Плакированный металл

Поверхность — плакирующий слой

Cтраница 2

Для повышения коррозионной стойкости и долговечности химических машин и аппаратов, работающих в сильно агрессивных средах, желательно применение двухслойного листа с хорошим качеством поверхности плакирующего слоя.  

Такая следящая система позволяет допустить смещения объекта ( изменения зазора) в процессе контроля на 0 15 мм. Обычно поверхность плакирующего слоя свободна от загрязнений, и чистота обработки не ниже 6-го класса. Это позволяет использовать режим работы без следящей системы. Эксплуатационные возможности прибора достаточно широки.  

Поверхность плакирующего слоя не подвергается окислению во время нагрева и воздействию валков в процессе прокатки. Поэтому качество поверхности плакирующего слоя значительно лучше, чем при литейном способе плакирования. Травление листов, полученных пакетным способом, не представляет затруднений.  

В то же время следует отметить, что способ последовательной электронаплавки — сравнительно дорогой и трудоемкий, поскольку для создания плакирующего слоя используется тонкая холоднокатаная лента и сам процесс наплавки малопроизводителен. Кроме того, наплавка не обеспечивает хорошее качество поверхности плакирующего слоя без дополнительной обработки, в процессе которой часть высоколегированного металла идет в отходы.  

Термическую обработку двухслойной стали можно проводить до и после резки и разделки листов. В первом случае сохраняется чистая, свободная от окалины поверхность плакирующего слоя, так как она находится внутри герметичного пакета.  

Технологические процессы сварки двухслойных сталей ориентированы на обеспечение сплошности поверхности плакирующего слоя и достаточной прочности основного несущего слоя. Сплошность плакировки должна гарантировать необходимую коррозионную стойкость сварного соединения. Конструкционная прочность сварного соединения, оцениваемая, как правило, по основному слою, должна быть не ниже прочности основного металла. Главным требованием к сварке двухслойных сталей является недопустимость разбавления металла шва высоколегированным металлом плакирующего слоя или наплавки, которое может приводить к образованию хрупких участков и появлению зародышевых трещин.  

Товарные биметаллические трубы диаметром 6 — 20 мм изготавливают путем безоправочного волочения. При волочении происходит изменение толщины стенки ( утолщение) и на поверхности плакирующего слоя ( меди, бронзы) появляются морщинистость и шероховатость, глубина которых увеличивается с ростом деформации и исходной — величины зерен.  

Исследование характера распределения остаточных напряжений в биметалле сталь медь показало, что в исходном состоянии на поверхности плакирующего слоя присутствуют напряжения сжатия до 150 МПа, в зоне соединения напряжения сжатия до 320 МПа. Отпуск биметалла при 550 С в течение 3 часов приводит к появлению на поверхности плакирующего слоя напряжений растяжения достигающих 320 МПа, оставляя почти без изменения характер распределения остаточных напряжений в зове соединения и в основном металле. Увеличение тешературы термической обработки приводит к уменьшению растягивающих напряжений на поверхности плакирующего слоя до 180 МПа, незначительно изменяя характер последних в зоне соединения и в основном металле. Анализ результатов испытаний на малоцикловую усталость композиции сталь-медь показали, что усталость существенно не зависит от режима термообработки, а во многом связана с прочностью я качеством биметаллического соединения, обусловленного технологией изготовления.  

Гибка двухслойных листов, плакированных коррозионно-стойкой сталью, может производиться как в холодном, так и в горячем состоянии, плакирующим слоем внутрь или наружу. Прокладки, соприкасающиеся при гибке с плакирующим слоем, изготовляют из коррозионно-стойкой стали, чтобы предотвратить налипание на поверхность плакирующего слоя частиц металла, что возможно при использовании обычной конструкционной стали. Холодная гибка двухслойной стали должна производиться при температуре не ниже 20 С. При гибке в горячем состоянии заготовки должны быть нагреты до 1150 — 1200 С; их обработка должна завершаться при температуре не ниже 900 — 850 С.  

По американским данным, удовлетворительные результаты при 15-кратном высотном обжатии слитка дает разделительный слой, представляющий собой смесь окиси хрома и двуокиси марганца с нитроцеллюлозой, растворенной в этиловом ацетате. Однако нужно заметить, что использование в разделительном слое углерод-содержащих веществ не рекомендуется, так как это может вызвать науглероживание поверхности плакирующего слоя и снижение коррозионной стойкости.  

