Thép Không Gỉ Hóa Cứng Tiết Pha (Thép Austenite- Mactenxit)

tính chống ăn mòn cao trong một số môi trường nhất định và ngay cả trong môi trường đó nó vẫn bị ăn mòn với tốc độ nhỏ không đáng kể và được coi là không gỉ. Có thể dựa vào tốc độ ăn mòn chiều dày lớp kim loại bị ăn mòn trong một đơn vị thời gian mm/năm để đánh giá tính không gỉ.

+ Trong môi trường ăn mòn yếu không khí, nước ngọt,… có các mức.

Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,01mm/năm thép được coi là hoàn toàn không bị gỉ.

Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1mm/năm thép được coi là không gỉ. Nếu tốc độ ăn mòn lớn hơn 0,1mm/năm thép coi bị gỉ.

+ Trong môi trường ăn mòn mạnh dung dịch axit, muối, bazơ… có các mức.

Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1mm/năm được coi là chịu axit, muối tốt. Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 1mm/năm được coi là không gỉ.

Nếu tốc độ ăn mòn lớn hơn 1mm/năm coi là bị gỉ.

Tốc độ ăn mòn đư ợc đánh giá bằng mức độ giảm khối lượng trên đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian (g/m2h). Trong trường hợp không có hiện tượng ăn mòn cục bộ, giữa hai đại lượng này có mối quan hệ sau: 1g/m2h= 0,122mm/năm.

Crôm là nguyên tố hợp kim có vai trò quyết định đối với tính không gỉ của thép. Với lượng chứa không ít hơn 12%Cr, thép sẽ trở nên không gỉ trong môi trường oxy hóa do tạo ra lớp màng thụ động trên bề mặt của nó. Còn một cách giải thích khác là khi ferit chứa không ít hơn 12,5%Cr điện thế điện cực cả nó tăng lên tương đương với điện thế của xementit (hay cacbit nói chung), nâng cao khả năng chống ăn mòn điện hóa một cách rò rệt.

2.6.2.1. Sơ lược về thép không gỉ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 193 trang tài liệu này.

Những loại thép không gỉ có thể austenite hóa ở nhiệt độ cao, sau khi làm nguội có chuyển biến thành mactenxit thuộc loại thép không gỉ mactenxit. Loại này có thành phần Cr không lớn hơn 17%, còn lượng cacbon có thể cao tới 1,1%.

Khi thép có lượng cacbon thấp (ít hơn 0,08%), nếu thành phần Cr lớn hơn 12% sẽ có tổ chức hoàn toàn ferit, nghĩa là ở mọi khoảng nhiệt độ, dù có tôi trong nước nó cũng không chuyển biến thành mactenxit, đó là loại thép không gỉ ferit. Loại này có thể chứa từ 12 đến 30%Cr.

Vì Ni là nguyên tố mở rộng vùng γ nó có khuynh hướng ổn định hóa pha austenit. Tùy theo thành phần Cr, Ni, C mà một vài loại thép không gỉ có tổ chức austenite ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thường, đó là thép không gỉ austenite.

Ngoài ba loại thép không gỉ kể trên, còn có những loại thép không gỉ mà trong tổ chức có cả ferit và austenite, đó là thép không gỉ ferit- austenite. Cuối cùng còn gặp loại thép không gỉ hóa cứng tiết pha phân tán.

Để xác định tổ chức của thép không gỉ khi biết thành phần hóa học của nó người

ta thường dùng giản đồ Schaeffler. Trên giản đồ này, trục hoành biểu thị lượng Cr quy

đổi (tương đương), được tính theo công thức sau: Crtđ = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb

Tương ứng với tác dụng tổng hợp của các nguyên tố mở rộng vùng α. Còn trục

tung biểu thị lượng Ni quy đổi tương đương, được tính theo công thức sau: Nitđ = %Ni + 30.%C + 0,5%Mn

Tương ứng với tác dụng tổng hợp của các nguyên tố mở rộng vùng γ. Các vùng

bên trong giản đồ cho biết tổ chức của thép không gỉ sau khi nóng chảy rồi để nguội ngoài không khí (mẫu nhỏ), hoặc sau khi austenite hóa rồi nguội nhanh trong nước thao tác này được gọi là ‘tôi’ nhưng thực tế để giữ lại tổ chức của thép ở nhiệt độ cao.

2.6.2.2. Thép không gỉ mactenxit

Lượng Cr trong loại thép này từ 12%-17%, nếu vượt quá giới hạn trên sẽ trở thành thép austenite. Nếu lượng Cr ở mức giới hạn dưới (12,5%-13%) thì lượng cacbon phải hạn chế không vượt quá 0,4% để tránh tạo thành quá nhiều pha cacbit crôm dẫn tới làm nghèo Cr ở phần kim loại nền và giảm khả năng chống gỉ của thép. Đó chính là trường hợp các loại thép không gỉ mà ta vẫn thường gọi theo cách của Nga: 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, tương đương với mác thép của ta là 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13. Nếu tăng lượng Cr nên tới 17% thì lượng cacbon có thể cao tới 0,9 -1,1% như các số hiệu 440 hay 440B của Mỹ để tăng có tính chủ yếu là độ cứng mà vẫn đảm bảo tính chống gỉ.

