Высокие температуры в промышленности

Время на прочтение

Сфера применений аддитивных технологий широка: на одном полюсе — настольные принтеры «только PLA», для декоративного применения, на другом — установки для прямой печати металлами, между ними — оборудование и материалы в ассортименте. Чтобы понять, какие материалы необходимы для получения прочной и легкой детали, двигаемся от персональной печати к промышленной. PLA, ABS, SBS — расходники, которые знакомы всем печатникам. PETG, нейлон, поликарбонат — скорее экзотика. Но это далеко не самые серьезные материалы.

Где нужны суперпластики?

Пластики с выдающимися свойствами очень полезны в космосе. Нет, распечатать из пластика ракетный двигатель пока не получится, термостойкость даже близко не та, но для различных деталей вокруг он подойдет идеально. Пример — Stratasys и «климат-контроль» ракет Atlas V. 16 печатных деталей вместо 140 металлических — быстрее, легче, дешевле. И это не теоретический проект, это уже летало в космос.

Другой пример — авиация. Высота полета ниже, но применение более массовое. Здесь тоже есть резон снижать массу деталей, переходить на пластик там, где это возможно. Применяется в авиастроении и прямая печать металлами, когда речь идет уже о компонентах двигателей или деталях каркаса фюзеляжа, но менее нагруженные конструктивные элементы, такие как вентиляция салона и элементы интерьера, лучше делать из пластика. Это направление развивает, например, компания Airbus.

Спускаемся с небес на землю: здесь масса уже не так критична, интересны другие свойства инженерных пластиков. Стойкость к агрессивной химии и повышенной температуре, возможность создания недоступных для классических методов структур. При этом — более низкая цена, в сравнении с металлической печатью. Напечатанные изделия используются в медицине, нефтегазовой отрасли, химической промышленности. Как пример — выполненный для иллюстрации в разрезе смешивающий блок со сложной канальной структурой.

Отличие от привычных пластиков

Почему не запускать в космос PLA и не делать вентиляционные решетки салона самолета из ABS? К инженерным пластикам применяется ряд требований связанных с устойчивостью к высоким и низким температурам, огнестойкостью, механической прочностью. Как правило, все сразу. Так что, «плывущий» при взаимодействии с окружающей средой PLA или отлично горящий ABS в небо запускать нежелательно.

Теперь — к тому, какие, собственно, пластики используются в промышленной печати по технологии FDM/FFF.

Филаменты с поликарбонатом

Поликарбонат — распространенный в промышленности пластик с высокой ударопрочностью и прозрачностью, производится в том числе и для нужд FDM-печати. Материал лучше держит температуру, чем ABS, устойчив к кислотам, но чувствителен к УФ-излучению и разрушается под воздействием нефтепродуктов.

Чистый поликарбонат, PC

Предельная рабочая температура для изделий из поликарбоната — 130 °C. Поликарбонат биологически инертен, изделия из него выдерживают стерилизацию, это позволяет печатать упаковку и вспомогательное оборудование для медицины.

• Stratasys PC, PC-ISO для принтеров Fortus. Первый — общего назначения, второй — сертифицированный на биосовместимость, для медицинского применения.
• Intamsys PC;
• Esun ePC;
• SEM PC;
• PrintProduct PC;

Сплав поликарбоната и ABS сочетает возможность шлифовки и окраски, свойственную ABS, с более высокой ударопрочностью и рабочей температурой. Сохраняет прочность при низких температурах — до -50 °C. В отличие от чистого PC, лучше применим в тех случаях, когда необходимо ликвидировать слоистую структуру детали шлифовкой или пескоструйной обработкой. Применение: производство корпусов и элементов органов управления для штучного и мелкосерийного выпуска, замена серийных пластиковых деталей в оборудовании, детали к которому перестали выпускать.

Филаменты на основе полиамида

Полиамиды используются в производстве синтетического волокна, это популярный материал для печати методом выборочного лазерного спекания (SLS). Для печати по технологии FDM/FFF в основном используются полиамид-6 (капрон), полиамид-66 (нейлон) и полиамид-12. К общим чертам филаментов на основе полиамида относятся химическая инертность и антифрикционные свойства. Полиамид-12 более гибок и упруг, по сравнению с PA6 и PA66. Рабочая температура — около 100 °C, отдельные модификации — до 120.

Прежде всего, из полиамида печатают шестерни. Лучший материал для этой цели, с которым можно работать на обычном 3D-принтере с закрытой камерой. Стойкость к истиранию позволяет делать тяги, кулачки, втулки скольжения. В линейке многих производителей присутствуют композитные филаменты на основе полиамида, с еще большей механической прочностью.

