газовой коррозии разрушение может происходить как на поверхности, так и в глубине металла вследствие проникновения газов внутрь сплавов.

– Водородная коррозия

При высоких давлениях водород оказывает разрушающее воздействие на металл. Водород проникает внутрь стали, где происходит его растворение с образованием гидридов металлов. Кроме того водород взаимодействуя с карбидами металлов образует метан, выводя углерод из сплава. Метан накапливается в порах и из-за образования внутреннего давления образуются трещины по границам зерен металла, которые уменьшают прочность и увеличивают хрупкость металла.

Fe3C + 2Н2 → 3Fe + CН4

С кислородсодержащими примесями водород образует водяной пар.

– Карбонильная коррозия

Диоксид углерода при высоких температурах и давлениях взаимодействует с железом с образованием карбонилов:

Fe + nСО → Fe(CО)n

n = 4,5,9

Карбонильная коррозия вызывает разрушение и разрыхление поверхностного слоя металлов на глубину до 5 мм.

Также различают сернистую коррозию, короззию вызванную хлором и хлористым водородом и др. /Л,7/.

В химической и нефтехимической промышленности газовая коррозия коррозии встречается часто. Например, при получении серной кислоты на стадии окисления диоксида серы, при синтезе аммиака, получении азотной кислоты и хлористого водорода, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти и т.д.

Обезуглероживание стали. При высоких температурах многие технологические процессы в газовой фазе сопровождаются обезуглероживанием сталей. Процесс наблюдается в атмосфере содержащей кислород, углекислый газ и пары воды. В основе обезуглероживание стали лежит процесс восстановления карбида углерода:

Fe3C + 1/2О2 → 3Fe + CО

Fe3C + СО2 → 3Fe + 2CО

Fe3C + Н2О → 3Fe + CО + Н2 /7/.

При контакте стали с топочными газами следует учитывать жаростойкость стали, т.е. устойчивость к окислению при высоких температурах, которая оценивается привесом образца на см2 металла. Чем он меньше, тем выше жаростойкость сплава /Л/.

Не следует путать с жаропрочностью, определяющей способность материала в условиях высокотемпературного воздействия сохранять хорошие механические свойства (прочность, сопротивление ползучести).Металл может быть жаростоек, но не жаропрочен и наоборот.

· Атмосферная коррозия – коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

· Подземная коррозия – коррозия металлов в почвах и грунтах.

· Биокоррозия – коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

· Контактная коррозия – вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих различные потенциалы в данном электролите.

· Коррозия под напряжением – коррозия, вызванная одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений.

· Коррозионная кавитация – разрушение металла, обусловленное одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды.

· Фреттинг-коррозия – коррозия, вызванная одновременно вибрацией и воздействием коррозионной среды.

Также различают радиационную коррозию, коррозию внешним током, коррозию блуждающим током, суть которых обусловлена названием /7/.

Для металлов и сплавов различают следующие виды коррозионного разрушения:

1. Поверхностную (сплошную) коррозию, протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности металла (равномерная коррозия) или с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности (неравномерная коррозия);

2. местную коррозию, при которой поражаются лишь некоторые участки поверхности металла (точечная коррозия, коррозия язвами, коррозия пятнами, структурно-избирательная коррозия);

3. межкристаллическую коррозию – частный вид местной коррозии, которая распространяется по границам кристаллов (зерен) металлов. Она особенно опасна, тем, что внешний вид металла не изменяется, но он быстро теряет прочность, пластичность и легко разрушается;

4. подповерхностная коррозия начинающаяся на поверхности, но затем распространяющаяся в глубине металла. Продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях металл и вызывают вспученность и расслоение металлических изделий.

5. прочие специфические виды коррозионного разрушения – щелевая коррозия, «ножевая» коррозия сварных швов и другие /5,7/.

Обычно скорость растворения металлов при равномерной коррозии выражают потерей массы с единицы поверхности в единицу времени – К, г/(м2·ч). При конструировании аппаратов удобнее оценивать возможную коррозию по глубинному показателю (проницаемости П, мм/год), который связан с массовым показателем К зависимостью:

П=8,76К/ρ,

где ρ – плотность металла, г/см3 /4/.

