Запросить расчет

Поля, отмеченные звездочкой являются обязательными для заполнения

Расчет производится на основании прикрепленного чертежа

Согласие на обработку персональных данных

Заказать

Поля, отмеченные звездочкой являются обязательными для заполнения

Расчет производится на основании прикрепленного чертежа

Согласие на обработку персональных данных

ВЫБОР МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

При выборе металлов и сплавов для изделий машиностроения учитывается их коррозионная стойкость в конкретных условиях эксплуатации, склонность к контактной и щелевой коррозии, технологические свойства; свариваемость, штампуемость и т. д., а также экономическая эффективность.

Разнообразие сред и их сочетаний, с которыми могут контактировать металлические поверхности, усложняет задачу выбора конструкционного материала и ставит ее в ряд особо важных при разработке новой техники.

Например: при выборе материала для наружной крышки (кожуха) роторной газонокосилки конструктор предъявляет к нему следующие требования: материал должен легко штамповаться (быть пластичным), иметь относительно высокую ударную вязкость и небольшую плотность; поверхность материала должна хорошо обрабатываться для защиты от коррозии; стоимость материала крышки должна быть значительно ниже стоимости материала, из которого изготовляются работающие детали; крышка должна легко крепиться к раме, выдерживать вибрации и быть съемной.

Выбираются группы материалов, наилучшим образом удовлетворяющие требованиям к крышке газонокосилки. Каждому материалу дается определенное число баллов (от 0 до 1,0) в зависимости от значимости свойств. Затем вычисляется сумма очков для каждого материала. В рассматриваемом случае наилучшим материалом является листовая сталь. Далее после тщательного анализа свойств листовых сталей выбирается конкретная марка стали.

Для большинства сред можно выбрать достаточно стойкие материалы.

В машиностроении используются в основном конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества и качественные углеродистые стали, содержащие до 1 % марганца.

 Коррозионная стойкость углеродистых сталей снижается главным образом наличием примесей серы, которая вызывает межкристаллитную коррозию, образуя с железом и марганцем сульфиды, которые концентрируются по границам зерен. Примеси серы в небольших количествах межкристаллитную коррозию углеродистых сталей не вызывают.

Коррозионностойкие стали легируются металлами с более высоким, по сравнению с железом, потенциалом, а также легкопассивирующимися металлами.

Основным легирующим элементом железоуглеродистых сталей является хром, обладающий способностью пассивироваться. Вторым по значимости легирующим элементом является никель, который повышает коррозионную стойкость сталей, улучшает их механическую прочность, пластичность, а также способность к сварке.

Среди нержавеющих сталей в наибольшей степени подвержены щелевой коррозии хромистые стали. Более устойчивы к этому виду коррозии хромоникелевые стали, однако и они подвергаются интенсивным разрушениям в щелях, если коррозионная среда содержит активаторы, например хлорионы. Области применения основных коррозионностойких сталей следующие:

  • высокопрочные, коррозионностойкие стали мартенситного, мартенсито-ферритного и

аустенито-мартенситного класса

08X13; 12X13; 20X13 — для изготовления деталей, подвергающихся воздействию слабоагрессивных сред (атмосферных условий, кроме морских, водных растворов солей органических кислот при комнатной температуре, растворов азотной кислоты слабой концентрации, продуктов жизнедеятельности животных, дезрастворов и т. д.). Стали применяются для изготовления деталей, которые должны обладать определенным запасом пластичности и ударной вязкости. Сталь 08X13 используется как жаростойкий материал при температурах до    800 °С, а 20X13 — при температурах 450—550 °С. Сталь 08X13 обладает высокой коррозионной стойкостью во многих пищевых продуктах: фруктово-ягодных смесях, сахарном сиропе, патоке, пищевом масле и др. Стали удовлетворительно свариваются различными видами сварки, деформируются в холодном и горячем состоянии;

30X13; 40X13 — для изготовления тяжелонагруженных деталей, пар трения, торцовых уплотнений химических аппаратов и поршневых компрессоров, работающих в слабоагрессивных средах (водных растворах солей, азотной и некоторых органических кислотах невысоких концентраций) при температуре до 30 °С. Применяются для изготовления режущего, мерительного и хирургического инструментов, пружин, подшипников. Стали достаточно стойкие в условиях воздействия пресной воды, пара, бензина, атмосферы. Холодная пластическая деформация сталей ограничена;

20Х17Н2Б—Ш(ВД); 14Х17Н2; 95X18 —для изготовления тяжелонагруженных деталей (ножей, фильтров и валов шнековых машин, втулок подшипников, колец торцовых уплотнений, валов и мешалок оборудования с перемешивающими устройствами и др.), подвергающихся сильному износу и действию умеренно агрессивных сред: азотной и органической кислот (за исключением уксусной, муравьиной, молочной, щавелевой), большинства растворов солей органических и неорганических кислот при различных концентрациях и температурах.