• Stratasys Nylon 6, Nylon 12, Nylon 12CF. Последний — с наполнителем в виде углеволокна.
• Intamsys Nylon, PA6.
• Taulman Nylon 618, Nylon 645 — на основе PA66 и PA6 соответственно. Nylon 680 — разрешенный к применению в пищевой промышленности. Alloy 910 — сплав на основе полиамида, с пониженной усадкой.
• PrintProduct Nylon, Nylon Mod, Nylon Strong;
• REC Friction;
• BestFilament BFNylon.

Переходим к самому интересному

Работать с поликарбонатом или полиамидом можно на обычном 3D-принтере. С описанными далее филаментами сложнее, они требуют других экструдеров и поддержания температурного режима в рабочей камере, то есть, нужно специальное оборудование для печати высокотемпературными пластиками. Исключения бывают — например, в NASA, ради эксперимента, модернизировали популярный в США Lulzbot TAZ для работы с высокотемпературными филаментами.

Рабочая температура изделий из PEEK достигает 250 °C, возможен кратковременный нагрев до 300 — показатели для армированных филаментов. Недостатков у PEEK два: высокая цена и умеренная ударопрочность. Остальное — плюсы. Пластик самозатухающий, термостойкий, химически инертный. Из PEEK производится медицинское оборудование и импланты, стойкость к истиранию позволяет печатать из него детали механизмов.

• Intamsys PEEK;
• Apium PEEK;
• Roboze PEEK, Carbon PEEK. Второй — армированный углеволокном.

Он же — Ultem. Семейство пластиков, разработанных компанией SABIC. Характеристики PEI скромнее показателей PEEK, но стоимость заметно ниже. Ultem 1010 и 9085 — основные материалы Stratasys для печати функциональных деталей. PEI востребован в аэрокосмической отрасли — масса значительно меньше, в сравнении с алюминиевыми сплавами. Рабочие температуры изделий, в зависимости от модификации материала, достигают 217 °C по информации производителя и 213 — по результатам испытаний Stratasys.

Преимущества у PEI те же, что и у PEEK — химическая и температурная стойкость, механическая прочность. Именно этот материал Stratasys продвигает как частичную замену металлу в аэрокосмической отрасли, для беспилотников, изготовления оснастки для формовки, быстрой печати функциональных деталей в опытном производстве.

• Stratasys Ultem 1010 и 9085, для принтеров Fortus 450mc и 900mc.
• Intamsys Ultem 1010 и 9085;
• Roboze Ultem AM9085F;

Еще один материал, который сочетает в своих свойствах температурную стойкость, механическую прочность и устойчивость к химическим воздействиям. PPSF от Stratasys сертифицирован для аэрокосмического и медицинского применения. Позиционируется как сырье для производства вспомогательных медицинских приспособлений, может быть стерилизован в паровых автоклавах. Применяется в производстве деталей для лабораторных установок в химической промышленности.

Менее распространен по сравнению с PPSU, обладает схожими физическими характеристиками, химически инертный, самозатухающий. Рабочая температура — 175 °C, до 33% дешевле по сравнению с PPSU.

Сравнение характеристик филаментов

* прокаливание в течение 2 часов при 140 °C.
** Apium PEEK 450 natural, результаты испытаний ударной вязкости аналогичными методами отсутствуют. Термостойкость указана для ненаполненного PEEK.

Данные приведены для филаментов Stratasys, за исключением PEEK. Если указан диапазон значений, значит испытания проводились вдоль и поперек слоев детали.

О композитных филаментах

Большинство материалов для FDM-печати имеют композитные версии. Если говорить о PLA, то в него добавляют порошки металлов или дерева, для изменения эстетических свойств. Инженерные филаменты армируются углеволокном, для увеличения жесткости детали. Влияние таких добавок на свойства пластика зависит не только от их количества, но и от размера волокон. Если мелкодисперсный порошок можно считать декоративной присадкой, то волокна уже значительно изменяют характеристики пластика. Само по себе слово Carbon в названии материала еще не означает выдающихся свойств, нужно смотреть результаты испытаний. Для примера: Stratasys Nylon12CF обладает почти вдвое большей прочностью на разрыв, при испытании вдоль слоев, чем Nylon12.

Экзотический вариант — реализация непрерывного армирования от Markforged. Компания предлагает армирующий филамент для совместной FDM-печати с другими пластиками.

