Основни конструкционни метали

1.1. Чугуни
Чугунът представява многокомпонентна сплав на железото с въглерод и други елементи,
като силиций, манган, фосфор. Съдържанието на въглерод в чугуните варира от 2.8% до 3.7% ,
като по-голямата част от него се намира в свободно състояние и само 0.8-0.9 % е в свързано
състояние – във вид на циментит ( железен карбид). Съдържанието на компонентите обикновенно
е : С- 3.0-3.6%, Si – 1.6-2.4%, Mn – 0.5-1.0%, P – до 0.8%, S – до 0.12%. В сравнение със стоманата
той има добри свойства на леене и ниска пластичност. Той е един от най-употребяваните в
техниката материали.
Като конструкционен материал в химическото машиностроене широко се използват различни
видове чугуни за изработване на машини , апарати и съоръжения работещи в агресивни и
некорозионни среди , като например : обикновен сив чугун, ниско- и високолегирани, аустенитни
и други видове чугуни.
Чугуните, съдържащи големи количества свързан въглерод, са корозионно устойчиви.
Чугуните съдържащи сферична форма на графит (въглерод) са по-устойчиви на агресивни среди ,
по-устойчиви са и на износване , отколкото чугуните с пластинчат графит. До 30 – 40 % се
повишава корозионната устойчивост на отлятите чугунени детайли, когато не е нарушена тяхната
повърхност. Дръскотините на повърхността или механическата обработка способства за
развитието на корозия.
В практиката се използват най-много следните видове чугуни:
– сив чугун – основен материал за отливане на различни видове апарати , детайли,
опори и др. елементи на химическото машиностроене. Обозначава се с началните му букви СЧ и
стойностите на пределната якост на опън и огъване. Например , СЧ 12 – 28 означава : СЧ – сив
чугун , с пределна якост на опън 12 кгс/мм 2 и пределна якост на огъване 28 кгс/мм 2 .
– нисколегирани чугуни ( с добавка на хром , никел и молибден ) – предназначени
за работа при повишени температури и газови среди , корозионно устойчиви на основи и разтвори
на тяхните соли ( СЧШ1, СЧШ2 и др. )
– силнолегирани силициеви чугуни – устойчиви са на азотна , солна , фосфорна и
мравчена киселини при всякакви концентрации. Тези чугуни са устойчиви и в среда на кислород ,
въглероден двуоксид, сероводород и сернист газ при температура до 9000 С , а така също и в
газообразен хлор , хлороводород и азотни окиси при температура до 5000 С. Не са достатъчно
устойчиви в среда на солна киселина при температура над 300 С , във флуороводородна киселина ,
флорни съединения и в концентрирани основи.
Най-добри съчетания на механическите и корозионните свойства има чугун , съдържащ 16
% Si , около 0,7 % С и 0,3 % Mn.
– силициевомолибденови чугуни – стойчиви са при всякакви температури и
концентрации на солна киселина.
– аустенитни чугуни – те са широко използвани и имат технологичните свойства на
сивите чугуни. Нирезист има висока устойчивост при нормална температура в редица органични
2
киселини – оцетна, мравчена и др. Устойчивостта му е 5 – 10 пъти по-голяма от тази на сивия
чугун в сярна , оцетна , мравчена киселини , сода каустик и редица основи.
– високохромисти чугуни – имат висока устойчивост в много органични киселини ,
морска и промишлена вода, разтвори на соли , азотна и концентрирана сярна и оцетна киселини.
– антифрикционни чугуни – в редица възли на химичното оборудване с повишено
триене могат да се използват антифрикционни чугуни. Същите имат висока износоустойчивост ,
относително ниска цена и добри технологични свойства при отливане.Те съдържат не големи
количества силиций 2,2 – 2,4 % и по малки количества манган, никел, мед и алуминий.