20Х17Н2Б—Ш(ВД) рекомендуется взамен сталей марок 30X13, 40X13, 95X18 как обладающая более высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и способностью свариваться, а также сталей марок 20Х17Н2 и 07Х16Н6 как равноценная по коррозионной стойкости, но с более высокими прочностными характеристиками.

95X18 рекомендуется для ножей, подшипников, колец торцовых уплотнений и других деталей, подвергающихся износу; сталь не сваривается;

  • высокопрочные коррозионностойкие стали аустенито-мартенситного класса

09Х15Н8Ю; 07Х16Н6; 08Х17Н5МЗ — для изготовления высоконагруженных деталей (дисков распиливающих сушилок, уплотняющих колец сепараторов, роторов и валов центрифуг, пластин прямоточных клапанов в компрессорах, режущих устройств шнековых машин и т. д.), работающих в растворах азотной, фосфорной, уксусной кислот, солей, в атмосферных условиях, сернокислых средах (08Х17Н5МЗ). Сталь 07Х16Н6 используется как жаростойкий материал при температурах до 400 °С, а сталь 08Х17Н5МЗ — при температурах до 550 °С. Стали хорошо свариваются, деформируются в горячем состоянии;

06Х16Н7М2Ю — для изготовления дисков распыливающих сушилок при сушке двойного суперфосфата, клапанных пластин в компрессорах конвертированного газа, плунжеров и пружин карбонатных насосов. Рекомендуется для сварных конструкций;

О8Х14Н7В — для валов погруженных центробежных насосов, работающих в нефтяных скважинах;

  • стали аустенитного класса

10Х14Г14Н4Т; 10Х14АГ15 — для изготовления деталей оборудования, работающего в средах слабой агрессивности (органических кислотах невысоких концентраций и умеренных температур), а также оборудования по производству кормовых дрожжей; для кислородных компрессоров, установок газоразделения, работающих при температурах до 196 °С, а также как жаропрочные, применяющиеся при температуре до 700 °С. Сталь 10Х14АГ15 используется для изготовления деталей торгового оборудования, приборов бытового назначения (кроме режущих элементов, холодильников, стиральных машин), а также деталей оборудования пищевой и мясомолочной промышленности. Стали обладают хорошей свариваемостью, хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии;

12Х18Н10Т;  12Х18Н9Т;  08Х18Н10Т — для сварных конструкций, работающих в средах средней агрессивности (продуктах сгорания топлива, разбавленных растворах азотной, фосфорной, органических кислот, за исключением муравьиной, щавелевой, молочной, продуктах жизнедеятельности животных, дезрастворах, растворах щелочей и солей, органических и неорганических кислот при различных температурах и концентрациях, органических растворителях, атмосферных условиях и т. д.). Для повышения износостойкости пар трения рекомендуется применение упрочняющей технологии (азотирование, поверхностный наклеп). Стали используются в качестве жаростойкого и жаропрочного материала. Хорошо свариваются всеми видами ручной и автоматической сварки, обладают технологичностью при горячей и холодной пластической деформации;

10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T — для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях действия кипящей фосфорной, муравьиной, уксусной кислот и других сред повышенной активности. Для повышения износостойкости пар трения рекомендуется применение упрочняющей технологии (азотирование, поверхностный наклеп);

  • стали аустенито-ферритного класса

08Х22Н6Т;  06Х22Н5Б — для изготовления сварной химической аппаратуры (реакторов, теплообменников, емкостей испарителей, арматуры, трубопроводов), в том числе для приготовления катализаторов, полимеризации, сушки в производстве полиолефинов, синтетических каучуков, кормовых дрожжей и вакцин, а также сварной аппаратуры, работающей в среде кипящей 65 %-ной азотной кислоты, при выпарке и нейтрализации аммиачной селитры в производстве азотной кислоты, в производствах калийной селитры, мочевины, красителей, капролактама, фосфорной (до 65 %-ной концентрации при температуре до 185°С) и уксусной (60 %-ной концентрации до температуры кипения, 80 %-ной — до 40 °С) кислот. Используются как заменители; сталей типа Х18Н10Т и Х18Н9Т в умеренно агрессивных средах. Сварная аппаратура из стали 08Х22Н6Т эксплуатируется при температурах от —40 до +300 °С; стали 06Х22Н5Б и 03Х23Н6 — при температурах от —70 до +350 °С. Стали обладают хорошей свариваемостью всеми видами сварки, технологичны при обработке давлением в холодном и горячем состоянии;