Другие специфические свойства

Инженерные пластики — это не только стойкость к высоким температурам и механическая прочность. Для корпусов или боксов для хранения электронных устройств, а также в условиях работы с легковоспламеняющимися летучими жидкостями необходимы материалы с антистатическими свойствами. В линейке Stratasys это, например, ABS-ESD7.

Обычный ABS не обладает стойкостью к ультрафиолетовому излучению, что ограничивает его использование без защитного покрытия на открытом воздухе. В качестве альтернативы предлагается ASA, характеристики которого близки к ABS, за исключением наличия УФ-стойкости.

Пластик может заменить металл во многих областях, так как превосходит его в легкости, тепло- и электроизоляции, стойкости к реагентам. Но до физических показателей металлических изделий распечатки из лучших FDM-филаментов не дотягивают.

Химический гигант BASF предлагает FDM-филамент Ultrafuse 316LX, с массовой долей нержавеющей стали в 80%. Деталь печатается на FDM-принтере, а затем помещается в печь, где связующий пластик выжигается, а металл спекается. Получаемая таким образом деталь выходит значительно дешевле изготовленной методом прямой печати металлом. При наличии FDM-принтера и подходящей печи, нового оборудования вообще не понадобится.

Отметим, что похожее решение предлагает компания Virtual Foundry — ее Filamet, с порошком бронзы или меди, запекается аналогичным образом. Выбор металла намекает скорее на декоративное, чем на инженерное применение.

У AIM3D своя реализация подобного принципа — принтер ExAM 255 работает не с филаментом, а с гранулами. Это позволяет использовать для FDM-печати сырье, которое обычно применяется в установках MIM, Metal Injection Molding. Для спекания детали компания предлагает печь ExSO 90. Можно печатать и пластиковыми гранулами, что обычно дешевле, чем использование традиционного филамента.

Специальная техника для инженерных пластиков

Подытожим. Если совсем в двух словах: рассмотренные расходники отличаются от привычных материалов высокой температурой печати, что требует применения специального оборудования, и серьезной термостойкостью и механической прочностью изготовленных деталей. Для работы с такими филаментами нужны 3D-принтеры с рабочей температурой экструдера от 350 °C и термостабилизированной рабочей камерой. Специалисты Top 3D Shop помогут вам с подбором промышленного 3D-принтера и пластиков для решения самых интересных задач.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Основные сведения о жаростойких и жаропрочных сплавах

Жаропрочные сплавы и стали — материалы, работающие при высоких температурах в течение заданного периода времени в условиях сложно-напряженного состояния и обладающие достаточным сопротивлением к коррозии в газовых средах.

Жаростойкие сплавы и стали — материалы, работающие в ненагруженном или слабо-нагруженном состоянии при повышенных температурах (более 550 °C) и обладающие стойкостью к коррозии в газовых средах.

Активный интерес к подобным материалам стал проявляться в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей.

Основой жаростойких и жаропрочных сплавов могут быть никель, кобальт, титан, железо, медь, алюминий. Наиболее широкое распространение получили никелевые сплавы. Они могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Наиболее распространенными среди жаропрочных являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, способные работать до температур 1050-1100 °C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.

Основные типы

Наиболее распространены сплавы на основе железа. Это хромистые, хромоникелевые, а также хромомарганцевые стали с молибденовыми, титановыми и вольфрамовыми присадками. Также производят сплавы с такими легирующими элементами, как алюминий, ниобий, ванадий, бор, но в меньших количествах.

В большинстве случаев процент добавления присадок в сталь достигает от 15 до 50%

Вторая, весьма востребованная группа — сплавы на никелевой основе. В качестве присадки используется хром. Жаропрочность также повышают добавки титана, церия, кальция, бора и сходных по составу элементов. В отдельных технологических комплексах востребованы сплавы на основе никеля с молибденом.

К третьей группе относятся термостойкие сплавы на кобальтовой основе. Легирующими элементами для них служат углерод, вольфрам, ниобий, молибден.

В металлургии существует целый ряд материалов, который используется при легировании сталей:

• хром;
• никель;
• молибден;
• ванадий;
• ниобий;
• титан;
• марганец;
• Вольфрам;
• кремний;
• тантал;
• алюминий;
• медь;
• бор;
• кобальт;
• цирконий.

Широко используются редкоземельные элементы.

Химический состав

Определение химического состава жаростойких материалов — сложный процесс. Необходимо учитывать не только основные легирующие элементы, но и то, что попадает в продукцию как примеси или остаётся в результате химических реакций, протекающих во время плавки.

