Температура плавлення нержавіючої сталі і її використання + Відео

1. 1 Що таке температура плавлення і як вона себе проявляє у нержавіючих сплавів
2. 2 Від чого залежить температура розплавлення нержавіючих сталей
3. 3 Так яка вона, ця температура - кордону меж і значення для деяких сплавів
4. 4 Які параметри нагріву потрібні споживачам нержавійки?

Наша сеть партнеров Banwar

Температура плавлення нержавіючої сталі є однією з найважливіших фізичних характеристик металів і сплавів. Однак знання її величини на практиці необхідно досить вузькому ряду фахівців і промислово-виробничого персоналу підприємств, що мають відношення до ливарному справі. Всім же споживачам будь-якого прокату з нержавіючої сталі слід знати зовсім інші параметри цих сплавів - температури застосування і обробки для поліпшення якостей.

1 Що таке температура плавлення і як вона себе проявляє у нержавіючих сплавів

Температура плавлення - це таке значення нагріву кристалічного твердого тіла з будь-якого чистого речовини, при якому воно переходить в рідкий стан. Причому ця ж температура одночасно є і температурою кристалізації. Тобто у чистих речовин ці 2 температури збігаються. І, таким чином, при температурі плавлення чисте речовина може бути як в рідкому стані, так і в твердому.

Нержавіючі стали не є чистими речовинами

пропонуємо Вам ознайомитися

Якщо при цьому зробити додатковий нагрів, то речовина стане рідким, а його температура не буде змінюватися (підвищуватися), поки воно повністю все в даній системі (тілі) не розплавиться. Якщо ж навпаки, почати відведення тепла - охолоджувати речовина - то воно почне застигати (переходити в тверде кристалічний стан) і, поки повністю не затвердіє, його температура не зміниться (не знизиться).

Таким чином, температури плавлення і кристалізації мають однакову і таку величину для чистого речовини, при якій воно може перебувати в рідкому або твердому стані, а перехід в одну з цих фаз відбувається відразу і з наступною зміною температури при, відповідно, додатковому нагріванні або відведення тепла .

Сплави, в тому числі і нержавіючі, не є чистими речовинами. У них крім основного металу є додаткові легуючі елементи, а також домішки. Тобто сплави є сумішшю речовин. А у всіх без винятку сумішей речовин відсутня в загальноприйнятому (наведеному вище) розумінні температура плавлення / кристалізації. Вони, в тому числі і нержавіючі сплави, переходять з одного стану в інший в деякому певному діапазоні температур. При цьому температура початку переходу в рідку фазу (вона ж - застигання) має назву "точка солідусу". А температуру повного розплавлення називають "точка ликвидуса".

Точно виміряти температури солидус і ликвидус (плавлення) для більшості сумішей речовин, включаючи нержавіючі сплави, неможливо. Для їх визначення застосовують спеціальні розрахункові методи, що встановлюються ГОСТ 20287 і стандартом ASTM D 97.

2 Від чого залежить температура розплавлення нержавіючих сталей

Значення температури повного розплавлення (ликвидус) нержавіючої сталі залежить від хімічного складу сплаву, тобто від тих металів і домішок, з яких він складається. При цьому визначальна роль, зрозуміло, буде завжди за тим елементом, який основний або має найбільшу концентрацію. А домішки і легуючі добавки залежно від своєї концентрації тільки коректують температуру ликвидус основного або домінантного за змістом в сплаві металу в більшу або меншу сторону.

Ліквідус залежить від хімічного складу сплаву

Можна, для прикладу, розглянути леговані нержавіючі сплави. Це один з видів корозійностійких сплавів згідно класифікації нержавіючих сталей ГОСТ 5632-2014 (введеному замість стандарту 5632-72), за яким їх зараз виробляють. До речі, класифікація в цьому ГОСТ проведена виходячи з того, який склад нержавіючих сталей .

У легованих нержавіючих сплавах основним металом і елементом їх хімічного складу є залізо (Fe) з температурою плавлення 1539 оC. І ось як будуть впливати на температуру ликвидус таких сталей домішки і легуючі добавки залежно від своєї концентрації в%:

• вуглець (C), марганець (Mn), кремній (Si), сірка (S) і фосфор (F) - кожен по-своєму в тій чи іншій мірі знижують;
• молібден (Mo), титан (Ti), ванадій (V) і нікель (Ni) - в межах тих співвідношень, в яких використовуються для виготовлення нержавіючих сталей, знижують в тій чи іншій мірі (якщо розглядати сплави тільки з одного з цих елементів і заліза з будь-якими співвідношеннями цих металів, то починаючи з певної концентрації, підвищують назад);
• алюміній (Al) - в межах тих співвідношень, в яких він використовується для виготовлення нержавіючих сталей, ніяк не впливає (якщо розглядати сплави тільки з Al і Fе з будь-якими співвідношеннями цих металів, то починаючи з певної концентрації, значно знижує);
• вольфрам (W) - в межах тих співвідношень, в яких він використовуються для виготовлення нержавіючих сталей, знижує, поки його концентрація не досягає 4,4%, а потім незначно підвищує назад;
• хром (Cr) - в межах тих співвідношень, в яких він використовуються для виготовлення нержавіючих сталей, знижує, поки його концентрація не досягає 23 (22)%, а потім підвищує назад;
• нікель (Ni) - в межах тих співвідношень, в яких він використовуються для виготовлення нержавіючих сталей, знижує.