08Х18Г8Н2Т — для изготовления химической аппаратуры, работающей преимущественно в окислительных средах (емкостей реакторов, трубопроводов и т. д.). Используется как заменитель сталей Х18Н10Т и Х18Н9Т. Обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в 60 %- ной азотной кислоте при температуре до 80°С, 25 %-ной фосфорной, 32 %-ной уксусной, 10 %- ной щавелевой кислотах. Рекомендуемый температурный интервал использования  от -50 до +300°С. Сталь хорошо сваривается ручной и автоматической сваркой, подвергается гибке и штамповке в холодном и горячем состоянии;

12Х21Н5Т — для изготовления деталей вакуум-выпарных аппаратов и сушильно-распылительных установок, валов с мешалками, оборудования с перемешивающими устройствами и сварных конструкций, работающих в умеренно агрессивных средах, не вызывающих межкристаллитную коррозию. Рекомендуется в качестве заменителя стали Х18Н9Т в средах производства молочных продуктов, вина, кормовых дрожжей и вакцин. Рекомендуемый температурный интервал использования  от -40 до +300°С;

08Х21Н6М2Т — для изготовления емкостей, реакторов, теплообменников, арматуры, трубопроводов и т. д., работающих в окислительновосстановительных средах. Рекомендуется в качестве заменителя сталей 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М2Т в производствах серной кислоты (92% Н204 + 7 % 02 при 40—60°С), 15 %-ной лимонной кислоты при 60 °С, термической фосфорной кислоты (80%—Н3Р04 при 100 °С), сульфитной и сульфатной целлюлозы (фильтрующая аппаратура), синтетического каучука (отжимные и сушильные машины), меланина, синтетической морской воды, хлористого аммония методом выпаривания и других. Для сред повышенной агрессивности, содержащих муравьиную, уксусную, щавелевую кислоты (не выше 5 %-ной концентрации), а также для фосфорной кислоты (до 32 %) Р2Об), содержащей фтористые соединения, борной кислоты с примесью серной кислоты (до 1 %) и 10 %-ной кремнефтористоводородной кислоты при температуре до 40 °С. Сварное оборудование рекомендуется эксплуатировать при температурах от —4 до +300°С. Сталь хорошо сваривается всеми видами ручной и автоматической сварки, подвергается гибке и штамповке в холодном и горячем состояниях;

О8Х21Н6М2Т — для изготовления деталей сварной химической аппаратуры взамен стали 1OX17H13M2T в производстве мочевины, уксусной кислоты, капролактама, а также в условиях действия кипящей фосфорной, серной, 10 %-ной уксусной кислот, сернокислых сред и т. п. Рекомендуемый температурный интервал использования— от —40 до -г300°С. Сталь хорошо сваривается, обладает хорошей технологичностью при холодной и горячей пластической деформации;

10Х32Н8; 10Х32Н8—Ш(ВД) — для тяжело- нагруженных деталей, подвергающихся сильному износу в средах умеренной агрессивности. Коррозионная стойкость данной стали такая же, как стали Х18Н9Т. Рекомендуется также в качестве износостойких наплавок;

  • сплавы на железоникелевой основе

06Н28МДТ — для изготовления деталей сварной аппаратуры, в том числе реакторов; теплообменников, трубопроводов, емкостей, работающих в растворах, содержащих ионы хлора, серной и фосфорной кислот при температуре до 80 °С. Сплав сваривается ручной и автоматической сваркой в защитном газе и с применением флюса;

ОЗХН28МДТ — для изготовления деталей сварной аппаратуры, применяемой в производстве минеральных удобрений, серной кислоты всех концентраций, в среде экстракционной фосфорной кислоты (32 % Р2О5) с примесями фтора при температуре до 60 °С и в других производствах для сред повышенной агрессивности. Сплав хорошо сваривается электродуговой и аргонодуговой ручной и автоматической сваркой;