Специально добавленные легирующие элементы вводятся для получения необходимых технологических, физических и механических свойств. А примеси и образовавшиеся при плавке химические элементы могут ухудшать свойства высоколегированного металла.

Для хромоникелевых сплавов и огнеупорных материалов на основе кобальта опасно присутствие серы более 0,005%, следов олова, свинца, сурьмы и других легкоплавких металлов.

Структура и свойства

Жаропрочность определяется не только химическим составом металлов, но и формой, в которой примеси находятся в сплаве. Например, сера в виде сульфидов никеля снижает температуру плавления. А та же сера, соединённая с цирконием, церием, магнием образует тугоплавкие структуры. Большое влияние на жаропрочность оказывает чистота никеля или хрома. Однако следует учитывать, что свойства сплавов варьируются в зависимости от применяемой технологии.

Главное свойство, по которому определяют жаростойкость материала — ползучесть. Это явление постоянной деформации под непрерывным напряжением. Сопротивляемость материала разрушению под действием температуры.

Что влияет на жаропрочность?

• Жаропрочный лист содержит хром. Чем его больше, тем выше сопротивляемость к окислению. Нержавейка не поддается коррозии, если в составе присутствует 13% и более хрома.
• Титан, ниобий. Они не позволяют развиваться интеркристаллической коррозии.
• Закалка и охлаждение на воздухе или в воде. Это улучшает прочность нержавейки и сопротивление к удару.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

Поскольку речь идет о жаростойких и жаропрочных сталях и сплавах, то стоит дать определение терминам жаропрочность, жаростойкость.

Термины и определения

Жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.

Под жаропрочностью также понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется пределом длительной прочности; если время, напряжение и деформация — пределом ползучести.

Ползучесть — явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность — сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.

Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

Можно выделить несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах.

Наиболее общей является следующая классификация жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:

• Теплоустойчивые стали — работают в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени. Примером являются углеродистые, низколегированные и хромистые стали ферритного класса.
• Жаропрочные стали и сплавы — работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной жаростойкостью. Примерами являются стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцевой основах с различными легирующими элементами и сплавы на никелевой или кобальтовой основе.
• Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы — работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах. В качестве примера можно привести хромокремнистые стали мартенситного класса, хромоникелевые аустенитные стали, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, а также сплавы на основе хрома и никеля.

Также существует классификация по способу производства:

• литейные;
• деформируемые.

Виды жаропрочной стали

• Ферритная — имеет невысокое содержание хрома (не более 17%). Обладает средними показателями коррозионной стойкости. Плохо обрабатывается.
• Мартенситная — имеет низкое содержание хрома и среднее углерода. Обладает посредственной пластичностью.
• Мартенситно-ферритная — обладает свойствами ферритного и мартенситного металла, из-за чего получила улучшенные характеристики.
• Аустенитная — сталь с низким содержанием углерода, имеет немагнитные свойства, содержат никель. Стойка к коррозии при значительных температурах и деформациям.

Разновидности жаропрочных и жаростойких материалов по структурным критериям

Состояние внутренней структуры металлов определяет тип сталей и сплавов.

Выделяется ряд категорий жаропрочных стальных материалов, исходя из состояний внутренней структуры.

Аустенитный класс

Аустенитный класс формирует внутреннюю структуру благодаря большому процентному содержанию хрома и никеля. Получение стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, предполагает легирование стали никелем. Жаростойкость определяется хромовыми добавками.

Аустенитные сплавы — высоколегированные. Для целей легирования используются Nb (ниобий) и (Ti) титан для увеличения устойчивости к коррозии. Эта характеристика позволяет отнести их к группе стабилизированных. Коррозионностойкие жаропрочные стали с относятся к труднообрабатываемым металлам.

Когда температуры повышаются до значений, близких к 1000 градусам С. и длительно поддерживаются, аустенитная нержавеющая сталь сохраняет стойкость к образованию слоя окалины, сохраняя качество жаростойких материалов.

Часто встречаются на производстве сплавы аустенитного типа, принадлежащие к дисперсионно–твердеющему подклассу. Качественные характеристики могут улучшаться путем добавления различных элементов: карбидных, интерметаллических упрочнителей. Эти элементы обеспечивают деформационно-термическое упрочнение благодаря усилению аустенитной матрицы с помощью дисперсионного твердения.

Карбидообразующие элементы: ванадий-V, ниобий-Nb, вольфрам-W, молибден-Mo.

Интерметаллиды получаются благодаря дополнительным добавкам хрома–Cr, никеля-Ni, и титана–Ti.