Оценка коррозионной стойкости черных, цветных металлов и сплавов осуществляется по десятибалльной шкале. Баллы стойкости устанавливаются по величине скорости коррозии, выражающиеся в уменьшении толщины образца данного материала в данных условиях в мм в год.

Совершенно стойкие материалы имеют балл стойкости 1 при скорости коррозии менее 0,001 мм/год, а нестойкие – 10 при скорость коррозии более 10 мм/год /1/.

Весьма стойким и стойким материалам присваиваются баллы 2–3 и 4–5, что соответствует скорости коррозии 0,001–0,01 и 0,01–0,1 мм/год соответственно. Понижено стойкие и малостойкие имеют балл 6–7 и 8–9 при скорости коррозии 0,1–1 и 1–10 мм/год соответственно.

Для изготовления химической аппаратуры должны использоваться материалы скорость коррозии которых не превышает 0,1–0,5 мм/год (баллы стойкости 1–5). Но чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01–0,05 мм/год).

Разрушение не металлических материалов представляет собой химическое их разрушение, происходящее в результате воздействия внешней среды (жидких и газообразных реагентов, нагрева и охлаждения), метеорологических условий и микробиологического процесса. Воздействие водных растворов веществ на неметаллические материалы неорганического происхождения приводит к их растворению или выщелачиванию.

Органические конструкционные материалы – органические полимеры (пластмассы) – обладают высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам, но подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии в результате действия жидких и газообразных агрессивных сред/4/.

На химическую стойкость материалов, кроме их природы существенное влияние оказывают реагенты, конструкционные особенности аппарата, частота обработки поверхности, температура /?/.

Затраты на защиту от коррозии составляют примерно 20% затрат на производство стальных конструкций /1/.

Стали

Наибольшее распространение при выполнении аппаратуры нашли черные металлы: стали, чугуны, их сплавы. Это объясняется высокой механической прочностью, физическими характеристиками (высокой теплопроводностью, малой теплоемкостью), относительно низкой стоимостью. 85–90 % по весу всего оборудования в химической промышленности выполнено из чугуна и стали.

Единственным недостатком является низкая коррозионная стойкость, однако применение легирования, т.е. введение легирующих добавок во время плавления позволяет существенно снизить коррозию.

Сталь является железоуглеродым сплавом, в котором наряду с углеродом (до 2%) имеют примеси марганца (0,8%), кремния (0,5%), серы (0,05%), фосфора (0,05%) /Л/.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества (содержание S≤0,06% и Р≤0,04%), качественные (содержание S≤0,04% и Р≤0,04%) и высококачественные (содержание S≤0,03% и Р≤0,03%) /2/.

В зависимости от содержания углерода и других элементов различают марки стали. С ростом марки стали в ней увеличивается содержание углерода.

Наибольшее распространение находят стали марок Ст0, Ст2, Ст3, Ст4.

Ст0 обладает мягкостью, малой прочностью на разрыв. Хорошо варится, прокатывается, куется. Из нее изготавливают различные сосуды, котлы, работающие в мягких температурных условиях и без давления (емкости, мерники, хранилища).

Ст2 имеет большую прочность при температурном воздействии (по сравнению со Ст.0). Применяется при более значительных тепловых нагрузках и напряжениях. Идет на изготовление фланцев, заклепок, болтов анкерных, аппаратов.

Ст3 прочнее, тверже. Из нее изготавливают аппараты работающие при избыточном давлении. Но не выше 16 атмосфер при температуре 15–350°С.

Ст4 еще более прочная и твердая. Из нее изготавливают ответственные детали (валы, шпонки, детали насосов и компрессоров).

Ст5 Она не подлежит сварке в обычных условиях. Из нее изготавливают фланцы, решетки /Л/.

Стали нашли широкое применение благодаря своей прочности, вязкости, способности выносить динамические нагрузки, свариваться, хорошо обрабатываться резанием и прокаткой, низкой стоимости и доступности.

Стали с содержанием углерода меньше 0,25% называются низкоуглеродистыми, с 0,25–0,6% – среднеуглеродистыми, 0,6–2% – высокоуглеродистыми /4/.

