La clasificación de acero resistente al calor y aleación resistente al calor

Hora de publicación: 06 / 24 2021 Autor: Editor del sitio Visita: 11660

Los materiales resistentes al calor como el acero resistente al calor y las aleaciones resistentes al calor se utilizan ampliamente en componentes como motores, motores de combustión interna, calderas de generación de energía térmica, turbinas, equipos de tratamiento de incineración de residuos, hornos de tratamiento térmico, calentadores, etc., y son materiales indispensables para muchas industrias. Japón necesita importar una gran cantidad de energía del extranjero, por lo que, para Japón, se debe mejorar la eficiencia energética. Para mejorar la eficiencia energética de varios equipos, es necesario mejorar el rendimiento de los materiales resistentes al calor. La mejora del rendimiento de los motores de los automóviles y la reducción de las emisiones de contaminantes ambientales de las fábricas dependen en gran medida del desarrollo de materiales resistentes al calor que puedan funcionar durante mucho tiempo en temperaturas más altas y entornos más duros. El desarrollo de la industria también depende del desarrollo de materiales resistentes al calor. Agregar o aumentar elementos como Ni, Co, Mo, W, Ti, Nb es un método eficaz para mejorar el rendimiento de aceros resistentes al calor, aleaciones resistentes al calor y otros materiales resistentes al calor, y muchos aceros resistentes al calor y al calor. Se han desarrollado aleaciones resistentes utilizando este método. . Debido a la limitación del área de producción de elementos raros y al aumento de la demanda de elementos raros, el suministro inestable de elementos de aleación en acero resistente al calor y aleaciones resistentes al calor conduce a grandes fluctuaciones de precios.

Hay muchos tipos de aceros resistentes al calor y aleaciones resistentes al calor. Estos materiales se utilizan en diferentes entornos, rendimientos requeridos y precios aceptables. Por ejemplo, la temperatura máxima de la válvula de admisión de un motor de automóvil es de solo 500 ° C como máximo, por lo que el material utilizado es acero martensítico resistente al calor. Las aleaciones a base de Ni son materiales excedentes para las válvulas de admisión de los motores de automóviles y son demasiado caras. Por lo tanto, los materiales resistentes al calor deben usarse de manera diferente. Por otro lado, la reducción de costos es un tema eterno en la industria manufacturera. Por lo tanto, cómo utilizar materias primas más baratas para producir materiales con el mismo rendimiento es un requisito para los materiales resistentes al calor. Japón desarrolló los aceros provinciales resistentes al calor Ni y Mo en la Segunda Guerra Mundial. Desde entonces, Japón ha desarrollado materiales resistentes al calor que ahorran recursos durante más de 60 años.

Acero resistente al calor, aleación resistente al calor

No existe una regulación clara sobre la diferencia entre acero resistente al calor y aleación resistente al calor. Por lo general, el contenido del elemento de aleación es inferior al 50% se denomina acero resistente al calor, y el contenido del elemento de aleación es superior al 50% se denomina aleación resistente al calor. Los estándares japoneses de acero resistente al calor incluyen JIS G4311, G4312 y varios estándares de la serie SUH. De acuerdo con la estructura de la matriz diferente, el acero resistente al calor se puede dividir en acero ferrítico resistente al calor, acero martensítico resistente al calor, acero austenítico resistente al calor y acero resistente al calor endurecido por precipitación. JIS G5122 estipula el acero fundido resistente al calor de la serie SCH, pero no clasifica los grados de acero según la estructura de la matriz, mezclando acero ferrítico resistente al calor, acero martensítico resistente al calor y acero austenítico resistente al calor. En términos de aleaciones resistentes al calor, JIS G 4091 y 4092 son aleaciones resistentes al calor basadas en NCF y no están clasificadas, pero todas son aleaciones austeníticas resistentes al calor. Hay aleaciones resistentes al calor que no están disponibles en JIS en las normas ASTM, AMS y DIN. Además, también es una práctica común utilizar la fábrica de la empresa de desarrollo de aleaciones para nombrar grados de aleación, como Inconel Alloy®. Además, hay varios materiales nuevos resistentes al calor desarrollados por algunas fábricas de materiales, que aún no se han incluido en la norma. Varios materiales resistentes al calor tienen tanto ventajas como desventajas, y deben seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. La Tabla 1 muestra las composiciones químicas y usos de aceros resistentes al calor representativos y aleaciones resistentes al calor en JIS. La Figura 1 muestra la temperatura de durabilidad de varios aceros resistentes al calor y aleaciones resistentes al calor. A continuación se describen las características de varios materiales resistentes al calor y el papel de los elementos de aleación.

