92 ел. 29.10.20 Урок № 5 електроматеріалознавство

 

Урок № 5     29.10.20    92 ел.   Матеріалознавство

Тема уроку. Жаростійкі провідникові сплави.

 

Жаростійкі металеві матеріали — це сплави (зазвичай, на нікельхромистій або залізо-хромонікелевій основі), які здатні при високих температурах (800…1100 °С) чинити опір хімічному руйнуванню під впливом газоподібного середовища

 

Жаростійкість (окалиностійкість) залежить від непроникності і міцності плівки оксидів, які утворилися на поверхні сплавів у процесі газової корозії за високих температур.

Для одержання міцної непроникної плівки сталь легують хромом, а також силіцієм або алюмінієм. Плівка стає щільною, добре прилягає до металу, що погіршує дифузію кисню.

 

1. Жаротривкі сталі[

Підвищення жаротривкості (жаростійкості) сталей досягається переважно уведенням хрому (08Х13, 12Х17), а також алюмінію та кремнію (15Х18СЮ), тобто елементів, що перебувають в твердому розчині і утворюють в процесі нагріву захисні плівки оксидів. Особливо широко використовують хром. Чим більший у сталі вміст хрому, тим вищою є її жаротривкість. Тому в жаротривких феритних сталях його вміст доводять до 13…27 %. На жаротривкість сталей позитивно впливають малі добавки деяких активних елементів (кальцій, ітрій, церій, лантан тощо).

Сталь 08Х13 застосовують в умовах впливу сірчистих газів при температурі до 500°С, сталі 08Х17Т, 12Х17 жаростійкі до 900°С, сталь 15Х25Т — до 1100°С^[1].

Застосовують жаротривкі сталі для виготовлення камер згоряння, жарових труб, соплових лопаток газових турбін, форсажних камер тощо.

2. Жаротривкий чавун

Жаротривкий чавун — різновид чавуну, що характеризується стійкістю проти інтенсивного окиснення і росту (необоротного збільшення розмірів і об'єму) в різних газових середовищах за підвищених температур. До основних легувальних елементів, що утворюють на поверхні чавуну. захисні окисні плівки, належать алюміній, хром і кремній. Стійкість до росту чавуну підвищують, не допускаючи внутрішнього окиснення, графітизації й фазових перетворень у температурній зоні експлуатації. З жаростійкого чавуну виготовляють деталі пічного устаткування, корпуси пальників тощо^[.

3. Жаротривкі сплави нікелю

Жаротривкі сплави нікелю алюмель та хромель мають важливе значення завдяки хорошому поєднанню термоелектричних властивостей і жаротривкості.

Значне застосування у техніці отримали жаротривкі сплави Ni з Cr — ніхроми. Найбільшого поширення набули ніхроми з 80 % Ni, які до появи хромалів були найжаротривкішими промисловими матеріалами. Ніхроми і фероніхроми характеризуються рідкісним поєднанням високої жаротривкості та високого електричного опору. Тому вони разом з хромалями є двома найважливішими класами сплавів, що використовуються для виготовлення високотемпературних електричних нагрівачів. Гранична робоча температура ніхромів цього типу становить, переважно, 1200 °C, а окремих марок і до 1250 °C.

Нікелеві сплави, що містять 15…30 % Cr, леговані Al (до 4 %), використовуються зазвичай для виготовлення жаротривких деталей, що працюють при температурах до 1250 °C і не зазнають значних механічних навантажень.

Хромонікелеві сплави (ніхроми) використовують для виготовлення нагрівальних елементів електричних печей, плиток, пая льників і т.д. З цих сплавів виготовляють дріт діаметром 0,02 мм і бі льше, стрічку перерізом 0,1х1,0 мм і більше. Високу жаростійкість ніхрому можна пояснити значною стійкістю цього сплаву до прогресуючого окиснення на повітрі при високих температурах. Швидкість окиснення металів у значній мірі залежить від властивостей оксиду, що утвориться. Якщо оксид леткий, то він відділяється з поверхні металу і не може захистити метал, що залишився, від подальшого окиснення.

Так, оксиди вольфраму й молібдену легко відділяються, а тому ці метали не можуть експлуатуватися в нагрітому стані при доступі кисню. Якщо ж оксид металу нелеткий, то він утворить шар на поверхні металу.

Стійкість хромонікелевих сплавів при високій температурі на повітрі пояснюється близькими значеннями температурних коефіцієнтів лінійного розширення сплавів і їхніх оксидних плівок. Тому останні не розтріскуються і не відокремлюються від дроту при його нагріванні й розширенні. Однак хоча температурні коефіцієнти розширення сплаву й оксидів хрому й нікелю близькі, вони не однакові. Внаслідок цього при різких змінах температури може відбуватися розтріскування шару оксидів; при наступному нагріванні кисень проникає в тріщини і робить додаткове окиснення сплаву. Отже, при багаторазовому короткочасному включенні електронагрівальний елемент із хромонікелевого сплаву може перегоріти скоріше, ніж у випадку безупинного режиму нагрівання (температура нагрівання та сама в обох порівнюваних випадках, а термін служби може відрізнятися в 20–30 разів). Термін служби нагрівальних елементів можна збільшити, якщо закрити спіралі .у тверде інертне середовище типу глини-шамоту, що захищає їх від механічних дій і доступу кисню. Окисні плівки на поверхні ніхрому мають невеликі й стабільні в широкому інтервалі температур контактні опори навіть при малих контактних зусиллях. Завдяки цьому тонкий пластичний ніхромовий дріт використовується для виготовлення мініатюрних високоомних змінних резисторів із хорошими технічними характеристиками. Тонкі плівки з ніхрому Х20Н80, одержувані методом термічного випарювання і конденсації у вакуумі, широко застосовуються для виготовлення тонкоплівкових резисторів, зокрема, резисторів інтегральних мікросхем.

Хімічний склад плівок може помітно відрізнятися від складу вихідного сплаву, який випаровується, що обумовлено значними різницями в тисках пари нікелю й хрому при температурах випарювання. Тому склад конденсату залежить від багатьох технологічних факторів: швидкості осадження, температури й матеріалу підкладки, тиску залишкових парів у камері та ін.

 

Домашнє завдання.   Вивчити матеріал та створити опорний конспект.

Викладач                   Максимова Т. В.