С увеличением содержания углерода в стали падает ее мягкость, ковкость, свариваемости; возрастает механическая прочность на разрыв, твердость, хрупкость.

Большое влияние на механические свойства сталей оказывает микроструктура /Л/.

Различают следующие структуры черных металлов:

· феррит – это структура, состоящая из чистого железа, придающая сплаву вязкость, пластичность;

· цементит – состоит из карбида железа, придающая сплаву твердость, хрупкость;

· перлит – эвтектическая смесь (т.е. сплав механической смеси) феррита и цементита, придающий сплаву прочность и жесткость;

· аустенит – твердый раствор (т.е. сплав, который при переходе из жидкого состояния в твердое сохраняется однородность элементов) углерода в железе, придающая сплаву особенную твердость и жесткость /Л,2/.

Существенное влияние на структуру стали оказывает термообработка. При закалке стали возрастает содержание цементита, а, следовательно, растет твердость сплава /Л/.

 

Легирование стали

Легированными сталями называются сплавы, в которые специально вводят элементы (легирующие элементы) с целью изменения их структуры и свойств.

Легированием улучшают механические и изменяют физические, химические и технологические свойства стали. Это происходит в результате действия легирующих элементов на аллотропические формы железа /2/.

Легирование применяется, когда необходимо повысить стойкость к химическим воздействиям реагента.

Вводимые легирующие добавки по-разному изменяют свойства стали:

· никель – способствует уменьшению размеров зерна и образованию аустенита при термообработке. Введение никеля повышает прочность, пластичность, вязкость, коррозионную стойкость, свариваемость, улучшает обрабатываемость. Является дорогим легирующим элементом и часто применяется совместно с добавками хрома;

· хром – повышает механические свойства, особенно износостойкость. Образует на поверхности тонкую, прочную оксидную пленку. Повышает устойчивость к действию кислот, термостойкость, коррозионную стойкость. Однако высокохромистые стали плохо свариваются;

· марганец – является легирующей добавкой, если его содержание превышает 1%. Способствует образованию аустенитной структуры. Увеличивает износостойкость, но приводит к росту размера зерна, что снижает пластичность;

· молибден – повышает прокаливаемость стали, способствует сохранению прочности при высокой температуре, улучшает обрабатываемость, повышает коррозионную стойкость к горячим кислотам (серной, фосфорной) и хлорсодержащим веществам;

· ванадий – способствуют образованию равномерной мелкозернистой структуры, тем самым повышая пластичность, прокаливаемость стали,механическую обработку и сохранению прочности при высоких температурах. Повышает коррозионную стойкость к водородной коррозии;

· кремний – повышает коррозионную стойкость, твердость и упругость стали и незначительно снижает пластичность;

· титан – карбидообразующий элемент. Образует соединения типа ТiС (карбид титана). Повышает прочность и пластичность сталей. Присутствие титана в сплаве делает его не чувствительным к межкристаллической коррозии.

· вольфрам – увеличивает твердость стали. Стали легированные вольфрамом используются при изготовлении режущего инструмента /Л,4/.

Таким образом, легирующие добавки позволяют создавать на основе сталей гамму сплавов с различными свойствами, и поэтому в зависимости от содержания легирующих добавок стали подразделяются на низко легированные (до 2,5% легирующих компонентов), легированные (от 2,5 до 10%), высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные /4/.

Легированные стали и коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные сплавы предназначены для работы в коррозионных средах и при высоких температурах. Эти материалы делятся на три группы:

1. стойкие к различным видам коррозии;

2. жаростойкие (окалийностойкие), также стойкие к коррозии, в том числе в газовых средах при температурах выше 550 °С в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

3. жаропрочные, стойкие к коррозии в течение определенного времени при высоких температурах в нагруженном состоянии /1/.

Благодаря повышенной химической стойкости легированные стали находят широкое применение в различных отраслях химической промышленности. Широко используются высоколегированные хромоникелевые стали с содержанием хрома 18–20% и никеля 8–10%.