Варто докладніше зупинитися на впливі нікелю. Найбільший вплив він робить на температуру ликвидус (повного розплавлення) 2-х інших видів нержавіючих сталей стандарту 5632. Мова йде про сплави: одні - на залізонікелевій, а інші - на нікелевої основі. Характерна особливість складу перших - в них сумарна масова частка нікелю і заліза більше 65%, причому Fe є основним елементом, концентрація Ni варіюється в межах від 26 до 47%, а приблизне співвідношення між ними 1: 1,5. У сплавах, відлитих на нікелевої основі, нікелю не менше 50%, заліза може не бути взагалі, а максимальна його концентрація - 20%.

У цих двох видах сплавів у нікелю взагалі переважаюче в порівнянні з усіма вищевказаними домішками і легуючими металами вплив на температуру ликвидус. І це не дивно, адже в них Ni значно більше, ніж в нержавіючих легованих сталях (на основі заліза). У залізонікелевих і нікелевих сплавів в першу чергу через Ni їх температура ликвидус нижче температурного значення плавлення заліза. І вона близька до температури плавлення самого нікелю (яка дорівнює 1455 оC).

Причому в залізонікелевих сплавах нікель у міру зростання своєї масової частки сприяє тільки зниження температури ликвидус стали, тому що гранична його концентрація в них, як відзначалася вище, 47%. А в нікелевих сплавах зниження температури ликвидус спостерігається тільки до 68% змісту Ni. А подальше підвищення концентрації цього металу веде до зворотного підвищення температури повного розплавлення нікелевих сплавів.

3 Так яка вона, ця температура - кордону меж і значення для деяких сплавів

Температура ликвидус нержавіючих сталей варіюється в межах 1450-1520 оC. У легованих сплавів (на основі заліза) вона має значення приблизно від середини цього діапазону і до верхнього його межі в 1520 оC. У нікелевих - приблизно від середини і до нижньої межі в 1450 оC. Діапазон температур залізонікелевих сплавів знаходиться посередині і частково охоплює область значень для легованих і нікелевих сплавів.

Температура плавлення сталей варіюється в межах 1450-1520 оC

Температури повного розплавлення (ликвидус) для конкретних нержавіючих сплавів можна знайти тільки в деяких довідниках і статтях інтернету. У ГОСТах їх немає. І, як вказувалося вище, цю температуру неможливо заміряти. Її тільки розраховують для сплаву з певним складом, який згідно стандарту 5632 для однієї і тієї ж марки стали може варіюватися в процентному змісті практично всіх його елементів. Тому ті значення температури, які вказують будь-які джерела, не є точними, а лише приблизними.

4 Які параметри нагріву потрібні споживачам нержавійки?

Всім споживачам будь-яких виробів з нержавіючої сталі, що не збираються їх розплавляти (тобто утилізувати методом переплавки), зовсім не потрібно знати температуру плавлення цих сплавів.

Параметри термообробки вказані в додатку А стандарту 5632

Тим, хто займається проектуванням, розробкою та виготовленням деталей, продукції та конструкцій з нержавіючих сталей , А також їх експлуатацією, необхідно знати зовсім інші температурні параметри цих сплавів:

• параметри термообробки нержавійки - загартування, відпустки, отжига і так далі;
• температурні режими інших видів обробки - кування, зварювання і так далі;
• для корозійностійких марок - в якому інтервалі температур експлуатувати;
• для жаростійких марок - максимальна рекомендована температура застосування протягом тривалого часу (зазвичай становить до 10000 годин);
• для жароміцних марок - рекомендована температура застосування;
• для жаростійких і жароміцних марок - коли в повітряному середовищі починається інтенсивне окалинообразования.

Ці температури вказані в додатку А вищезгаданого стандарту 5632 і є у відповідних довідниках з металознавства, металообробці і так далі, а також повинні бути в документації виробників на відповідні марки нержавіючої сталі. І ці температури набагато нижча за ту, при якій починається плавлення нержавіючих сталей. Так що, якщо орієнтуватися на останню, то при тому чи іншому використанні виробів з нержавійки їх необхідні для певного виду застосування фізичні властивості будуть втрачені задовго до розплавлення.