Odlewy ze stali żaroodpornej w procesie odlewania inwestycyjnego

Stal żaroodporna odnosi się do stali o odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze i wytrzymałości na wysoką temperaturę. Odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze jest ważnym warunkiem zapewniającym długotrwałą pracę przedmiotu obrabianego w wysokiej temperaturze. W środowisku utleniającym, takim jak powietrze o wysokiej temperaturze, tlen reaguje chemicznie z powierzchnią stali, tworząc różnorodne warstwy tlenku żelaza. Warstwa tlenku jest bardzo luźna, traci pierwotne właściwości stali i łatwo odpada. Aby poprawić odporność stali na utlenianie w wysokiej temperaturze, do stali dodaje się pierwiastki stopowe w celu zmiany struktury tlenku. Powszechnie stosowanymi pierwiastkami stopowymi są chrom, nikiel, chrom, krzem, aluminium i tak dalej. Odporność stali na utlenianie w wysokiej temperaturze jest związana wyłącznie ze składem chemicznym.

Wytrzymałość w wysokiej temperaturze odnosi się do zdolności stali do wytrzymywania obciążeń mechanicznych przez długi czas w wysokich temperaturach. Istnieją dwa główne skutki działania stali pod obciążeniem mechanicznym w wysokiej temperaturze. Jednym z nich jest mięknięcie, to znaczy wytrzymałość maleje wraz ze wzrostem temperatury. Drugim jest pełzanie, to znaczy pod wpływem stałego naprężenia wielkość odkształcenia plastycznego powoli rośnie z czasem. Odkształcenie plastyczne stali w wysokiej temperaturze jest spowodowane poślizgiem wewnątrzkrystalicznym i poślizgiem na granicy ziaren. Aby poprawić wytrzymałość stali w wysokich temperaturach, zwykle stosuje się metody stopowe. Oznacza to, że do stali dodaje się pierwiastki stopowe, aby poprawić siłę wiązania między atomami i utworzyć korzystną strukturę. Dodatek chromu, molibdenu, wolframu, wanadu, tytanu itp. może wzmocnić osnowę stali, zwiększyć temperaturę rekrystalizacji, a także może tworzyć węgliki fazy wzmacniającej lub związki międzymetaliczne, takie jak Cr23C6, VC, TiC itp. Te fazy wzmacniające są stabilne w wysokich temperaturach, nie rozpuszczają się, nie agregują w celu wzrostu i zachowują swoją twardość. Nikiel dodawany jest głównie w celu uzyskaniaaustenit. Atomy w austenicie są ułożone ciaśniej niż w ferrycie, siła wiązania między atomami jest silniejsza, a dyfuzja atomów jest trudniejsza. Dlatego wytrzymałość austenitu w wysokiej temperaturze jest lepsza. Można zauważyć, że wytrzymałość wysokotemperaturowa stali żaroodpornej jest związana nie tylko ze składem chemicznym, ale także z mikrostrukturą.

Wysokostopowy, odporny na ciepłoodlewy stalowesą szeroko stosowane w przypadkach, gdy temperatura pracy przekracza 650 ℃. Odlewy ze stali żaroodpornej to stale pracujące w wysokich temperaturach. Rozwój odlewów ze stali żaroodpornych jest ściśle powiązany z postępem technologicznym różnych gałęzi przemysłu, takich jak elektrownie, kotły, turbiny gazowe, silniki spalinowe, silniki lotnicze. Ze względu na różne temperatury i naprężenia stosowane przez różne maszyny i urządzenia, a także różne środowiska, różne są również rodzaje stosowanej stali.

Normy stali żaroodpornych w różnych krajach
1) Chiński standard
GB/T 8492-2002 „Warunki techniczne dla odlewów ze stali żaroodpornych” określa gatunki i właściwości mechaniczne różnych staliw żaroodpornych w temperaturze pokojowej.
2) Norma europejska
Normy EN 10295-2002 dotyczące stali żaroodpornych obejmują austenityczną żaroodporną stal nierdzewną, ferrytyczną żaroodporną stal nierdzewną i austenityczno-ferrytyczną żaroodporną stal nierdzewną duplex, a także stopy na bazie niklu i stopy na bazie kobaltu.
3) Standardy amerykańskie
Skład chemiczny określony w normie ANSI/ASTM 297-2008 „Ogólne przemysłowe odlewy ze stali żaroodpornych z żelaza, chromu, żelaza, chromu i niklu” jest podstawą akceptacji, a test wydajności mechanicznej przeprowadza się tylko na żądanie kupującego pod adresem czas składania zamówienia. Inne amerykańskie normy dotyczące staliwa żaroodpornego obejmują ASTM A447/A447M-2003 i ASTM A560/560M-2005.
4) Norma niemiecka
W normie DIN 17465 „Warunki techniczne dla odlewów ze stali żaroodpornej” osobno określono skład chemiczny, właściwości mechaniczne w temperaturze pokojowej i właściwości mechaniczne w wysokiej temperaturze różnych gatunków staliwa żaroodpornego.
5) Norma japońska
Gatunki zawarte w JISG5122-2003 „Odlewy ze stali żaroodpornej” są zasadniczo takie same, jak w amerykańskiej normie ASTM.
6) Norma rosyjska
Istnieje 19 gatunków staliw żaroodpornych określonych w GOST 977-1988, w tym stale żaroodporne średnio- i wysokochromowe.

Wpływ składu chemicznego na żywotność stali żaroodpornej
Istnieje wiele różnych pierwiastków chemicznych, które mogą wpływać na żywotność stali żaroodpornej. Efekty te objawiają się zwiększeniem stabilności konstrukcji, zapobieganiem utlenianiu, tworzeniem i stabilizacją austenitu oraz zapobieganiem korozji. Na przykład pierwiastki ziem rzadkich, które są pierwiastkami śladowymi w stali żaroodpornej, mogą znacznie poprawić odporność stali na utlenianie i zmienić jej termoplastyczność. Jako podstawowe materiały, czyli stale żaroodporne i stopy, wybiera się zazwyczaj metale i stopy o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia, wysokiej energii aktywacji samodyfuzji lub niskiej energii błędu ułożenia. Różne stale żaroodporne i stopy wysokotemperaturowe mają bardzo wysokie wymagania dotyczące procesu wytapiania, ponieważ obecność wtrąceń lub pewnych wad metalurgicznych w stali obniży granicę wytrzymałości materiału.

Wpływ zaawansowanych technologii, takich jak obróbka przesycająca, na żywotność stali żaroodpornej
W przypadku materiałów metalowych zastosowanie różnych procesów obróbki cieplnej będzie miało wpływ na strukturę i wielkość ziaren, zmieniając w ten sposób stopień trudności aktywacji termicznej. Przy analizie uszkodzeń odlewów bierze się pod uwagę wiele czynników prowadzących do awarii, głównie zmęczenie cieplne prowadzące do inicjacji i rozwoju pęknięć. Odpowiednio, istnieje szereg czynników wpływających na inicjację i propagację pęknięć. Wśród nich zawartość siarki jest niezwykle ważna, ponieważ pęknięcia powstają głównie wzdłuż siarczków. Na zawartość siarki wpływa jakość surowców i ich wytapianie. W przypadku odlewów pracujących w atmosferze ochronnej wodoru, jeśli w wodorze będzie zawarty siarkowodór, odlewy zostaną zasiarczone. Po drugie, adekwatność obróbki roztworem będzie miała wpływ na wytrzymałość i twardość odlewu.