Для двухслойных слитков с залитой плитой из стали Х17Н13М2Т температура нагрева в колодцах 1320 С является завышенной. По данным работы , 20 — 30 % слябов, прокатанных из слитков, нагретых по указанному режиму, имеют на поверхности плакирующего слоя рванины и трещины. Авторы работы объясняют появление дефектов перегревом наружной поверхности нержавеющей плиты и низкой пластичностью металла в связи с малой выдержкой, при которой не успевает произойти растворение карбидов.  

При обнаружении участков с отслоением производят ремонт изделия.

Один из способов ремонта заключается в удалении дефектной части плакирующего слоя с последующей наплавкой электродом на это место металла или сплава соответствующей марки. После этого производят зачистку наплавленного металла заподлицо с поверхностью плакирующего слоя. Этот участок необходимо проконтролировать ультразвуком на наличие расслоений и измерить толщину плакирующего слоя одним из описанных выше способов.  

Исследование характера распределения остаточных напряжений в биметалле сталь медь показало, что в исходном состоянии на поверхности плакирующего слоя присутствуют напряжения сжатия до 150 МПа, в зоне соединения напряжения сжатия до 320 МПа. Отпуск биметалла при 550 С в течение 3 часов приводит к появлению на поверхности плакирующего слоя напряжений растяжения достигающих 320 МПа, оставляя почти без изменения характер распределения остаточных напряжений в зове соединения и в основном металле. Увеличение тешературы термической обработки приводит к уменьшению растягивающих напряжений на поверхности плакирующего слоя до 180 МПа, незначительно изменяя характер последних в зоне соединения и в основном металле. Анализ результатов испытаний на малоцикловую усталость композиции сталь-медь показали, что усталость существенно не зависит от режима термообработки, а во многом связана с прочностью я качеством биметаллического соединения, обусловленного технологией изготовления.  

Плакированная сталь

Cтраница 1

Плакированные стали и сплавы позволяют экономить до 70 % высоколегированных сталей, сплавов и цветных металлов и в два-три раза увеличивать выпуск коррозионностойких материалов при неизменном ресурсе легирующих элементов.  

Плакированная сталь имеет ряд преимуществ перед однородной нержавеющей сталью с точки зрения ее эксплуатационных и технологических свойств, а также конструктивных возможностей.  

Плакированная сталь, которая покрыта с одной стороны поливинилхлоридной пленкой, — новый надежный материал для воздуховодов, перемещающих коррозионную среду.  

Плакированные стали и сплавы используют для изготовления технологического оборудования многих отраслей промышленности ( химическая, нефтехимическая, газовая, лесохимическая, металлургическая и др.), заменяя ими дорогостоящие коррозионно-стойкие металлы, стали и сплавы.  

Плакированные стали применяются для изготовления сосудов в переработке нефти. Сосуды из низколегированной стали плакируются с внутренней поверхности с целью защиты от коррозии аустенитным нержавеющим слоем, при этом применяются различные способы наплавки: под флюсом ленточным электродом, электрошлаковый, многодуговой. Актуальной задачей при этом является предупреждение или недопущение отслаивания наплавленного слоя в процессе эксплуатации сосуда под действием водорода и остаточных напряжений.  

К плакированным сталям и сплавам предъявляют повышенные требования в отношении коррозионной стойкости: скорость их коррозии не должна составлять более 0 1 — 0 3 мм / год.  

Важным преимуществом плакированных сталей и сплавов является то, что двухслойные листы могут иметь свойства, которые нельзя получить при изготовлении листа из одиночных стали и сплава.  

Расширяющиеся масштабы использования плакированных сталей для изготовления ответственных конструкций типа сосудов давления требуют не только определения характеристик трещиностойкости биметалла с учетом влияния плакирования, но и проведения исследований вязкости разрушения различных зон сварных соединений.  

Сварные соединения, выполненные из плакированных сталей и сплавов без нарушения технологии сварки, по коррозионной стойкости практически не отличаются от основного металла.  

Смолу изготовляют в аппарате из плакированной стали.  

Плазменную резку коррозионно-стойких, жаростойких и плакированных сталей следует выполнять в среде технического азота, а также в средах воздуха, воздуха с водой, кислорода с водой. При этом листы из коррозионно-стойкой стали толщиной до 20 мм разрезают с применением азота, а при толщине от 20 до 50 мм используют смесь из 50 % азота и 50 % водорода.  

Для переработки углеводородов все шире применяются конструкции из плакированных сталей, у которых основной несущий слой выполнен из углеродистой низколегированной стали, а защитный, составляющий не более 15 — 20 от всей толщины листа, из высоколегированной коррозионностойкой стали.  