Структура аустенитов

Жаропрочные аустенитные различаются по типам структуры. Она может быть

• Гомогенной. Материал с такой структурой не проходит термообработку для упрочнения, в нем мало углерода и большой процент легирующих компонентов. Это обусловливает хорошую стойкость к ползучести. Применяются в температурной среде ниже 500 градусов.
• Гетерогенной. В таком материале, прошедшем термоупрочнение, получаются карбонитридные и интерметаллидные фазы. Это позволяет повысить температуру использования под нагрузками напряжения до 700 градусов..

Материалы с никелевыми и кобальтовыми присадками подвергаются эксплуатационным воздействиям при терморежиме до 900 градусов. Сохраняют стабильность структуры долгое время.

Нихромы, в которых никеля больше 55%, отличаются и жаропрочностью, и качествами жаростойкости.

Тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, ванадий обеспечивают устойчивость металлов, когда термический режим приближается к 1500 гр. С.

Молибденовые сплавы с дополнительной защитой долгое время сохраняют рабочие свойства в терморежиме 1700 гр.

Аустенитно-ферритный класс

Материалы, содержащие смесь аустенитных и ферритных фаз, характеризуются особой жаропрочностью. По своим параметрам они превосходят даже высокохромистые железосодержащие материалы. Объяснение этого явления кроется в особо стабильной матричной структуре. Это предполагает возможность применения при терморежиме 1150 градусов.

Мартенситный класс

Методом, который превращает один вид стального материала в другой, является закаливание, за которым следует отпуск. Итог процесса – перестроение кристаллической решетки и повышение твердости. Однако возрастает хрупкость.

Технология отжига проходит при температурах около 1200 градусов на протяжении нескольких часов. Затем материалу дают остыть, и это занимает также несколько часов. Такая процедура приводит к повышению гибкости металла, хотя приходится пожертвовать некоторым уровнем твердости. Если применяется метод двойной закалки, то она проходит в два этапа . Первый предполагает нормализацию твердого раствора материала с нагреванием до 1200 градусов. Второй этап предполагает тот же процесс, но с нагревом до 1000 градусов. Такая технология обеспечивает рост пластичности металла и увеличивает его жаропрочность.

Перлитный класс

Перлитные жаропрочные стальные материалы относятся к категории низколегированных. Стали содержащие в виде присадок хром и молибден ориентированы на работу при температуре 450-550 гр. С., содержащие, помимо Cr и Mo еще и ванадий, нацелены на рабочий режим при температуре 550-600 гр. С.

Легирование хромом влияет на жаростойкость материалов в сторону повышения этой характеристики, также усиливается сопротивляемость окислительным процессам. Добавки молибдена увеличивают прочностные характеристики при большом нагреве материалов.

Ванадий, объединяясь с углеродом, создает повышение прочностных характеристик стальных материалов карбидами с высокодисперсными качествами.

Технология нормализации металлов улучшает и оптимизирует механические свойства сплавов. Технология закаливания и следующего за ней температурного отпуска выполняет ту же функцию. Получается структурная матрица, в которой присутствует дисперсная феррито карбидная фактура.

Материалы с ферритной структурой имеют в своем составе от 25 до 33 % хрома. Получаются с помощью методов отжига и термообработки, из-за этого в них возникает мелкозернистая структура. Когда происходит повышение температурных показателей до 850 градусов, увеличивается хрупкость.

Мартенситно-ферритный класс

Этот тип стали имеет в своем составе 10-14% хрома, легируется V, Mo, W.

Сферы применения

Эксплуатируются различные жаростойкие марки стали по разному, во многом их предназначение определяют легирующие компоненты:

• AISI 309 подходит для производства фрагментов печного и конвейерного оборудования;
• AISI 310 применяется для производства транспортеров печей, ДВС и других камер сжигания, турбин, дверей и моторов;
• AISI 310S подходит для изготовления оборудования, используемого для транспортировки газов при высокой температуре – это могут быть системы отвода выхлопных газов, газопроводы или турбины;
• AISI 314 используется при производстве печей за счёт максимальных тугоплавких свойств.

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При покупке модульных дымоходных систем необходимо узнать, из какой стали они изготовлены. В продаже можно встретить дымоходы, которые примерно в полтора раза дешевле, чем остальные изделия этой категории. При их производстве используется сталь AISI 201 (12Х15Г9НД). По международным стандартам, необходимо применять сталь марки AISI 321 (08Х18Н12Т), стоимость которой примерно в 2 раза превышает стоимость AISI 201. Визуально отличить AISI 201 от AISI 321 невозможно, к тому же оба сплава немагнитны. Различить их можно только путем проведения химического анализа.