Nhiệt luyện thép không gỉ loại này cũng bao gồm austenite hóa, tôi và ram. Nhiệt độ austenite hóa khá cao (950-11000C) do Cr nâng cao điểm chuyển pha α↔γ và cần phải hòa tan cacbit Cr vào γ. Do lượng Cr cao nên thép này dễ tôi, có thể nguội trong dầu hoặc trong không khí vẫn có thể nhận được mactenxit. Nhiệt độ ram tùy vào yêu cầu cụ thể, nhưng lưu ý tránh giòn ram loại II ở vùng nhiệt độ 350-5750C bằng cách nguội nhanh trong dầu. Nếu nguội chậm trong vùng nhiệt độ trên sẽ hình thành Cr23C6 nó là nguyên nhân làm thép bị giòn và giảm khả năng chống ăn mòn.

Công dụng của thép không gỉ mactenxit như loại cacbon thấp 12Cr13, 20Cr13 có công dụng chung làm đồ trang sức, ốc vít không gỉ, chi tiết chịu nhiệt dưới 4500C như cánh tuôc bin hơi, bộ phận cracking dầu mỏ…

Những loại thép với lượng cacbon cao hơn như 30Cr13, 40Cr13 có độ cứng và giới hạn đàn hồi cao, dùng làm lò xo không gỉ, dụng cụ đo,…

Những số hiệu có lượng cacbon cao tới 0,9-1,0% có độ cứng cao dùng để làm dụng cụ mổ như dao, kéo, chi tiết chịu nhiệt và chịu mài mòn như supap xả của độ cơ điêzel, ổ bi làm việc trong một số môi trường ăn mòn,…

Nói chung thép không gỉ mactenxit có tính chống ăn mòn cao trong không khí,

nước song, nước máy, do hiệu ứng thụ động hóa của crôm nên không bị ăn mòn trong

axit HNO3, còn trong các axit khác chúng bị ăn mòn. Cần lưu ý rằng trong ba loại thép không gỉ chính, thép mactenxit là loại có tính chống ăn mòn kém nhất. Thực tế thường gặp thép với lượng Cr tối thiểu 12,5-13% vừ đủ để bảo đảm tính thụ động hóa của lớp bề mặt, dung do một phần Cr tạo với C thành cacbit nên nó không thể tham gia tạo ra

màng thụ động làm cho thép có tính chống ăn mòn kém đi.

2.6.2.3. Thép không gỉ Ferit

Tùy theo lượng Cr thép không gỉ ferit được chia thành ba nhóm.

Nhóm thép chứa khoảng 13%Cr loại này chứa rất ít cacbon nhỏ hơn 0,08%. Cho thêm 0,2%Al, nguyên tố mở rộng vùng α sẽ ngăn cản sự tạo thành austenit khi nung và tạo thuận lợi cho việc hàn, được dùng nhiều trong công nghiệp dầu mỏ.

Nhóm thép chứa tới 17%Cr như mác 12Cr17 đây là số hiệu thép không gỉ ferit được dùng nhiều nhất, vì nó có thể thay thế thép không gỉ austenite khi điều kiện sử dụng cho phép, lại không chứa Ni nên rẻ hơn nhiều. Được dùng nhiều trong công

nghiệp sản xuất axit HNO3, hóa thực phẩm, kiến trúc,… Nhược điểm của thép này là khó hàn, khi nhiệt độ vượt quá 9500C vùng gần mối hàn trở nên giòn và là nơi xảy ra ăn mòn theo biên hạt. Có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách hạ thấp lượng

cacbon hoặc cho thêm 0,8%Ti vào thép như mác 08Cr17Ti.

Nhóm thép chứa từ 20%-30%Cr như số hiệu 15Cr25Ti hay 15Cr28 vì lượng Cr cao nên chúng có tính chống oxy hóa cao không bị tróc vẩy ở nhiệt độ cao 800-9000C.

Nói chung thép không gỉ ferit có giới hạn đàn hồi cao hơn thép austenite, nhưng mức độ hóa bền do biến dạng dẻo lại thấp hơn, nên chúng thích hợp cho việc gia công bằng biến dạng dẻo nguội như: cán, kéo, gò, dập… Độ bền chống ăn mòn của chúng phụ thuộc lượng Cr trong thép nhưng tốt nhất ở trạng thái ủ. Để hạn chế hiện tượng ăn mòn cục bộ ăn mòn điểm phải tăng lượng Cr lên trên 20% và tốt hơn là cho thêm khoảng 2%Mo cho phép sử dụng thép trong khí hậu biển, nước biển và trong môi trường axit.