2 Acero ferrítico resistente al calor

El acero ferrítico resistente al calor representativo ampliamente utilizado es el SUS430 con bajo C-17% Cr. El Cr es un elemento que mejora la resistencia a la corrosión a altas temperaturas del acero y es un elemento indispensable en el acero resistente al calor. SUS430 tiene buena resistencia a la oxidación. Debido a que no hay otros elementos en acero, SUS430 es más económico. Sin embargo, SUS430 no se endurece después del enfriamiento a alta temperatura y su resistencia a alta temperatura es baja, por lo que solo se puede usar para piezas que no requieren resistencia. Por otro lado, debido a que SUS430 tiene un pequeño coeficiente de expansión térmica y el acero austenítico resistente al calor tiene un gran coeficiente de expansión térmica, es mejor usar SUS430 para piezas que son propensas a la fatiga térmica debido a cambios repetidos de temperatura. Además, cuando se usa SUS430 durante mucho tiempo a aproximadamente 500 ° C, se volverá quebradizo debido a la precipitación de fases frágiles, por lo que se debe tener cuidado. Además del Cr, el Al también es un elemento que mejora la resistencia a la oxidación. A altas temperaturas, el Al forma Al2O3 en la superficie de la cascarilla de óxido, que se convierte en una película protectora fuerte y juega un papel en la mejora de la resistencia a la oxidación. El acero resistente al calor que utiliza este efecto de Al es FCH1. FCH1 es un acero resistente al calor con un 5% de Al añadido al 25% de acero Cr para los elementos calefactores. Tiene buena resistencia a la oxidación por debajo de 1200 ° C.

3 Acero martensítico resistente al calor

Los aceros martensíticos resistentes al calor representativos son los aceros SUS12 y SUS403J410 al 1% Cr con un contenido de C de aproximadamente el 0.1%. Estos aceros resistentes al calor se endurecen mediante temple a alta temperatura y luego se revenido. El M23C6 se precipita sobre la martensita de la fase madre y se puede mantener una alta resistencia por debajo de 600 ° C. Si se agrega Mo para aumentar la resistencia al ablandamiento por revenido, la alta resistencia se puede mantener aún más. El acero martensítico resistente al calor se ablandará a una temperatura alta por encima de los 600 ° C, lo que hará que su resistencia disminuya drásticamente. Por lo tanto, el acero martensítico resistente al calor es adecuado para piezas que requieren resistencia a altas temperaturas a una temperatura de trabajo de 500-600 ° C o menos. Además, dado que el contenido de Cr del acero martensítico resistente al calor es menor, 12%, y una parte de Cr también se consume en los carburos, no se puede garantizar el contenido de Cr en la fase madre, por lo que la resistencia a la oxidación del martensítico resistente al calor El acero a menudo no es tan bueno como el acero ferrítico resistente al calor y el acero austenítico resistente al calor. Los elementos Si y Al, que mejoran la resistencia a la oxidación, también pueden formar una película protectora en la escala del acero martensítico resistente al calor. Hay aceros martensíticos resistentes al calor SUH3 y SUH11 que agregan Si para mejorar la resistencia a la oxidación. Estos aceros resistentes al calor se utilizan principalmente para válvulas de admisión de motores y pernos resistentes al calor.