Различия по химическому составу

Сталь марки AISI 201 имеет невысокие антикоррозионные характеристики, неустойчивость структуры, риск появления трещин при вытяжке. Ее применение приведет к скорому выходу дымохода из строя из-за быстро развивающейся коррозии. В основном эта сталь распространена в Китае и Индии.

Известные зарубежные и добросовестные российские производители, помимо стали AISI 321, используют высоколегированные сплавы, стабилизированные Ti. Они отличаются кислото- и жаростойкостью. Использование для газоотводящих труб более дешевых сталей (AISI 409, AISI 430), не отвечающих требованиям по кислотостойкости, приводит к их выходу из строя вскоре после начала отопительного сезона.

Нержавеющие стали для пищевой индустрии

Коррозионностойкие стали незаменимы для отраслей промышленности, производящих оборудование, инструменты и посуду, предназначенные для контакта с пищевой продукцией. Их преимущества:

• Сопротивление различным видам коррозии – химической и электрохимической. В каждом конкретном случае необходимо подбирать марки, устойчивые к средам, с которыми они будут соприкасаться во время эксплуатации. Это – нормальные атмосферные условия, вода, соленая вода, кислые, щелочные, хлористые растворы.
• Хорошая обрабатываемость. Современные инструменты позволяют сваривать, резать, формовать и обрабатывать на токарных, фрезерных и сверлильных станках коррозионностойкие сплавы так же, как и «черные» стали.
• Соответствие санитарно-гигиеническим стандартам. Благодаря различным способам обработки – шлифованию, полировке до зеркального блеска – получают поверхность практически без пор и трещин, в которые могут проникать грязь и патогенные микроорганизмы.
• Хорошие механические характеристики. Благодаря ним, можно изготавливать изделия и конструкции меньшей толщины и массы без ухудшения технических свойств. Аустенитные стали более устойчивы к низким температурам, по сравнению с металлами общего назначения.
• Эстетика. Электрополировка, сатинирование и другие способы поверхностной обработки обеспечивают стильный вид продукции из «нержавейки».

Таблица свойств и областей применения нержавеющих сталей пищевых марок

Таблица сталей нержавеющих марок, применяемых в пищевой индустрии

Какая марка стали лучше для банной печки

Непосредственное воздействие огня приводит к прогоранию стали. Конечно, можно попросту использовать металл толщиной 10 мм и более, но тогда придется подолгу протапливать парную, тратить большое количество топлива для прогрева. По причине использования толстостенных стальных листов, долговечная печь станет экономически невыгодной.

Задача, стоящая перед мастером – сделать конструкцию достаточно прочную, чтобы предотвратить деформацию, прогорание и одновременно имеющую хорошую теплопроводимость. В заводских условиях, для изготовления банных печей используется металл с высокой степенью жаропрочности.

Легированная сталь отличается от конструкционной стали следующими характеристиками:

• Устойчивость к влаге – легированная сталь, применяемая при изготовлении печей для бани, нержавеющая. Отсутствует склонность к коррозии даже при интенсивном нагреве. Отечественная марка жаропрочной высоколегированной нержавеющей стали 08Х17Т. В некоторых источниках указывается на практически полную идентичность характеристик жаростойких сталей данного типа. Конструкционное железо не отличается коррозионной стойкостью, что приходится учитывать при расчете толщины стенок топки.
• Время эксплуатации – срок службы печей из конструкционной стали, 3-4 года. AISI 430 приходит в негодность за 5-8 лет.
• Возможность ремонтных работ – марки жаростойких сталей для изготовления дровяных банных печей, AISI 430 и 08Х17Т, имеют низкое содержание углерода, что делает возможным проведение сварочных работ. Конструкционное железо содержит соединения серы и фосфора, предающие ему хрупкость и ломкость.
• Жаростойкость – марки жаропрочной стали для печи в баню, AISI 430 и 08Х17Т, выдерживают нагрев до 850°С без изменения структуры металла и его кристаллической решетки. При поднятии температуры до 600 °С, предел прочности остается в районе 145 Мпа. Образование окалины происходит только при разогреве до 8500°С. Металл в банной печи при интенсивной топке нагревается до температуры 450-550°С. У конструкционного материала, параметры жаростойкости меньше.

Расшифровка марок

Маркировка легированных сталей состоит из букв и цифр. В начале ставится двузначное число, которое характеризует количество углерода в сотых долях %. Далее следуют буквы русского алфавита, обозначающие определенный элемент:

• Х – хром;
• Н – никель,
• Т – титан;
• В – вольфрам;
• Г – марганец;
• М – молибден;
• Д – медь.