1.2. Стомани
С т оманата също представява многокомпонентна сплав на железото с въглерода и други
елементи, като съдържанието на С е до 1.5%, а в конструкционните стомани не превишава 0.7%.
С повишаване съдържанието на въглерода в стоманата се повишава нейната якост (здравина), но
се намалява нейната пластичност и се влошава заваряемостта й. За такива стомани съдържанието
на С е до 0.3%, а за легирани до 0.2%.
С т о маните са едни от най-разпространените конструкционни материали поради своите
свойства и характеристики, като: здравина, устойчивост на динамични натоварвания, спсобност да
се отлива, щампова, кове, закалява, заварява, да се обработва термично и да променя своите
свойства в широки граници – в зависимост от състава, термичната и механична обработка.И не на
последно място са цената и нейната достъпност.
М арките на конструкционните стомани се обозначават чрез сьчетание на букви и цифри,
което обозначение дава вьзможност да се получи представа за химичния сьстав на стоманата, за
разлика от означаването на чугуните , кьдето е вьзприето обозначаването на механичните им
свойства.
В различните марки стомани, е вьзприето химичните елементи да се обозначават с главни
букви, а именно:
В-волфрам Г-манган М-молибден Н-никел С-силиций
Т-титан Ф-ванадий Х-хром Ю-алуминий Б-ниобий
А-висококачествените стомани накрая имат буква А.
В с яка стомана има свое обозначение. Например: 1Х1 8Н9Т , кьдето 1 показва средното
сьдьржание на вьглерода в стотни от процента. Буквите означават сьдьржанието в стоманата на
един или друг елемент, а цифрите от дясно – процентното сьдьржание на тези елементи в
стоманата, при условие, че сьдьржанието е повече от 1-1,5 % . Така тази марка стомана сьдьржа
около 0,01 % вьглерид, 18 % хром, 9 % никел и около 1 % титан.
1.2.1. Въглеродни стомани
– Ст2 – не голяма якост, висока пластичност. Използва се за нитове, шайби,
уплътнения и др.
– Ст3 – за изработване на хим. апаратура ( корпуси, дъна, фланци и др. ).
– Ст4 – повишена якост (оси, тръбни решетки, фланци, болтове и др ).
– Ст5 – валове, бутални прътове, шпонки и др.
– Ст6 – повишена якост ( закалени валове , винтове, втулки, зъбни колела, червячни
колела и др.)
– Ст7 – изработване на детайли с повишена якост.
1.2.2. Въглеродни качествени стомани
К а чественните въглеродни стомани имат повишени якостни и пластични свойства и се
използват за отговорни детайли за работа в некорозионни среди , като съдове под налягане , оси ,
валове и др.
3
– Ст8; Ст10 – за емайлирани съдове, пълнежи на синтезколони, за детайли
изработвани чрез изтегляне .
– Ст15 – изработване на детайли подлагани на цементация.
– Ст20 – за тръби, резервоари, парни котли и др.
– Ст25 – фланци, гайки, тръби, резервоари, бакова апаратура и др.
– Ст30; Ст35 – фланци, болтове, апарати за високо налягане, различни заготовки,
ковани изделия.
– Ст40 – за движещи се детайли, детайли с висока якост, заготовки.
– Ст45; Ст50 – тежко натоварени детайли, валове, апарати за високо налягане.
1.2.3. Конструкционни легирани стомани
Влиянието на легиращите елементи върху качеството на стоманата е:
– В (волфрам) – увеличава твьрдостта на стоманата, използва се за легиране на
инструментални и бьрзорежещи материали.
– Г (манган) – при повече от 1 % повишава якостните свойства на стоманата. До 10-
15 % в аустенитните стомани подобрява качеството им на удари и ерозия (изнесоустойчивост) .
– М (молибден) – повишава якостните свойства и при високи температури. При
добяването му се сьздават условия за равномерна и дребнозьрнеста структурата на
материала.Добавката му кьм хромникеловите стомани дава устойчивост кьм хлориди .
