Стали: классификация и назначение

Стали и сплавы с высоким электросопротивлением (ГОСТ 10994—74) должны сочетать высокое сопротивление (1,06... 1,47 мкОм • м, что более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали) и жаростойкость (Ю00...1350°С). К технологическим свойствам таких сплавов предъявляются требования высокой пластичности, обеспечивающей хорошую деформируемость на прутки, полосу, проволоку и ленты, в том числе малых сечений, а к потребительским — малой величины температурного коэффициента линейного расширения. Для этих сплавов используются системы Fe + Сг + А1, Fe + Ni + Сг и Ni + Сг. Их микроструктура представляет собой твердые растворы с высоким содержанием легирующего элемента. Чем больше в сплавах хрома и алюминия, тем выше их жаростойкость. Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0,06...0,12%), так как появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок эксплуатации изделий.

Наибольшее распространение  в технике получили сплавы ферритного класса: Х13Ю4 {фехраль), 0Х23Ю5 {хромель) и 0Х27Ю5А. Эти сплавы малопластичные, поэтому изделия из них, особенно крупные, выполняют при подогреве до 200...300°С. Сопротивление ползучести ферритных сплавов невелико, и нагреватели при высоких температурах (П50...1200°С) нередко провисают под действием собственного веса.

Высоким электросопротивлением  обладают сплавы на основе никеля —  Х20Н80 {нихромы). Нихромы с железом называют ферронихромами, например сплав Х15Н60, содержащий 25% Fe. Ферронихромы обладают более высокими технологическими свойствами и дешевле, чем нихромы.

Стали и сплавы с высоким  электросопротивлением предназначены  для изготовления деталей и элементов  нагревательных приборов, реостатов, а также резисторов, терморезисторов, тензодатчиков и др.

Магнитные стали  и сплавы делят на магнитно-твердые, магнитно-мягкие и парамагнитные.

Магнитно-твердые стали  и сплавы (ГОСТ 17809—72) по своим потребительским свойствам характеризуются высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией и, соответственно, высокой магнитной энергией

В зависимости от химического  состава используемые в промышленности магнитно-твердые стали и сплавы представляют собой:

• высокоуглеродистые стали (1,2...1,4% С);

• высокоутлеродистые (1% С) сплавы железа с хромом (до 2,8%), легированные кобальтом;

• высокоуглеродистые сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта, называемые алнико.

Легирующие элементы повышают главным образом коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также  улучшают температурную и механическую стабильности постоянного магнита.

Магнитно-твердые стати  обозначают индексом Е, указывая далее  буквой и цифрой наличие хрома  и его содержание в целых процентах (например, ЕХ2, ЕХЗ).

Из магнитно-твердых  сталей и сплавов изготавливают  различного рода постоянные магниты. В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31ТЗБА и др.). Эти сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьем. После литья проводят только шлифование.

Магнитно-мягкие стали  и сплавы отличаются легкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях. Их основными потребительскими свойствами являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери на вихревые токи и при перемагничивании. Эти свойства обеспечивает гомогенная (чистый металл или твердый раствор) структура без примесей. Для устранения внутренних напряжений магнитно-мягкие материалы должны быть полностью рекристаллизованы, так как даже слабый наклеп существенно снижает магнитную проницаемость и повышает коэрцитивную силу. При микроструктуре из более крупных зерен магнитная проницаемость возрастает.

По химическому составу применяемые в промышленности магнитно-мягкие (электротехнические) стали и сплавы делятся на:

• низкоуглеродистые (0,05...0,005% С) с содержанием кремния 0,8...6,0%;

•  сплавы железа с  никелем.

Для электротехнических сталей (ГОСТ 21427—83) принята маркировка, основанная на кодировании. В обозначении марки используют четыре цифры, причем их значения соответствуют кодам, содержащим следующую информацию:

первый - структура материала (по наличию и степени текстуры) и вид прокатки (горячая или холодная деформация);

второй - химический состав по содержанию кремния;

третий - величины потерь тепловых и на гистерезис; четвертый — значение нормируемого потребительского свойства.

Электротехнические стали  изготавливают в виде рулонов, листов и резаной ленты. Они предназначены для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного тока, якорей и полюсов электротехнических машин, роторов, статоров, магнитных цепей трансформаторов и др.

Парамагнитными  сталями являются аустенитные стали 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9ХЗ, 40П4Н9Ф2 и др. Их химический состав базируется на системе Fe + Cr + Ni + Ц Основными потребительскими свойствами являются немагнитность и высокая прочность. Необходимая прочность достигается при деформационном и дисперсионном упрочнении изделий. К недостаткам этих сталей и сплавов следует отнести низкий предел текучести (150...350 МПа), что ограничивает область их использования только малонагруженными конструкциями.

Парамагнитные стали  и сплавы применяют для изготовления немагнитных деталей конструкций в электротехнике, приборостроении, судостроении и специальных областях техники. Повышение износостойкости деталей, работающих в узлах трения, достигается азотированием (стали 40Г14Н9Ф2 и др.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Издательство «Металлургия», 1977
2. Елизаров Ю.Д., Шепелев А.Ф. Материаловедение для экономистов Серия «Учебники, учебные пособия» -  Ростов-на-Дону: Феникс, 2002 
3. Пейсахов А.М., Кучер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник. – 2-е изд. – СПб.: Издательство Михайлова В.А., 2004
4. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Логос, 2004
5. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000