Особенности материалов с жаропрочными свойствами

Жаропрочные стали и сплавы, как уже говорилось выше, способны успешно эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, при этом не проявляя склонности к ползучести. Суть этого негативного процесса, которому подвержены стали обычных марок и другие металлы, заключается в том, что материал, на который воздействуют неизменная температура и постоянная нагрузка, начинает медленно деформироваться, или ползти.

Ползучесть, которой и стараются избежать, создавая жаропрочные стали и металлы другого типа, бывает двух видов:

• длительная;
• кратковременная.

Для определения ползучести сплавов в иследовательских центрах используют комплекс испытательных машин

Чтобы определить параметры кратковременной ползучести, материалы подвергают специальным испытаниям, для чего их помещают в печь, нагретую до определенной температуры, и прикладывают к ним растягивающую нагрузку. Такое испытание проводится в течение ограниченного промежутка времени.

Проверить материал на его склонность к длительной ползучести и определить такой важный параметр, как предел ползучести, за короткий промежуток времени не получится. Для этого испытуемое изделие, помещенное в печь, необходимо подвергать длительной нагрузке. Важность такого показателя, как предел ползучести материала, заключается в том, что он характеризует наибольшее напряжение, которое приводит к разрушению разогретого изделия после воздействия в течение определенного промежутка времени.

Достоинства, недостатки жаростойких и жаропрочных сплавов

• обладают высокой жаропрочностью;
• имеют хорошие показатели жаростойкости.

• сплавы с содержанием хрома и особенно никеля имеет высокую стоимость;
• имея в своем составе большое количество различных компонентов, достаточно трудоемки в производстве.

Сплавы, основанные на добавлении никеля с железом

Никелевые сплавы (56% никеля) или никеле-железные стали(65%) считаются жаропрочными и имеют качественные жаростойкие качества. Основным элементом для легирования сталей подобной группы признается только хром, содержание которого равно 14-23%.

Что касается стойкости и стабильности, которые сохраняются даже при усиленных нагрузках и повышенной температуры, то обязательным элементом для смешивания металла — никель. Самые востребованные из  ХН60В, ХН67ВМТЮ, ХН70, ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН78Т, ХН78Т, ХН78МТЮ. Часть сплавов этих марок считаются жаропрочными, а другие – жаростойкими.

Базой мартенситного основания сплава считается перлит, меняющей состояние продукта, если количество хрома в составе увеличить. Перлитными считаются такие единицы жароустойчивых и жаростойких сталей, имеющих отношение к хромомолибденовым и хромокремнистым: Х6С, Х6СМ, Х7СМ, Х9С2, Х10С2М и Х13Н7С2. Для получения материал с сорбитной структурой, отличающегося особой твердостью, их вначале укрепляют при 950–1100°, а после подвергают отпуску.

Металлические сплавы с ферритной структурой, имеющие отношение к жаростойкой стали для котлов, заключают в собственном хим. составе от 26 до 32% хрома, определяющем свойства. Для придания сталям тонкодисперсную структуру, фабрикаты подвергают обжиганию. Существуют такие марки сталей данной подгруппы 1Х12СЮ, Х17, 0Х17Т, Х18СЮ, Х25Т и Х28. Если эти стали нагреваются до 860° и выше, происходит быстрое укрепление зерна во внутренней структурной формуле, при этом очень сильно повышается ломкость и хрупкость металла, при которой он может быстро прийти в негодность.

При определении толщины металла, учитывают две основные характеристики, влияющие на рабочие параметры банной печи:

• Прогорание стали – если для топки использовать тонкостенный лист обычного металла, спустя буквально полгода топки, придется ремонтировать печь. Обычная сталь толщиной 4 мм, обеспечит быстрый прогрев парной, но прослужит недолго. По этой причине, производители делают топочную камеру из AISI 430, жаростойкой хромистой нержавеющей стали толщиной 4-6 мм.
• Теплопроводность – температура нагрева печи напрямую зависит от толщины стенок топки. Кажется, что проще было сделать топочную камеру из металла 10 мм и больше, и так предотвратить прогорание, но такой подход нецелесообразен по нескольким причинам. Чем толще металл, тем больше требуется тепловой энергии и времени, чтобы прогреть его и поддерживать необходимую температуру. Печное оборудование становится экономически невыгодным. Оптимальная толщина металла у банной печи, должна быть 6-8 мм.