– Н (никел) – повишава якостта, пластичността и вискозитета на стоманите. Тези
свойства се усилват с добавката на хром .
– С (силиций) – добавка по-малко от 0,5 % увеличава якостта, корозионната
устойчивост, температуроустойчивостта на материалите .
– Т (титан) и Б (ниобий) – карбидообразуващи елементи, увеличаващи якостта и
устойчивостта кьм интеркристална корозия .
– Ф (ванадий) – увеличава пластичността , дребнозьрнестата структура на материала,
подобрява заваряемостта. Увеличава устойчивостта при протичане на водородна корозия .
– Х (хром) – подобрява механическите качества, износоустойчивостта,
кисилиноустойчивостта, температуроустойчивостта на стоманата .
Изпол зв ането едновременно на няколко легиращи елемента силно подобряват
конструкционните свойства на стоманите.
1.2.4. Специални легирани стомани
Конструкционните легирани стомани се използват за работа в корозионни среди и за
специално предназначение, например:
– 35Х – изработване на апарати за високо налягане , детайли с висока якост и
износоустойчивост .
– 15ХФ – тръбопроводи за високо налягане и температури по-малки от 250 градуса С
, шпилки, болтове и др. детайли .
– 40ХН – колянови валове, кръстоглави, шатуни, зъбни колела, отговорни детайли .
– 12ХНЗ, 12ХНЗА – отговорни детайли, работещи при високи натоварвания и
износване .
– 20ХНЗА – за отговорни болтове, шпилки и др..
– 30ХМА – тръбопроводи ВН, отговорни детайли ( болтове, шпилки ВН ).
– 35ХЮА, 38ХМЮА – за особено твърди детайли , работещи на износване .
– 30ХГСА – за изработване на заготовки .
1.2.5. Неръждаеми стомани
Хромирани стомани.
Тези стомани са корозионно устойчиви в атмосферни условия, имат добри
температуроякостни свойства . Издържат добре на въздействието на : морска вода, водна пара,
азотна киселина, борна киселина и др. Не издържат на : солна и сярна киселини и тяхните соли.
4
– 1Х13 – за изработване на вътрешни детайли на апаратите при синтез на амоняк,
арматура, за детайли с умерена твърдост и повишена пластичност , ниски напрежения .
– 2Х13 – валове, бутални прътове, болтове, детайли на вентили, изискващи повишена
якост.
– Х17 – за оборудване на азотна киселина ( абсорбционни кули , топлообменници на
нитрозни газове , гореща азотна киселина, резервоари, тръбопроводи). За оборудване на заводите
на хранително вкусовата промишленост.
Хромникелови стомани.
Тези стомани са корозионно устойчиви, добре се заваряват, но механическата им обработка е
затруднена. Използват се при изработване на оборудване за : азотна , фосфорна и слаби
неорганични киселини , органични киселини и морска вода. Не издържат на солна киселина,
флуороводородна киселина, железен хлорид, меден хлорид, разтопена калиева основа и сода ,
хромова киселина.
Стоманите 1Х18Н9 и 2Х18Н9 се подават на интеркристална корозия при температури 600 –
8500 С. При добавка на титан към тези стомани се получава стомана 1Х18Н9Т и не се наблюдава
интеркристална корозия.
Хромникелмолибденови стомани.
Тези стомани са химически устойчиви в сярна и серниста киселини , на разтвори на тяхните
соли и др. Използват се :
– 1Х18Н9 и 2Х18Н9 – за детайли и апарати, работещи в корозионна среда без
използването на ел. Заварка .
– 1Х18Н9Т и 12Х18Н10Т – за детайли и апарати, работещи в корозионни условия , с
използването на ел. заварка .
– Х18Н12М2Т и Х18Н12М3Т – за детайли и апаратури работещи в силно
корозионна среда .
– Н70Мо – халстеллой, устойчива стомана и на кипяща солна киселина
Температуроустойчиви стомани.
