44. Износостойкие стали. Сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с заданным коэффициентом теплового расширения и заданными упругими свойствами

Для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения, применяют специальные износостойкие стали — шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые. Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу (ГОСТ 801-60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей. Они содержат около 1%Сu, 0,6—1,5% Сr.

Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5—2% С и до 2% Сr) используют для изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фасонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна. Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звеньев гусениц и т.п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (при температуре 1000—1100 ^оС) при охлаждении на воздухе.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением применяют для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений и реостатов. Сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии. Этим требованиям отвечают железохромоалюминиевые сплавы, например марок Х13Ю4(до 0,15%С; 12-15% Сr; 3,5-5,5% А1),0Х23Ю5 (до 0,05% С; 21,5-23,5% Сr; 4,6-5,3% А1); и никелевые сплавы, например марок Х15Н60 — ферронихром, содержащий 25% Fe, X20H80 — нихром.

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения содержат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром (до 0,05% С и 35— 37% Ni), почти не расширяется при температурах от -60 до +100 ^оС. Его применяют для изготовления деталей приборов, требующих постоянных размеров в интервале климатических изменений температур. Сплав 29НК, называемый коваром (до 0,03% С; 28,5— 29,5% Ni; 17—18% Со), имеет низкий коэффициент теплового расширения в интервале температур от -70 до +420 ^оС.

К сплавам с заданными упругими свойствами относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni; 19-21% Сr; 6,4-7,4% Мо, 39-41% Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионно-стойкий в агрессивных средах сплав.

45. Методы получения высококачественной стали

К методу специальной металлургии относят обработку синтетическими шлаками, электрошлаковый переплав, вакуумно-индукционный способ, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплав.

Обработка синтетическими шлаками. В разливной ковш перед выпуском стали наливают жидкий шлак, а затем с большой высоты мощной струей выпускают расплавленную сталь. Происходят энергичное перемешивание металла со шлаком и рафинирование стали. При этом сера, неметаллические включения, газы удаляются, резко повышаются прочность и пластичность стали.

Электрошлаковый переплав (ЭШП). Слиток из обычной стали перерабатывают в электрод, но плавление его происходит не под действием электрической дуги, а за счет тепла, выделяемого в слое расплавленного шлака, который является сопротивлением при прохождении через него тока. Электрод-слиток вводят в медный охлаждаемый кристаллизатор; заливают расплавленный шлак, состоящий из оксидов кальция, алюминия, хлористого кальция. Шлак обладает высоким электрическим сопротивлением, и при прохождении через него тока выделяется большое количество тепла.

Электронно-лучевой переплав. Применяется для изготовления деталей ракетной, космической техники, для получения тугоплавких металлов. Плавление металлов происходит в глубоком вакууме под действием потока электронов, излучаемых высоковольтной катодной пушкой. Излучаемые электроны направляются на металл, при столкновении с которыми металл плавится. Его капли стекают в водоохладитель и остывают.

Плазменно-дуговой переплав. Это наиболее экономичный и перспективный способ, в котором особо чистые, прочные и пластичные металлы получают с помощью плазмы, т.е. потока ионизированных газов, разогретых до десятков тысяч градусов. Плазменная дуга образуется между металлом и катодом плазмотрона.

Расплавка стали. Это операция, определяющая качество готового изделия. Сталь из печи выпускают в разливочный ковш, а затем направляют на разливку. Существуют два способа разливки: в изложницах, на установках непрерывной разливки стали. Изложницы — это чугунные формы. Разливка в изложницы происходит сверху или снизу. При разливке сверху сталь заливается в каждую изложницу отдельно, а при заливке снизу одновременно заливается несколько изложниц. Непрерывную заливку осуществляют на вертикальных и радиальных машинах.