Хромоникелевые стали обладают высокой коррозионной стойкостью к агрессивным средам, жаростойкостью и жаропрочностью, немагнитны и хорошо штампуются, свариваются и удовлетворительно обрабатываются резанием. Вследствие высокой прочности легированных сталей аппараты, изготовленные из них, более легки и надежны, чем изготовленные из углеродистых сталей для тех же условий работы. Однако легированные стали намного дороже углеродистых. Поэтому для изготовления химической аппаратуры находят все большее применение двухслойные стали.

Двухслойные стали

(ГОСТ 10885–85) представляют собой листы, состоящие из двух гомогенно соединенных слоев: основного из недефицитной стали и плакирующего (защитного) из высоколегированной стали /4/.

Применение двухслойной стали – эффективный способ экономии дефицитных коррозионностойких сталей, особенно при изготовлении аппаратов с большой толщиной стенки /1/.

Согласно техническим условиям, применение двухслойной стали ограничено, в частности для материала ВСт3 и 12Х18Н10Т, температурой стенки аппарата 250°С и давлением 5 МПа, что вызвано различием в значениях температурного коэффициента линейного расширения основного и плакирующего слоев /4/.

Перспективными являются изделия изготавливаемые методом порошковой металлургии, а также «самозащищающиеся» стали (с добавками фосфора, меди, хрома, никеля, с алюминиевыми покрытиями), которые вместо рыхлого слоя оксида железа дают устойчивые к разъедающим воздействиям плотные слои продуктов первоначальной коррозии /1/.

 

Маркировка стали

Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380–71).

Применяется при изготовлении обечаек, днищ, люков, лазов, патрубков и других деталей аппаратов, работающих в интервале температур от –20 до +425°С и давлении до 5 МПа. С антикоррозионными покрытиями она пригодна и для изготовления аппаратов, работающих в агрессивных средах.

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик подразделяется на три группы:

А – поставляемые по механическим свойствам (Ст.0–6);

Б – поставляемые, по химическому составу (БСт0–6);

В – поставляемые, по обоим показателям (ВСт1–6).

В обозначении марок буквы Ст обозначают «сталь», цифры от 0 до 6 – условный номер марки. Буквы Б и В группу стали, а группа А в обозначениях не указывается.

Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3, 4 по степени раскисления изготавливают кипящей (кп), полуспокойной (пс), спокойной (сп), а с номерами 5, 6 – полуспокойной и спокойной. Стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не различают.

При выплавке стали в открытых плавильных агрегатах к концу плавки в металле растворяются О2 и FeО.

Чтобы исключить их вредное действие на свойства металла, сталь в конце плавки раскисляют. Для этого в жидкий металл вводят элементы – так называемые раскислители, соединяющиеся с кислородом значительно легче, чем углерод и железо. Как правило, это кремний, марганец и алюминий.

Спокойная сталь полностью раскислена. В изложнице она кристаллизуется спокойно без видимого бурения. Спокойная сталь применяется для изготовления ответственных деталей.

Кипящая сталь раскислена незначительно. В ней остается определенное количество кислорода, поэтому начинает протекать реакция:

FeО+С=Fe+СО, СО вырывается на поверхность и создает видимость кипения. Отсюда и название.

После охлаждения такой слиток имеет большее количество газовых включений. Она хуже по качеству и дешевле.

Полуспокойная сталь – сталь промежуточного типа.

Сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ 1050–74)

Используется для изготовления сварных эмалированных аппаратов, корпусов, днищ, трубных пучков теплообменников, змеевиков и других элементов аппаратов, работающих в интервале температур от –20 до +475°С и давлении до 10 МПа с неагрессивными и малоагрессивными средами.

В марке стали двузначная цифра, например 08, 10, 15, 20 обозначает содержание углерода в сотых долях процента, буква Г – повышенное содержание марганца.

Конструкционные легированные стали

Используются для изготовления обечаек, днищ, фланцев, штуцеров, трубных решеток и в зависимости от содержания легирующих добавок аппаратов работающих в интервале температур от – 253 до 800 °С.

Маркировка строится таким образом, что марка сталей отражает ее химический состав, а буквы обозначают определенные элементы структуры.