Използват се за детайли и апарати работещи при високи температури до 11000С, без
натоварване. В зависимост от температуроустойчивостта всички метали се разделят на шест класа
– напълно устойчив < 0,1 , g/m2h – устойчив 0,1 – 0,3 – достатъчно устойчив 0,3 – 1 – относително устойчив 1 – 3 – малко устойчив 3 – 10 – не устойчив >10
В промишлеността се използват топлоустойчиви стомани при работна температура до 8000 С,
имащи висока механична якост, като :
– Х5МА – тръби, детайли на помпи и задвижки, работещи при високи температури.
– 4Х14Н14В2М – детайли за клапани , тръбопроводи и др.
Използват се и температуроустойчиви стомани, работещи при температура до 11000 С, но без
натоварвания. Те имат и добра киселиноустойчивост. Това са :
– Х28 и Х25Т – за детайли работещи при висока температура и тежки корозионни
условия .
– Х23Н18 – за температури до 8000 С и до р=50 atm. в кисели среди .
– Х18Х 25С2 – за детайли работещи при високи температури и тежки корозионни
условия .
– Г12 ( Г13 ) – високоманганова стомана , използва се за изработване на брони на
топкови мелници , за мелещи тела и др. детайли при тези условия ( тип Гадфильд ) .
Двуслойни стомани ( би стомани ).
С цел икономии на дефицитни легирани стомани се използва двуслоен листов прокат , където
дебелия основен слой от въглеродна стомана, е покрит от по-тънък слой легирана стомана .
5
Дебелината на въглеродната стомана се определя от условията на якост , а дебелината на
плакиращия слой ( легираща стомана ) е не по – малка от 2мм. А при дебелостенни апарати е не
по-малка от 5-6 мм. Максималната допустима работна температура за биметала е 450 o С. При по-
високи температури е възможно разслояване. При заваряване първо се заварява въглеродната
стомана, а после плакиращата.
1.3. Цветни метали
В химическото машиностроене широко се използват цветните метали като мед, алуминий,
дуралуминий, никел, титан, олово и др.
– Мед ( Сu ) – има много добри пластични свойства, добре се заварява и запоява с
меки ( 120 0 С ) и твърди ( 840 – 900 0 С ) припои. Използва се за изработване на апарати в
химическата, химикофармацефтичната и хранителновкусовата промишлености, криогенната
техника и други отрасли, като топлообменници, ректификационни колони, резервоари и други.
– Алуминий ( Al ) – За изработване на химическа апаратура се използват следните
марки АОО и АО със съдържание на алуминий съответно не по-малко от 99,9 и 99,6 % .
Алуминият е излкючително корозионно устойчив на много среди , в т.ч. концентрирана азотна
киселина, фосфорна и оцетна киселини, много органични съединения , сух хлор и сух
хлороводород, сернисти съединения и пари на сярата.
Алуминият има 4,5 пъти по добра топлопроводност от стоманата, почти 3 пъти по-лек е от
нея и има висока пластичност. Добре се щампова, но лошо се реже. Трудно се лее и заварява. Има
малка якост . Допустима работна температура на материала 150 0 С.
– Титан ( Ti ) – Използваните в последно време титан и титанови сплави в
химическото машиностроене, се отличават: с висока якост при малко относително тегло, висока
корозионна устойчивост , допущащи работна температура до 600 0 С . Титана добре се подава на
механическа обработка. От него се изработват : обемни , колонни и топлообменни апарати,
филтри, цернтрофуги, помпи, арматура, тръбопроводи и др. В химическото машиностроение се
използва технически чист титан марка ВТ-1-О ( ВТ-1-0 , ВТ-1-1 ), повишена якост – ВТ-14, ВТ-15
и температуро – устойчиви титанови сплави до 400 0 С – ВТ-8, ВТ-9. Титанът е скъп и затова
интерес представлява покритие на апаратура с тънки титанови листове.
