Tepelne odolné oceľové odliatky procesom investičného liatia

Žiaruvzdorná oceľ označuje oceľ s odolnosťou proti oxidácii pri vysokej teplote a pevnosťou pri vysokej teplote. Odolnosť proti oxidácii pri vysokej teplote je dôležitou podmienkou, aby sa zabezpečilo, že obrobok bude pracovať dlhú dobu pri vysokej teplote. V oxidačnom prostredí, akým je vzduch s vysokou teplotou, kyslík chemicky reaguje s povrchom ocele a vytvára rôzne vrstvy oxidu železa. Vrstva oxidu je veľmi uvoľnená, stráca pôvodné vlastnosti ocele a ľahko odpadáva. Na zlepšenie odolnosti ocele proti oxidácii pri vysokej teplote sa do ocele pridávajú legujúce prvky, aby sa zmenila štruktúra oxidu. Bežne používané legujúce prvky sú chróm, nikel, chróm, kremík, hliník atď. Odolnosť ocele proti oxidácii pri vysokých teplotách súvisí iba s chemickým zložením.

Pevnosť pri vysokej teplote sa vzťahuje na schopnosť ocele odolávať mechanickému zaťaženiu po dlhú dobu pri vysokých teplotách. Existujú dva hlavné účinky ocele pri mechanickom zaťažení pri vysokej teplote. Jedným z nich je mäknutie, to znamená, že pevnosť klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Druhým je tečenie, to znamená, že pri pôsobení konštantného napätia sa veľkosť plastickej deformácie s časom pomaly zvyšuje. Plastická deformácia ocele pri vysokej teplote je spôsobená intragranulárnym sklzom a sklzom na hranici zŕn. Na zlepšenie pevnosti ocele pri vysokej teplote sa zvyčajne používajú metódy legovania. To znamená, že do ocele sa pridávajú legujúce prvky, aby sa zlepšila väzbová sila medzi atómami a vytvorila sa priaznivá štruktúra. Pridanie chrómu, molybdénu, volfrámu, vanádu, titánu atď. môže spevniť oceľovú matricu, zvýšiť teplotu rekryštalizácie a môže tiež vytvoriť spevňujúce fázové karbidy alebo intermetalické zlúčeniny, ako je Cr23C6, VC, TiC atď. stabilné pri vysokých teplotách, nerozpúšťajú sa, nehromadia sa pri raste a zachovávajú si svoju tvrdosť. Nikel sa pridáva hlavne na získanieaustenit. Atómy v austenite sú usporiadané tesnejšie ako ferit, väzbová sila medzi atómami je silnejšia a difúzia atómov je ťažšia. Preto je pevnosť austenitu pri vysokej teplote lepšia. Je vidieť, že pevnosť žiaruvzdornej ocele pri vysokej teplote nesúvisí len s chemickým zložením, ale súvisí aj s mikroštruktúrou.

Vysokolegovaná tepelne odolnáoceľové odliatkysú široko používané v prípadoch, keď pracovná teplota presahuje 650 ℃. Žiaruvzdorné oceľové odliatky označujú ocele, ktoré pracujú pri vysokých teplotách. Vývoj žiaruvzdorných oceľových odliatkov úzko súvisí s technologickým pokrokom rôznych priemyselných odvetví ako sú elektrárne, kotly, plynové turbíny, spaľovacie motory a letecké motory. V dôsledku rôznych teplôt a namáhania, ktoré používajú rôzne stroje a zariadenia, ako aj rôzneho prostredia, sa líšia aj druhy použitej ocele.

Normy žiaruvzdornej ocele v rôznych krajinách
1) Čínsky štandard
GB/T 8492-2002 „Technické podmienky pre odliatky zo žiaruvzdornej ocele“ špecifikuje akosti a mechanické vlastnosti rôznych žiaruvzdorných ocelí na odliatky pri izbovej teplote.
2) Európska norma
Normy žiaruvzdornej ocele EN 10295-2002 zahŕňajú austenitickú žiaruvzdornú nehrdzavejúcu oceľ, feritickú žiaruvzdornú nehrdzavejúcu oceľ a austeniticko-feritickú duplexnú žiaruvzdornú nehrdzavejúcu oceľ, ako aj zliatiny na báze niklu a zliatiny na báze kobaltu.
3) Americké normy
Chemické zloženie špecifikované v ANSI/ASTM 297-2008 "Všeobecné priemyselné železo-chróm, železo-chróm-nikel tepelne odolné oceľové odliatky" je základom pre prijatie a skúška mechanického výkonu sa vykonáva len vtedy, keď si to kupujúci vyžiada na adrese čas objednania. Ďalšie americké normy zahŕňajúce žiaruvzdornú oceľ na odliatok zahŕňajú ASTM A447/A447M-2003 a ASTM A560/560M-2005.
4) Nemecká norma
V norme DIN 17465 „Technické podmienky pre odliatky z žiaruvzdornej ocele“ sú oddelene špecifikované chemické zloženie, mechanické vlastnosti pri izbovej teplote a mechanické vlastnosti pri vysokej teplote rôznych druhov žiaruvzdornej ocele.
5) Japonský štandard
Triedy v JISG5122-2003 "Tepelne odolné oceľové odliatky" sú v podstate rovnaké ako American Standard ASTM.
6) Ruský štandard
V GOST 977-1988 je špecifikovaných 19 druhov žiaruvzdornej ocele, vrátane stredne chrómových a vysokochrómových žiaruvzdorných ocelí.

Vplyv chemického zloženia na životnosť žiaruvzdornej ocele
Existuje celá škála chemických prvkov, ktoré môžu ovplyvniť životnosť žiaruvzdornej ocele. Tieto účinky sa prejavujú zvýšením stability konštrukcie, zabránením oxidácii, tvorbou a stabilizáciou austenitu a zabránením korózie. Napríklad prvky vzácnych zemín, ktoré sú stopovými prvkami v žiaruvzdornej oceli, môžu výrazne zlepšiť odolnosť ocele proti oxidácii a zmeniť termoplasticitu. Základné materiály žiaruvzdornej ocele a zliatin vo všeobecnosti vyberajú kovy a zliatiny s relatívne vysokým bodom topenia, vysokou samodifúznou aktivačnou energiou alebo nízkou energiou vrstvenia. Rôzne žiaruvzdorné ocele a vysokoteplotné zliatiny majú veľmi vysoké požiadavky na proces tavenia, pretože prítomnosť inklúzií alebo určitých metalurgických defektov v oceli zníži medzu pevnosti materiálu.

Vplyv pokročilej technológie, akou je úprava roztokom, na životnosť žiaruvzdornej ocele
Pri kovových materiáloch ovplyvní použitie rôznych procesov tepelného spracovania štruktúru a veľkosť zŕn, čím sa zmení stupeň obtiažnosti tepelnej aktivácie. Pri analýze poruchy odliatku existuje veľa faktorov, ktoré vedú k poruche, najmä tepelná únava vedie k iniciácii a rozvoju trhlín. V súlade s tým existuje rad faktorov, ktoré ovplyvňujú iniciáciu a šírenie trhlín. Medzi nimi je mimoriadne dôležitý obsah síry, pretože trhliny sa väčšinou vyvíjajú pozdĺž sulfidov. Obsah síry je ovplyvnený kvalitou surovín a ich tavením. Pri odliatkoch, ktoré pracujú pod ochrannou atmosférou vodíka, ak je vo vodíku obsiahnutý sírovodík, dôjde k síreniu odliatkov. Po druhé, primeranosť úpravy roztoku ovplyvní pevnosť a húževnatosť odliatku.