4 Acero austenítico resistente al calor

Cuando se agrega Cr al acero, el elemento estabilizador de austenita Ni se agrega al mismo tiempo, y el acero es una estructura de austenita estable a todas las temperaturas. Los aceros austeníticos comunes son SUS304 y SUS310. Como todos sabemos, SUS304 es acero inoxidable resistente a la corrosión, pero SUS304 también se puede utilizar como acero resistente al calor. Por debajo de 600 ° C, la resistencia del acero austenítico resistente al calor se encuentra entre el acero martensítico resistente al calor y el acero ferrítico resistente al calor; por encima de 600 ° C, la resistencia es mayor que la del acero martensítico resistente al calor. Además, SUS304 por debajo de 800 ° C, SUS310 por debajo de 1000 ° C, tiene una buena resistencia a la oxidación cuando se realizan calentamiento y enfriamiento repetidos. Sin embargo, cuando se usa durante mucho tiempo a 700-900 ° C, las fases frágiles precipitarán, haciendo que el material sea frágil. Además, dado que el coeficiente de expansión térmica de SUS304 y SUS310 es mayor que el del acero martensítico resistente al calor y el acero ferrítico resistente al calor, es probable que se produzcan daños por fatiga térmica y se debe prestar atención a estos dos puntos.

Cuando se requiere resistencia a altas temperaturas, el acero austenítico resistente al calor se puede mejorar aún más mediante el fortalecimiento por precipitación y el fortalecimiento de la solución sólida. El acero austenítico resistente al calor utilizado para las válvulas de escape del motor es SUH35. La adición de C al acero mejora la resistencia a altas temperaturas del SUH35 mediante el uso de un refuerzo por precipitación de carburo y un refuerzo de solución sólida mediante la adición de N. Al aumentar el contenido del elemento estabilizador de austenita Mn, incluso si el contenido de Ni es del 4%, una estructura de austenita puede Ser obtenido. El SUH660 utilizado para pernos resistentes al calor y resortes resistentes al calor se fortalece por la precipitación de la fase γ (Ni3 (Al, Ti)) debido a la adición de Al y Ti.

5 Acero resistente al calor reforzado contra la precipitación

Según la estructura de la matriz, el acero resistente al calor se puede dividir en acero austenítico resistente al calor, acero martensítico resistente al calor y acero ferrítico resistente al calor. El grado representativo de acero martensítico resistente al calor es SUS630. Después del tratamiento de envejecimiento a 500 ℃, SUS630 precipita la fase ε (fase Cu) en la matriz de martensita de bajo C para mejorar la resistencia del acero. Sin embargo, cuando la temperatura supera los 500 ° C, la fase ε se vuelve más gruesa y la estructura de martensita también cambia, lo que reduce la resistencia del acero. Por lo tanto, SUS630 se utiliza principalmente para piezas de turbinas por debajo de 500 ° C. El componente principal del acero SUS630 es 17Cr-4Ni-4Cu, el contenido de Ni no es demasiado alto y, teniendo en cuenta la estabilidad de la austenita, el contenido de Ni no se puede reducir, por lo que no es un acero de desarrollo que ahorre recursos.

6 aleación resistente al calor

Mientras desarrollaba acero resistente al calor, Japón también ha estado desarrollando aleaciones resistentes al calor. Para mejorar la resistencia al calor, se agregan a la aleación Cr, Ti, Al, Nb y otros elementos. Según el mecanismo de fortalecimiento, las aleaciones resistentes al calor se pueden dividir en aleaciones resistentes al calor reforzadas con solución sólida y aleaciones resistentes al calor reforzadas por precipitación. Las aleaciones representativas resistentes al calor reforzadas con solución sólida son NCF600, 601, 609 (equivalente a Inconel Alloy 600, 601, 609) y las aleaciones representativas resistentes al calor reforzadas por precipitación son NCF718 y 750 (equivalente a Inconel Alloy 718, X750) Y NCF800H (equivalente a Inconel Alloy 800H). La aleación resistente al calor reforzada con solución sólida se somete a un tratamiento de envejecimiento y la resistencia y la dureza no aumentan, por lo que la resistencia a altas temperaturas no es alta. Por lo tanto, en comparación con las piezas estructurales que requieren resistencia a altas temperaturas, es más adecuado para entornos corrosivos, incluidos los entornos de alta temperatura. Piezas que requieren durabilidad. Las aleaciones resistentes al calor reforzadas por precipitación contienen Al, Ti y otros elementos. Al igual que SUH600, la fase γ se precipita, lo que mejora la resistencia y dureza de la aleación. Por lo tanto, las aleaciones resistentes al calor reforzadas por precipitación son adecuadas para resortes, pernos, piezas de motor, etc. que requieren altas temperaturas. Partes de fuerza.

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