Минимальная толщина стали в топочной камере 4 мм, допустима только при условии применения AISI 430 и 08Х17Т. В других случаях, нужна толщина металла не менее 6 мм. Большинство мастеров рекомендуют при самостоятельном изготовлении печи, использовать конструкционную сталь толщиной 8 мм.

Какими электродами надо варить банную печь

Чтобы сварить печь, потребуются электроды, выбираемые, в зависимости от используемой при производстве стали. Нержавейку варят методом аргонодуговой сварки. Подойдут электроды марки ЦЛ 11 и Д4.

После проведения сварочных работ, обязательно удаление окалин и протравка. Так можно избежать коррозии в месте сварного шва.

Электроды для сварки банных печей, изготовленных из конструкционной стали НИАТ-5, ЭА-112/15, ЭА-981/15 и ЭА-981/15. Толщина выбирается, в зависимости от плотности металла и температуры его прогрева.

Изготовить печь для бани своими руками, при наличии специальных навыков, грамотном выборе комплектующих и расходных материалов, не сложно.

Самые востребованные жаростойкие сплавы

Аустенитные жаростойкие сплавы стали самыми востребованными материалами в данный момент в этом сегменте сталеварения. Их структура создаётся при помощи входящего в состав никеля, а жаростойкие качества обеспечиваются наличием хрома. Такие аустенитные марки хорошо противостоят появлению окалины при температурах, не превышающих тысячи градусов.

При изготовлении этого сплава используют два вида уплотнителя: интерметаллический или карбидный. Именно эти уплотнители обеспечивают аустенитную сталь особыми свойствами, которые так востребованы в различных современных производствах.

Самые востребованные и актуальные сплавы делятся на две группы:

• дисперсионно-твердеющие (марки Х12Н20Т3Р, 0Х14Н28В3Т3ЮР, 4Х14Н14В2М, 4Х12Н8Г8МФБ – такая сталь самый подходящий материал для изготовления деталей турбин и клапанов двигателей);
• гомогенные (марки Х25Н20C2, 1Х14Н16Б, Х23Н18, Х25Н16Г7АР, Х18Н10T, 1Х14Н18В2Б, Х18Н12T – данные марки используются для производства труб и арматуры, которые будут работать при больших нагрузках).

Аустенитно-ферритные стали благодаря своему сплаву со стабильным строением обнаруживают довольно-таки высокую жаропрочность. Подобные марки из-за своей хрупкости нельзя использовать для производства нагруженных деталей, но эти сплавы отлично себя показывают при температурах, доходящих до 1150°С.

Если в производстве необходимы детали предположительная среда работы, которых будет тысяча или даже две тысячи градусов, то при сплаве нужно использовать тугоплавкие металлы.

Элементы, которые используются и температура их плавления такова:

• вольфрам (3410°С);
• тантал (3000°С);
• ниобий (2415°С);
• ванадий (1900°С);
• цирконий (1855°С);
• рений (3180°С);
• молибден (2600°С);
• гафний (2000°С).

Деформируются данные металлы при нагреве, потому что высокая температура провоцирует их изменение в хрупкое состояние. Их волокнистая структура формируется при нагревании до состояния рекристаллизации тугоплавких металлов. Жаропрочность увеличивается за счёт смесей из специальных добавок. А от окисления при температуре свыше тысячи градусов эти материалы защищают добавки из титана, тантала и молибдена.

Так, путём сплавов разных элементов можно добиться нужных качеств жаропрочных материалов, которые можно использовать в самых разнообразных производствах для работы в разных температурных средах.

• https://www.metotech.ru/garsplavy-opisanie.htm
• https://obrabotkametalla.info/stal/zharoprochnye-splavy-termostojkie-metally
• https://fortis-steel.ru/produkciya/list-zharoprochnyy/
• http://www.balashiha.z-felix.ru/nerzhaveyushchaya-stal/listy-nerzhaveyushchie/nerzhaveyushchaya-zharoprochnaya-stal/
• https://martensit.ru/stal/zharoprochnaya-stal/
• https://rtg-mps.ru/marki-metallov/nerzhaveyushhaya-stal/kategorii-nerzhavejki/zharoprochnaya-nerzhavejka
• https://www.navigator-beton.ru/articles/marki-nerzhaveyushhej-stali.html
• https://melt-spb.ru/metall/zharoprochnye-stali-marki.html
• https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/zharostoykie-i-zharoprochnye-splavy.html
• https://stanok.guru/stal/marki-staley-kotorye-yavlyayutsya-zharoprochnymi.html