В последнее время все более широкое применение в аппарато-строении находит плакированная сталь. При использовании плакированной стали основной слой выбирается в зависимости от рабочих параметров теплоносителей. Плакированная сталь представляет собой прочное соединение технологическими способами двух ( или более) неоднородных разных по своим свойствам металлов. Обычно основным слоем является углеродистая сталь, а плакирующий слой небольшой толщины из различных нержавеющих сталей.

В биметаллических листах плакирующий слой выполняется из цветных или редких металлов или сплавов. Плакированная сталь является не просто заменителем, а новым конструкционным материалом, широкое применение которого позволит обеспечивать коррозионную стойкость, повышать прочность конструкций; при этом экономится большое количество дефицитных материалов, содержащих никель, олово и другие остродефицитные и редкие металлы. Применение плакированных материалов позволяет уменьшать вес и габариты конструкций. Широкое развитие техники сварки обеспечивает возможность все большего применения этого материала.  

Плакированный металл

Cтраница 1

Плакированный металл изготовляют механико-термическим или электролитическим способом, путем совместной прокатки или горячей прессовки. В первом случае стальная болванка, очищенная от окалины и грязи, пакетируется, обертывается плакирующим металлом и загружается в нагревательную печь, где при температуре 830 — 860 С плакированный пакет находится 1 5 — 2 ч, после чего он поступает в прокатный стан для прокатки в лист или полосу.  

Плакированные металлы находят широкое применение в химическом машиностроении, судостроительной, нефтеперерабатывающей, пищевой, целлюлозно-бумажной, мыловаренной и других отраслях промышленности.  

Алюминий и плакированный металл анодируют при плотности тока 1 — 2 А / дм2 и напряжении на ванне 12 — 15 В, сплавы алюминия с медью и кремнием — 0 5 — 1 0 А / дм2 и 12 — 20 В. Температура электролита во всех случаях должна быть 16 — 22 С. Для поддержания стабильного теплового режима электролит перемешивают очищенным сжатым воздухом и охлаждают с помощью змеевиков с проточной водой. При анодировании с последующим уплотнением оксидной пленки хроматами продолжительность электролиза составляет 30 — 40 мин, при последующем окрашивании органическими красителями — 40 — 60 мин.  

При обработке плакированного металла нарушение сплошности плакированного слоя приводит к усилению коррозионных процессов.  

Подверженные контактной коррозии торцы плакированных металлов следует изолировать от воздействия электропроводной среды.  

При более высоких значениях толщины следует рассмотреть возможность применения плакированного металла, имеющего меньшую стоимость. Плакированный металл обычно состоит из стальной пластины, толщина которой выбирается в зависимости от давления и температуры и которая покрыта слоем антикоррозионного металла толщиной около 3 мм. Покрытие наносится взрывным методом, прокаткой или наложением сварных швов.  

Для случаев распространения усталостных трещин одновременно через оба слоя плакированного металла актуальным является изучение возможности прогнозирования долговечности биметалла на основе известных свойств его составляющих.  

К композиционным металлическим материалам слоистого строения относятся биметаллы и многослойные плакированные металлы.  

На рис. 399 показано изменение содержания элементов на линии раздела плакированного металла с основным после прокатки при наличии в промежуточном слое никеля, который применяли для улучшения соединения плакирующего металла с основным.  

В качестве заготовок для многослойных сильфонов берут трубки, изготовленные из плакированного металла ( например, латунь-серебро), или трубки из одинакового или разного материала, вставленные одна в другую перед формовкой.  

Сталь, как наиболее дешевый металл, служит металлической базой в плакированном металле.  

Ошибочно причислять к КМ гомогенные сплавы со взаимной растворимостью металлов ( например, Ni-Си) и плакированные металлы или любые слоистые ( сэндвич) и сотовые структуры, как и многослойные покрытия или изделия с покрытием, поскольку отдельные компоненты таких систем во многих случаях проявляют только свои индивидуальные свойства, несмотря на то что между ними существует межфазная граница. Сотовые и слоистые системы следует рассматривать скорее как композиционные конструкции, а не материалы. Слоистые системы можно условно причислить к композиционным материалам в тех случаях, когда при эксплуатации и наличии диффузии или при малых толщинах пластин одна из них может образовать непрерывную фазу во всем объеме материала.  

Плакированными называются металлы, покрытые каким-либо металлическим или неметаллическим материалом. Если плакирующий слой металлический, то такой материал называется биметаллом или двухслойным металлом. Может быть соединено три и более различных металлов и неметаллов, такой материал называется трехслойным или композиционным.

