Tepelně odolné ocelové odlitky procesem investičního lití

Žáruvzdorná ocel označuje ocel s odolností proti oxidaci při vysokých teplotách a pevností při vysokých teplotách. Odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách je důležitou podmínkou pro zajištění toho, aby obrobek pracoval dlouhou dobu při vysoké teplotě. V oxidačním prostředí, jako je vzduch o vysoké teplotě, kyslík chemicky reaguje s ocelovým povrchem a vytváří různé vrstvy oxidu železa. Vrstva oxidu je velmi volná, ztrácí původní vlastnosti oceli a snadno odpadává. Aby se zlepšila odolnost oceli proti oxidaci při vysokých teplotách, přidávají se do oceli legující prvky, které mění strukturu oxidu. Běžně používané legující prvky jsou chrom, nikl, chrom, křemík, hliník a tak dále. Odolnost oceli proti oxidaci při vysokých teplotách souvisí pouze s chemickým složením.

Pevnost při vysoké teplotě označuje schopnost oceli odolávat mechanickému zatížení po dlouhou dobu při vysokých teplotách. Existují dva hlavní účinky oceli při mechanickém zatížení při vysoké teplotě. Jedním z nich je měknutí, to znamená, že pevnost klesá s rostoucí teplotou. Druhým je tečení, to znamená, že při působení konstantního napětí se velikost plastické deformace s časem pomalu zvyšuje. Plastická deformace oceli při vysoké teplotě je způsobena intragranulárním skluzem a skluzem na hranicích zrn. Ke zlepšení pevnosti oceli za vysokých teplot se obvykle používají metody legování. To znamená, že se do oceli přidávají legující prvky, aby se zlepšila vazebná síla mezi atomy a vytvořila se příznivá struktura. Přidáním chrómu, molybdenu, wolframu, vanadu, titanu atd. lze zpevnit ocelovou matrici, zvýšit teplotu rekrystalizace a také mohou tvořit karbidy zpevňující fáze nebo intermetalické sloučeniny, jako je Cr23C6, VC, TiC atd. Tyto zpevňovací fáze jsou stabilní při vysokých teplotách, nerozpouštějí se, neagregují při růstu a zachovávají si svou tvrdost. Nikl se přidává hlavně pro získáníaustenit. Atomy v austenitu jsou uspořádány těsněji než ferit, vazebná síla mezi atomy je silnější a difúze atomů je obtížnější. Proto je pevnost austenitu za vysokých teplot lepší. Je vidět, že pevnost žáruvzdorné oceli za vysokých teplot nesouvisí pouze s chemickým složením, ale souvisí také s mikrostrukturou.

Vysoce legovaná žáruvzdornáocelové odlitkyjsou široce používány v případech, kdy pracovní teplota přesahuje 650 ℃. Žáruvzdorné ocelové odlitky se týkají oceli, která pracuje při vysokých teplotách. Vývoj žáruvzdorných ocelových odlitků úzce souvisí s technologickým pokrokem různých průmyslových odvětví, jako jsou elektrárny, kotle, plynové turbíny, spalovací motory a letecké motory. Vzhledem k různým teplotám a namáháním používaným různými stroji a zařízeními a také různým prostředím se liší i druhy použité oceli.

Normy žáruvzdorné lité oceli v různých zemích
1) Čínský standard
GB/T 8492-2002 „Technické podmínky pro odlitky žáruvzdorné oceli“ specifikuje jakosti a mechanické vlastnosti různých žáruvzdorných ocelí na odlitky při pokojové teplotě.
2) Evropská norma
Normy EN 10295-2002 na žáruvzdornou ocel na litou ocel zahrnují austenitické žáruvzdorné nerezové oceli, feritické žáruvzdorné nerezové oceli a austeniticko-feritické duplexní žáruvzdorné nerezové oceli, stejně jako slitiny na bázi niklu a slitiny na bázi kobaltu.
3) Americké normy
Chemické složení specifikované v ANSI/ASTM 297-2008 „Všeobecné průmyslové železo-chromové, železo-chrom-niklové tepelně odolné ocelové odlitky“ je základem pro přijetí a zkouška mechanického výkonu se provádí pouze tehdy, když to kupující požaduje na adrese čas objednání. Další americké normy zahrnující žáruvzdornou litou ocel zahrnují ASTM A447/A447M-2003 a ASTM A560/560M-2005.
4) Německá norma
V DIN 17465 "Technické podmínky pro odlitky žáruvzdorné oceli" jsou samostatně specifikovány chemické složení, mechanické vlastnosti při pokojové teplotě a vysokoteplotní mechanické vlastnosti různých jakostních žáruvzdorných ocelí.
5) Japonský standard
Třídy v JISG5122-2003 "Tepelně odolné ocelové odlitky" jsou v zásadě stejné jako americká norma ASTM.
6) Ruská norma
V GOST 977-1988 je specifikováno 19 žáruvzdorných ocelí na lití, včetně žáruvzdorných ocelí se středním a vysokým obsahem chrómu.

Vliv chemického složení na životnost žáruvzdorné oceli
Existuje celá řada chemických prvků, které mohou ovlivnit životnost žáruvzdorné oceli. Tyto účinky se projevují ve zvýšení stability struktury, zabránění oxidaci, tvorbě a stabilizaci austenitu a zabránění korozi. Například prvky vzácných zemin, které jsou stopovými prvky v žáruvzdorné oceli, mohou výrazně zlepšit odolnost oceli proti oxidaci a změnit termoplasticitu. Základní materiály žáruvzdorné oceli a slitin obecně volí kovy a slitiny s relativně vysokým bodem tání, vysokou samodifúzní aktivační energií nebo nízkou energií vrstvení. Různé žáruvzdorné oceli a vysokoteplotní slitiny mají velmi vysoké požadavky na proces tavení, protože přítomnost vměstků nebo určitých metalurgických defektů v oceli sníží mez pevnosti materiálu.

Vliv vyspělé technologie jako je roztoková úprava na životnost žáruvzdorné oceli
U kovových materiálů ovlivní použití různých procesů tepelného zpracování strukturu a velikost zrna, čímž se změní stupeň obtížnosti tepelné aktivace. Při analýze porušení odlitku existuje mnoho faktorů, které vedou k porušení, především tepelná únava vede k iniciaci a rozvoji trhlin. V souladu s tím existuje řada faktorů, které ovlivňují iniciaci a šíření trhlin. Mezi nimi je extrémně důležitý obsah síry, protože praskliny se většinou vyvíjejí podél sulfidů. Obsah síry je ovlivněn kvalitou surovin a jejich tavením. U odlitků, které pracují pod ochrannou atmosférou vodíku, pokud je ve vodíku obsažen sirovodík, dojde k síření odlitků. Za druhé, přiměřenost úpravy roztokem ovlivní pevnost a houževnatost odlitku.