04ХН40МДТЮ — для изготовления тяжело- нагруженных деталей (сепараторов, центрифуг, сушилок) и другой химической аппаратуры, подвергающейся одновременному воздействию износа и агрессивных сред (растворов серной кислоты с концентрацией до 60 % при температуре до 80 °С, растворов фосфорной кислоты с концентрацией до 70 % при температуре до 80 °С, 10 %- ной кислоты фтористоводородной при 70 °С, 110—115%-ной полифтористой кислоты при 120—135 °С, сернистого газа при температуре до 400 °С, обессоленной, деаэрированной воды при 330 °С и давлении 15 МПа (150 кгс/см2). Рекомендуется к применению в следующих производствах: полиэтилена низкого давления (ионов хлора до 150 мг/л, pH до 2, температура до 90 °С), двойного суперфосфата, капролактама, а также для оборудования коксохимических (отделение хлората натрия от твердых частиц графита) и металлургических заводов (купоросные установки, работающие в водных растворах 20 %-ной серной кислоты и 15 %-ного железного купороса при температуре до 40 °С). Сплав имеет удовлетворительную технологичность при горячей и холодной пластической деформации и обработке резанием. Сварное соединение без горячих трещин может быть получено при толщине сварных элементов до 6 мм;

  • сплавы на никелевой основе

ХН70МФ—для изготовления изделий, работающих при высоких температурах в серной (всех концентраций при температуре до 100°С), фосфорной, органических кислотах, а главное, в соляной кислоте всех концентраций и при всех температурах, включая температуру кипения. Сваривается ручной аргонодуговой и электродуговой сваркой;

ХН65МВ — для изготовления сварных конструкций (ректификационные колонны, пленочные испарители, разлагатели и др.), работающих при повышенных температурах в сернокислых средах, обладающих окислительным характером, в концентрированной уксусной кислоте, сухом хлоре, хлоридах железа и других высокоагрессивных средах. Сваривается аргонодуговой и электродуговой сваркой. Подвергается пластической деформации при 1200—950 °С;

ХН60МБ — для изготовления изделий, работающих в контакте с растворами кремниефтористоводородной кислоты при 80 °С, азотной и фосфорной кислот, в производстве минеральных удобрений. Сварку сплава при толщине деталей 4-10 мм проводят ручным электродуговым способом электродами марки ОЗЛ—21. Подвергается пластической деформации при температурах 1200—900 °С.

После сталей к числу наиболее распространенных материалов можно отнести алюминий и его сплавы. Алюминий обладает способностью к самопассивации в окислительных средах. Он стоек в воде и водных растворах солей, во влажных газах при pH растворов от 4 до 9, в концентрированных серной и азотной кислотах, во многих органических кислотах. Однако алюминий разрушается в средах, не обладающих окислительными свойствами. Легирование алюминия титаном повышает его способность к пассивации.

Коррозионные свойства алюминия и его сплавов в щелях и зазорах имеют свои особенности. Сплавы, которые в объеме электролита находятся в пассивном состоянии, могут потерять пассивное состояние в зазоре, в результате чего увеличится скорость коррозии.

Медь и ее сплавы имеют слабо выраженную способность к пассивированию, в связи, с чем они не стойки в сильных окислительных средах (азотной, концентрированной серной кислотах, кислых растворах солей хромовой кислоты).

Более высокими коррозионными свойствами обладают сплавы меди: бронзы, латуни, сплавы с никелем, мельхиор, никелин и др.). Скорость коррозии меди и оловянистой бронзы в зазорах почти на два порядка ниже, чем на поверхности со свободным доступом электролита, латунь корродирует в зазорах сильнее, чем в объеме электролита.

К новым коррозионностойким материалам относятся титан и его сплавы. Титан легко пассивируется, образуя очень прочную, сплошную, хорошо сцепляющуюся с основным металлом пленку окиси титана, которая способствует возрастанию потенциала титана до положительного значения. В нашей стране выпускаются коррозионностойкий технически чистый титан ВТ1, а так же сплавы титана с алюминием и добавками других легирующих элементов.

Сварку титана рекомендуется проводить в защитной атмосфере (например, в среде аргона), так как с повышением температуры он легко насыщается газами и становится хрупким.

В нейтральных электролитах титан и его сплавы не подвергаются щелевой коррозии. В кислых средах (например, в серной кислоте) наблюдается щелевая коррозия этого материала.

Установлено, что титан в качестве легирующего элемента повышает склонность к пассивации низколегированных сталей.