Конструкционные материалы, применяемые в судостроении (сталь, дюралюминий), плакируют более коррозионно-стойким металлом (нержавеющей сталью, алюминием и др.). В плакированных металлах толщина плакирующего слоя колеблется от десятых долей до нескольких миллиметров, что значительно больше, чем слой лаков, красок, смол, различных пластиков, и обеспечивает более надежную защиту от коррозии. Металлический плакирующий слой физически неразделим с основой при обработке и эксплуатации материала. Используемые в судостроении двухслойные стали, состоящие из углеродистой или низколегированной основы и высоколегированного нержавеющего покрытия, изготовляют методом горячей совместной прокатки пакета из листов основы и покрытия либо прокаткой двухслойного слитка, полученного отливкой. При пакетной прокатке на сляб или плиту накладывают лист плакирующего металла. Соединяемые поверхности их должны быть тщательно очищены. Для улучшения сцепления между ними в ряде случаев на внутреннюю поверхность плакирующего металла гальваническим способом наносят слой третьего металла толщиной до 0,2 мм. Из листов, толщины которых примерно соответствуют отношению толщин слоев готового биметалла, складывают пакет, состоящий из двух слоев основного и двух слоев плакирующего металла. При этом слои плакирующего металла располагают внутри пакета и разделяют огнеупорной обмазкой, препятствующей их сцеплению. Затем кромки пакета сваривают по периметру, после чего пакет нагревают и прокатывают. После обрезки кромок готовые биметаллические листы отделяют один от другого. При общей толщине листа 5—10 мм плакирующий слой составляет 2—3 мм. С увеличением толщины листа до 35 мм плакирующий слой возрастает до 5 мм. Подобным способом производят покрытие дюралюминия чистым алюминием для повышения коррозионной стойкости и получают другие биметаллы. Пакеты алюминиевых и других легкоплавких сплавов можно прокатывать в холодном состоянии. Для повышения их пластичности между операциями прокатки применяют рекристаллизационный отжиг путем нагрева выше температуры рекристаллизации Трек = 0,3 Тпл, где Тпл — температура плавления более тугоплавкого из двух соединяемых металлов.

Высокими коррозионной стойкостью и жаростойкостью обладает биметалл сталь — алюминий (алюминированная сталь). Наиболее распространенный метод нанесения плакирующего слоя алюминия на сталь — распыление чистого алюминия или его сплава с кремнием. Материал для распыления в виде проволоки или порошка вносят в пламя кислородной горелки. Он расплавляется и под действием сжатого воздуха направляется на плакируемую поверхность. Сцепление между покрытием и основой получается механическое, поэтому плакируемая поверхность должна быть тщательно подготовлена. Можно применять более производительный способ распыления и нанесения плакирующего слоя плазменной струей плазмотрона. Для обеспечения эксплуатации при высоких температурах плакированный материал после нанесения покрытия подвергают термообработке—диффузионному отжигу при 600—950 °С. Во время отжига атомы железа и алюминия диффундируют, образуя на поверхности биметалла сплав алюминия с железом с относительно высокой температурой плавления и плотной пленкой окиси алюминия Al2O3, которая защищает металл от окисления.

Для защиты от атмосферной коррозии толщина покрытия 0,10—0,15 мм считается достаточной. Для защиты от высокотемпературного окисления применяют более толстые покрытия (0,15—0,20 мм).

В последнее время в судостроении находит применение сталь, плакированная титаном. Наиболее экономичный и простой способ плакирования — соединение листов титана с листами низколегированной стали без промежуточных прослоек. Прочность на срез биметалла сталь — титан получается при этом выше прочности биметалла углеродистая сталь — нержавеющая сталь. Технология плакирования стали титаном остается той же, что и технология сочетания других металлов, но требует более тщательной очистки соединяемых поверхностей и нагрева пакета перед прокаткой в среде аргона. Температура прокатки не должна превышать 950 °С из-за возможности образования Fe3Ti —хрупких интерметаллических соединений титана с железом. Для предотвращения подобных соединений иногда между титаном и сталью предусматривают промежуточный слой различных металлов: кобальта, хрома, никеля, молибдена и др.

Находят применение также биметаллы с контактно приваренным плакирующим слоем. При плакировании этим способом на поверхность изделия из основного металла кладут лист плакирующего металла. Образовавшийся пакет просовывают между электродами контактно-сварочной машины. Образуется биметаллическое изделие с прочно приваренным плакирующим слоем большой толщины (до 5—8 мм), которое необходимо механически обработать (шлифованием, полированием), так как поверхность получается недостаточно ровной и имеет отпечатки электродов.

Добавить комментарий

Закрыть меню