 

Г – Мn Х – Сr М – Мо Ф – V Т – Тi К – Со

С – Si Н – Ni В – W Ю – Аl Д – Сu Ц – цирконий

Б – ниобий Р – бор

Первые цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Цифры после буквы показывают на присутствие легирующих добавок определенного элемента и показывают его примерное %-ое содержание в сплаве.

При содержании элемента менее 1,5% цифра не ставится.

Марка высококачественной стали имеют в конце букву А, что указывает высокое качество стали и пониженное содержание серы и фосфора /4/.

Для некоторых высококачественных сталей бывают отклонения в обозначении марок. Так, например, шарикоподшипниковые стали обозначают буквами ШХ, затем стоит содержание хрома в десятых долях процента, например ШХ15 /2/.

12Х2Н4А – высококачественная легированная сталь, содержащая 0,12% углерода, 2% хрома и 4% никеля.

Одна из наиболее распространенных сталей – 12Х18Н9Т нержавеющая сталь, имеющая высокую коррозионную стойкость, хорошие механические свойства, относительно недорогая, имеет высокую стойкость к азотной, фосфорной кислотам, морской воде, но плохо эксплуатируется в среде соляной и горячей фосфорной кислот. Содержит 0,12% углерода, 18% хрома и 9% никеля и до 1% титана.

Ст.45 содержит углерод 0,45%, хром до 1%.

Ст.40 содержит углерод 0,4%, марганец 0,5–0,8%, хром 0,25%, кремний 0,17–0,37% /3/.

 

Чугуны

Чугуном называют железоуглеродистые сплавы, в которых более 2,14% углерода. В чугуне кроме углерода, содержатся постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор /2/.

В отличие от сталей отличаются большим содержанием углерода.

Структура чугунов ферритно-перлитная.

Чугун тяжело обрабатывается, поэтому часто применяют чугунное литье.

Чугун дешев, хорошо работает на сжатие, но предел прочности на растяжение, изгиб, скалывание, приблизительно в 4 раза меньше чем у стали.

Чугуны плохо противостоят воздействию высоких температур. Под действием высоких температур чугун разрыхляется, увеличиваясь в объеме. Так, например, серый чугун при выдержке при температуре 400 °С в течении 54 дней увеличивается в объеме втрое и его прочность падает в 2 раза. Поэтому его применение ограничено температурой 250 °С /Л/.

Низкая стоимость чугунов наряду с удовлетворительными механическими свойствами обеспечивает широкое применение их в технике как конструкционного материала /4/.

Чугуны широко применяются для изготовления корпусных деталей и узлов сложных конфигураций /2/.

По сравнению со сталями чугуны обладают большей стойкостью к кислым средам, поэтому возможно его применение при аппаратурном оформлении таких процессов как, нитрирование и т.п. /Л/.

В зависимости от состояния углерода и свойств сплава различают белые, серые, высокопрочные, ковкие и специальные чугуны.

Белый чугун

В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида железа. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и характерный металлический блеск.

В зависимости от температурной обработки можно получить белый чугун с составом: углерод 2,1–2,8%, кремний 0,8–1,3%, марганец 0,4–0,7%, фосфор менее 2%, сера менее 0,1%.

Серый чугун

В серых чугунах углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита. Из-за наличия графита в изломе такие чугуны имеют серый цвет /2/.

Промышленность выпускает 10 марок серого чугуна (от СЧ10 до СЧ45).

Цифра после буквы указывает на среднее значение прочности на растяжение, вторая на изгиб в десятках мегапаскалей (ГОСТ 1412–85, СТ СЭВ 4560–84), например СЧ12-28 /4,Л/.

Для изготовления химической аппаратуры серые чугуны используются ограничено. Из них изготавливается аппаратура работающая при температуре от –15 до +20 °С и давлении до 1 МПа. Химическая стойкость их низкая /4/.

Отливкой из серого чугуна изготавливают опоры, крышки тарелки ректификационных колонн и другие детали аппаратов и машин /1/.

Модифицированные чугуны

Для увеличения прочности в серые чугуны вводят во время плавки различные добавки, получая модифицированные чугуны.