– Никел – Добре се излива, кове и щампова. Заварява се с никелови електроди в
атмосфера на инертен газ. Употребява се в случаите, когато е необходима много голяма чистота на
получавания продукт. Във вид на конструкционен материал много рядко се използва.
– Тантал – Има много висока химическа устойчивост при работа в сярна, азотна,
фосфорна и кипяща солна киселина. Той е изключително скъп материал ( 100 пъти по скъп от
аустенитовата хромникелова стомана).Използва се само като изолация във вид на тънко фолио за
топлообменни и реакционни апарати, работещи в условия на силна корозия. Той е устойчив до
1200 0 С.
– Олово – е устойчиво в много агресивни среди в т.ч. и в сярна киселина и нейните
соли. Стойността му е висока.Има голямо относително тегло и малка износоустойчивост.От него
се изработват листове, тръби и др. Използването му в химическото машиностроене намалява с
появата на много високоустойчиви неръждаеми стомани и полимерни конструкционни материали.
1.4. Сплави
В химическата промишленост широко се използват сплавите на цветните метали.Те се
използват като конструкционен материал за машини и части подложени на изтриване и за части
със специално предназначение.Като корозионноустойчиви материали по-рядко се използват.
Най-разпространени са сплавите на медта. Медните сплави се разделят на :
– бронзове – всички медни сплави , със съдържание на цинк до 20% и легиращи
елементи като: алуминий, силиций, олово, никел, желязо, манган и др.;
– месинги – медни сплави , в които преобладаващ легиращ елемент се явява цинкът
(от 20 до 50 % )
Бронзове се обозначават с буквите Бр и условните обозначения на компонентите , освен
медта ( А – алуминий, B- берилий, Ж – желязо, К – силиций, Мц – манган, Н – никел, О – калай, С
6
– олово, Ц – цинк, Ф – фосфор ) и цифри , отразявящи процентното съдържание на съответните
компоненти в проценти. Например, Бр 010Ф1 обозначава бронз със съдържание на 10 % калай и 1
% фосфор. Бронзовете са универсални, добре работят при различни условия. Най-приложими в
химическите производства са оловните, алуминиевите, алуминий-желязно-никеловите и
силициевите бронзове.Те притежават добри механични свойства и са корозионоустойчиви.
Например: алуминиевия бронз БрАЖ4 работи много добре в морска вода, и е
корозионноустойчив.
Месинги може да бъде двойна сплав ( Cu – Zn ) и сложните сплави , допълнително
съдържащи : олово, силиций, манган, алуминий, желязо, никел, калай.
Месингът се обозначава с буквата Л и условните обозначения на основните компоненти на
сплавта , а също така и числата , изразяващи средните стойности на компонентите на сплавта.
Месингите са корозионноустойчиви и притежават добри механични свойства при ниски
температури.Имат добра електропроводимост и са подходящи за токопроводими детайли,
подложени едновременно на механични натоварвания.
Сплави на алуминия – Дуралуминият представлява сплав на алуминия с няколко процента
мед. Той има повишени якостни качества и малко относително тегло в сравнение с другите
алуминиевите сплави .
Сплави на цветни метали – ПРИПОИ
Припоите представляват сплави на цветните метали – калай , олово, цинк, мед, сребро и др.
Те служат за съединяване на метални изделия и се разделят на 3 групи :
– меки припои – с температура на топене 183-2800 С.
– сребърни припои – с температура на топене 740-8300 С.
– твърди припои – с температура на топене 850-8850 С.
Меките припои представляват сплави основно на калай с олово (до 40% калай). Те имат
малка твърдост , добре се обработват и допускат работа при значителни скорости и
налягания.Твърдите медно-цинкови ( до 48-54% мед, останалото цинк) и месинговите ( до 62%
месинг) припои имат висока температура на топене и много добра механична устойчивост.

Back to Top