В настоящее время очень трудно создать изделие, все детали которого были бы изготовлены из одного материала. А контактирование деталей из разнородных металлов или их соединение электропроводящими путями (металлическим проводом, электролитом, водой, конденсатом) приводит к разрушению одной из деталей в результате контактной коррозии. Поэтому при конструировании необходимо учитывать следующие количественные показатели скорости коррозии анода применительно к типичным атмосферам и парам: 0—50 г/(м2*год)—абсолютно допустимые контакты; 50—150 г/(м2 * год) — условно допустимые; выше 150 г/(м2*год)—недопустимые. При условно допустимых контактах необходимо обеспечить периодическую смазку, возобновление лакокрасочных покрытий, периодическую очистку контактов от продуктов коррозии.

При затруднениях в определении скорости коррозии рекомендуется пользоваться распределением металлов по группам, в пределах которых контакт может считаться допустимым. Для атмосферных условий эксплуатации можно выделить пять таких групп: I — магний; II — алюминий, цинк, кадмий; III — железо, углеродистые стали, свинец, олово; IV — никель, хром, коррозионностойкие стали (в пассивном состоянии); V — медно-никелевые и медноцинковые сплавы, медь, серебро, золото.

Ряд металлов в порядке возрастания электродного потенциала в морской воде можно представить следующим образом: магний, цинк, алюминий, железо, углеродистая сталь, хастеллой С, хастеллой В, латунь, медь, бронза, коррозионно- стойкие стали (в пассивном состоянии), серебро, золото.

Материал, имеющий больший электродный потенциал, усиливает коррозию контактирующего с ним материала с меньшим потенциалом. Чем дальше расположены друг от друга материалы в ряду, тем сильнее коррозия при их контакте.

В качестве примера рационального выбора конструкционного материала можно привести емкость агрегата для внесения химконсервантов в корма растительного происхождения для животных. Срок службы агрегата должен быть не менее 6 лет при контакте с водными растворами муравьиной кислоты. В зависимости от конкретных условий концентрация кислоты может изменяться от 10 до 50%. Условия работы следующие: агрегат используется для консервирования сочных кормов (измельченной стебельчатой массы кукурузы, подсолнечника и других растений) на протяжении 180—200 ч в год (остальное время емкость не имеет контакта с кислотой); агрегат перемещается по полю, имеющему неровности, следовательно, имеет место периодическое смачивание стенок емкости муравьиной кислотой, нижняя часть емкости имеет постоянный контакт с кислотой.

Чтобы правильно, экономически обоснованно выбрать конструкционный материал для изготовления емкости агрегата с учетом срока его службы, проведены дополнительные исследования коррозионной стойкости некоторых сталей. В результате исследований установлено, что коррозия углеродистой стали СтЗкп в растворе муравьиной кислоты имеет тот же порядок, что и в водопроводной и дистиллированной воде. Кроме того, этот материал корродирует в 5—10 раз медленнее, чем низколегированная и диффузионнохромированная стали. Следовательно, сталь СтЗкп можно использовать при изготовлении емкости агрегата для внесения химконсерванта. Этот вывод подтверждается также тем, что при времени испытания материалов, близком к времени сезонной работы агрегата, коррозия стали СтЗкп практически не зависит от концентрации раствора муравьиной кислоты.

Установлено, что с увеличением концентрации водного раствора муравьиной кислоты скорость коррозии диффузионнохромированной стали и стали 10ХНДП уменьшается. Скорость коррозии малоуглеродистой стали СтЗкп при времени испытания до 192 ч не зависит от концентрации кислоты  и значительно ниже, чем других материалов.

В связи с тем что скорость коррозии малоуглеродистой стали СтЗкп при испытаниях в растворе муравьиной кислоты имеет тот же порядок, что и при испытании в водопроводной воде, и не зависит от концентрации муравьиной кислоты, при конструировании агрегатов для внесения химконсервантов можно использовать сталь СтЗкп. Этот материал при толщине стенки емкости 3—4 мм обеспечит долговечность изделия не менее 6 лет.

Выбор материала для конкретных изделий машиностроения зависит от конкретных условий эксплуатации.

При выборе материала конструктор должен исходить из того, что во многих случаях окончательный вывод о правильности выбора можно сделать только после испытания материала в условиях эксплуатации. Поэтому заключительный этап создания конструкции изделия — его испытания — должен быть проведен с особой тщательностью и в полном объеме.

Пользователей онлайн: 4