В качестве модификаторов используют алюминий, силикокальций и феросилицй. Их вводят в небольшом количестве, заметно не изменяя химический состав чугуна /2/.

Обозначают модифицированные чугуны СЧМ, например СМЧ38-60. Применение его, как и у высших марок серого чугуна /Л/.

Высокопрочный чугун

Является разновидностью модифицированного чугуна, за счет введения в него магния или его сплавов.

В высокопрочном чугуне графитовые включения имеют шаровидную форму графита, а не форму чешуек, характерных для других чугунов, поэтому они меньше разрыхляют структуру /Л,2/.

Маркируется высокопрочный чугун (по ГОСТ 7293–70) буквами ВЧ и цифрами, из которых первые две обозначают предел прочности на растяжение, а последние относительное удлинение в %. Например, ВЧ 42-12 /2/.

Применяется при изготовлении насосов и химического оборудования /Л,2/.

Ковкий чугун

В ковком чугуне графит находится в форме хлопьев, полученные специальной термической обработкой, в результате которой цементит разлагается по реакции:

Fe3C → 3Fe + C

Изолированная хлопьевидная форма графита придает чугуну вязкость и прочность.

Ковкий чугун используется для изготовления деталей, которые в процессе работы испытывают ударные нагрузки /2/.

 

Маркируется ковкий чугун (по ГОСТ 1215–59) заглавными буквами КЧ и цифрами из которых первые две обозначают предел прочности на растяжение, а последние относительное удлинение в %. Например, КЧ 30-3, его состав углерод 3%, кремний 0,7–1,1%, марганец 0,3–0,6%, хром 0,08%, фосфор менее 2%, сера менее 0,2% /2,Л/.

Специальные чугуны

К специальным относятся износостойкие, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкий чугун обладает высокой сопротивляемостью изнашиванию

Жаростойкие чугуны хорошо сопротивляются окислению. В качестве жаростойкого применяют чугун с высоким содержанием алюминия (марка ЖЧЮ-22) или с добавкой хрома (марка ЖЧХ-30).

Отливки из жаростойкого чугуна применяются для изготовления деталей, работающие в среде печных газов при температуре до 600°С. /1/.

Коррозионностойкие чугуны работают в агрессивных средах, их легируют алюминием, хромом, никелем, медью (марка ЧНХТ, ЧН15Д7Х2 и др.) /2/.

Применяется для изготовления деталей работающих в растворах щелочей при давлениях не превышающих 1МПа, и температурах от –15 до 300°С. /1/.

Легированные чугуны

Получают введением в чугун до 20% никеля, 5% хрома, 8% меди, что повышает кислото- и щелочностойкость.

В зависимости от содержания легирующих добавок чугуны подразделяют:

· низколегированные (до 2% никеля, 1% хрома, 0,6% марганца, 0,2% титана, 0,2 % ванадия) отличаются высокими эксплуатационными характеристиками. Хром повышает стойкость к морской воде, слабым растворам соляной кислоты. Никель увеличивает щелочностойкость;

· среднелегированные (2–4% никеля, 1% хрома) отличаются износоустойчивостью. Изготавливают насосы, детали компрессоров, фильтры;

· высоколегированные (5–20% никеля, 5% хрома) имеют аустенитную структуру. Стойки к щелочным растворам при температурах их кипения /Л/.

Легирование позволяет существенно улучшить качества чугуна и придать ему особые свойства /8/.

Хромникелевые чугуны

Состав: углерод 1,3–1,8%, кремний 1,7–2%, марганец 0,5–0,7%, никель 8,2–9%, хром 18,2%, фосфор менее 2%, сера менее 0,2%.

Обладают высокой коррозионной стойкостью к 10–40% растворам азотной кислоты. Можно применять при температурах до 650°С.

Введение до 30% добавок хрома повышает жаростойкость до 1200 °С, стойкость к азотной, фосфорной, уксусной кислотам.

Высококремнистые чугуны

Марки С15, С17.

Состав марки С15: углерод 0,5–0,8%, кремний 14–16%.

Состав марки С17: углерод 0,3–0,5%, кремний 16–18%.

Однако структура таких чугунов очень хрупкая и плохо переносит перепад температур /Л/.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.