Точка на топене на неръждаема стомана и нейните приложения Видео

Точката на топене на неръждаемата стомана е една от най-важните физически характеристики на металите и сплавите. Но познаването на неговата стойност на практика е необходимо за доста тесен брой специалисти и промишлен и производствен персонал на предприятия, свързани с леярския бизнес. Всички потребители на всякакви валцувани продукти от неръждаема стомана трябва да знаят напълно различни параметри на тези сплави - температури на приложение и обработка, за да подобрят качествата си.

1 Каква е точката на топене и как се проявява в неръждаемите сплави

Точката на топене е стойността на нагряване на кристално твърдо вещество от всяко чисто вещество, при което то преминава в течно състояние. Освен това същата температура е едновременно и температурата на кристализация. Тоест за чистите вещества тези 2 температури съвпадат. И по този начин в точката на топене чистото вещество може да бъде както в течно, така и в твърдо състояние.

Ако в същото време се извърши допълнително нагряване, тогава веществото ще стане течно и температурата му няма да се промени (повиши), докато не се разтопи напълно в разглежданата система (тяло). Ако, напротив, започнем да премахваме топлината - да охладим веществото - тогава то ще започне да се втвърдява (преминава в твърдо кристално състояние) и докато не се втвърди напълно, температурата му няма да се промени (няма да намалее).

По този начин температурите на топене и кристализация са еднакви и такава стойност за чисто вещество, при което то може да бъде в течно или твърдо състояние, а преходът към една от тези фази става незабавно и с последваща промяна на температурата със съответно допълнително нагряване или отнемане на топлина.

Сплавите, включително неръждаемите, не са чисти вещества. В допълнение към основния метал, те съдържат допълнителни легиращи елементи, както и примеси. Тоест сплавите са смес от вещества. И за всички, без изключение, смеси от вещества, няма температура на топене / кристализация в общоприетото (посочено по-горе) разбиране. Те, включително неръждаемите сплави, преминават от едно състояние в друго в определен температурен диапазон. В този случай температурата на началото на прехода към течната фаза (това също е втвърдяване) се нарича "точка на солидус". А температурата на пълното топене се нарича "точка на ликвидус".

Невъзможно е да се измерят точно температурите на солидус и ликвидус (топене) за повечето смеси от вещества, включително неръждаемите сплави. За определянето им се използват специални методи за изчисление, установени от GOST 20287 и ASTM D 97.

2 Какво определя температурата на топене на неръждаемите стомани

Стойността на температурата на пълно топене (ликвидус) на неръждаема стомана зависи от химичния състав на сплавта, тоест от онези метали и примеси, от които се състои. В този случай решаващата роля, разбира се, винаги ще играе елементът, който е основен или има най-висока концентрация. А примесите и легиращите добавки, в зависимост от тяхната концентрация, само коригират температурата на ликвидус на основния или доминиращия метал в сплавта нагоре или надолу.

Можете например да помислите за легирани неръждаеми сплави. Това е един от видовете устойчиви на корозия сплави според класификацията на неръждаемите стомани GOST 5632-2014 (въведена за замяна на стандарта 5632-72), според която сега се произвеждат. Между другото, класификацията в този GOST се основава на състава на неръждаемите стомани.

В легираните неръждаеми сплави основният метал и елементът на техния химичен състав е желязото (Fe) с точка на топене 1539 o C. И ето как примесите и легиращите добавки ще повлияят на температурата на ликвидус на такива стомани, в зависимост от тяхната концентрация в%:

въглерод (C), манган (Mn), силиций (Si), сяра (S) и фосфор (F) - всеки по свой начин редуцира в една или друга степен;
молибден (Mo), титан (Ti), ванадий (V) и никел (Ni) - в съотношенията, в които се използват за производството на неръждаеми стомани, те се редуцират до една или друга степен (ако разгледаме сплави само от един от тези елементи и желязо с каквито и да е съотношения на тези метали, след това започвайки от определена концентрация, увеличете обратно);
алуминий (Al) - в съотношенията, в които се използва за производството на неръждаема стомана, не засяга по никакъв начин (ако разглеждаме сплави само от Al и Fe с каквито и да е съотношения на тези метали, тогава започвайки от определена концентрация, значително намалява);
волфрам (W) - в съотношенията, в които се използва за производството на неръждаеми стомани, намалява, докато концентрацията му достигне 4,4%, след което леко се увеличава обратно;
хром (Cr) - в съотношенията, в които се използва за производството на неръждаеми стомани, намалява, докато концентрацията му достигне 23 (22)%, след което се увеличава обратно;
никел (Ni) - в съотношенията, в които се използва за производството на неръждаеми стомани, намалява.

Струва си да се спрем по-подробно на влиянието на никела. Има най-голямо влияние върху температурата на ликвидус (пълно топене) на други 2 вида неръждаема стомана от стандарт 5632. Говорим за сплави: някои са на основата на желязо-никел, адруги са базирани на никел. Характерно за състава на първите е, че в тях общата масова част на никела и желязото е над 65%, като основен елемент е Fe, концентрацията на Ni варира от 26 до 47%, а приблизителното съотношение между тях е 1:1,5. В сплавите, излети на базата на никел, никелът е най-малко 50%, желязото може да не присъства изобщо, а максималната му концентрация е 20%.

В тези два вида сплави никелът обикновено има преобладаващ ефект върху температурата на ликвидус в сравнение с всички горепосочени примеси и легиращи метали. И това не е изненадващо, защото Ni е много по-висок в тях, отколкото в неръждаемите легирани стомани (на базата на желязо). В желязо-никелови и никелови сплави, главно поради Ni, тяхната температура на ликвидус е под температурата на топене на желязото. И е близо до точката на топене на самия никел (която е 1455 o C).

Освен това, в желязо-никелови сплави, тъй като неговата масова част се увеличава, никелът допринася само за намаляване на температурата на ликвидус на стоманата, тъй като неговата ограничаваща концентрация в тях, както е отбелязано по-горе, е 47%. А при никелови сплави се наблюдава понижаване на температурата на ликвидус само до 68% от съдържанието на Ni. По-нататъшното увеличаване на концентрацията на този метал води до обратно повишаване на температурата на пълното топене на никелови сплави.

3 И така, какво е това, тази температура - границите на границите и стойностите за някои сплави

Температурата на ликвидус на неръждаемите стомани варира между 1450–1520 o C. За легираните сплави (базирани на желязо) тя има стойности приблизително от средата на този диапазон и до горната си граница от 1520 o C. За никела тя е приблизително от средната до долната граница от 1450 o C. Температурният диапазон на желязо-никеловите сплави е в средата и частичнообхваща гамата за сплави и никелови сплави.

4 От какви параметри на отопление се нуждаят потребителите на неръждаема стомана?

Всички потребители на продукти от неръждаема стомана, които няма да ги стопят (т.е. да ги изхвърлят чрез претопяване), изобщо не трябва да знаят точката на топене на тези сплави.

Тези, които участват в проектирането, разработването и производството на части, продукти и конструкции от неръждаема стомана, както и тяхната експлоатация, трябва да знаят много различни температурни параметри на тези сплави:

Тези температури са посочени в Приложение А на гореспоменатия стандарт 5632 и са в съответните справочници по металургия, металообработване и т.н. и също трябва да бъдат в документацията на производителя за съответните класове неръждаема стомана. И тези температури са много по-ниски от тези, при които започва топенето на неръждаемите стомани. Така че, ако се съсредоточим върху последното, тогава с това или онова използване на продукти от неръждаема стомана, техните физически свойства, необходими за определен тип приложение, ще бъдат загубени много преди да се стопят.