2.6.2.4. Thép không gỉ austenite

Các thép không gỉ kể trên pha γ không tồn tại hoặc chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao. Nếu cho thêm Ni, nguyên tố mở rộng vùng γ với lượng thích hợp, sẽ làm cho thép có tổ chức γ ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thường, đó là loại thép không gỉ austenite. Thép không gỉ austenite điển hình là loại thép 18.8 hay 18.9 (18%Cr và 8-10%Ni).

Những ưu điểm nổi bật của nhóm thép này có thể tóm tắt.

Tính chống ăn mòn cao, chúng hoàn toàn ổn định trong nước song, nước biển, trong hơi nước bão hòa và quá nhiệt, trong các dung dịch muối. Trong các dung dịch axit chúng có tính chống ăn mòn cao: ổn định trong axit HNO3 với mọi nồng độ và nhiệt độ, trong axit H2SO4 nguội, trong axit HCl loãng, nguội. Bởi vậy chúng được dùng trong công nghiệp sản xuất axit, công nghiệp hóa dầu và thực phẩm, chi tiết chịu nhiệt tới 900-10000C,…

Tính dẻo cao (δ=45-60%), dễ cán, dập, gò ở trạng thái nguội rất thích hợp để chế tạo các thiết bị hóa học (làm bình, ống…). Cũng do cấu tạo mạng lập phương diện tâm nó không bị giòn ngay cả khi hạt lớn do quá nung và nhất là không có điểm chuyển biến dẻo giòn, do vậy có thể dùng ở nhiệt độ rất thấp như ở vùng băng giá, hoặc làm bình chứa khí hóa lỏng, trong kỹ thuật làm lạnh,…

Cơ tính đảm bảo, mặc dầu không hóa bền được bằng nhiệt luyện (do không có chuyển biến pha), nhưng lại hóa bền mạnh bằng biến dạng dẻo ở trạng thái nguội ở trạng thaí ủ hoặc trạng thái tôi để có tổ chức hoàn toàn austenite, chúng có độ dẻo cao, nhưng độ bền thấp σb=750MPa, σ0,2=250MPa, nhưng sau biến cứng bằng biến dạng nguội có thể đạt độ bền rất cao σb=1000MPa; σ0,2=750MPa, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu chịu tải của các thiết bị hóa học. Sự hóa bền này là do phần lớn austenite ở phần bị biến dạng mạnh đã chuyển thành mactenxit gọi là mactenxit biến dạng giống như trường hợp thép chống mài mòn mangan cao 130Mn13Đ. Cũng chính do nguyên nhân này, thép bị biến cứng rất nhanh sau mỗi lần biến dạng, để có thể biến dạng tiếp phải đem ủ thép ở nhiệt độ cao thích hợp.

Do những ưu điểm trên thép không gỉ austenite là loại thép được dùng phổ biến nhất, ở Mỹ thép không gỉ austentit chiếm tới 70% tổng lượng thép không gỉ. Không những trong công nghiệp hóa học mà cả trong ngành công nghiệp khác và làm đồ gia dụng.

Những nhược điểm của loại thép không gỉ Cr-Ni họ 18.8 là đắt tiền, do chứa nhiều Ni. Có thể giảm giá thành bằng cách dùng Mn thay thế một phần Ni. Ví dụ 10Cr14Mn14Ni4Ti thay cho thép 12Cr18Ni10Ti để chế tạo một số chi tiết làm việc trong môi trường ăn mòn yếu như axit hữu cơ, muối, kiềm trong công nghiệp hóa thực phẩm hoặc 10Cr14Mn24Ni3 thay cho 12Cr18Ni9 và 17Cr8Ni9,…Khó gia công cắt gọt do dẻo quánh, phoi khó gãy. Có thể cải thiện bằng cách cho thêm sêlen hoặc lưu huỳnh với lượng khoảng 0,15% dĩ nhiên là có làm giảm chút ít khả năng chống ăn mòn của thép.

Bị ăn mòn trong một số trường hợp sử dụng cụ thể như bị ăn mòn theo đường biên hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn hoặc chi tiết phải thường xuyên làm việc ở khoảng nhiệt độ 400-8000C, ăn mòn tập trung dạng điểm, dạng hốc, ăn mòn dưới ứng suất và hiệu ứng tích lũy do ăn mòn và mỏi… do có sự tiếp pha Cr cacbit ở vùng biên hạt làm nghèo Cr ở vùng liền kề và vùng đó sẽ bị ăn mòn nhanh hơn. Có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách giảm lượng cacbon trong thép đến mức có thể được như các mác 4Cr18Ni10 hoặc 316-L của Mỹ ít cacbon dễ hàn. Hoặc là cho thêm các nguyên tố tạo cacbit mạnh hơn Cr như Ti, Nb, hay Ta như các mác 12Cr18Ni9Ti, 8Cr18Ni10Ti, 12Cr18Ni10Ti. Để tăng khả năng làm việc trong môi trường có ion Cl- như nước biển, khí hậu biển, cũng như đối với thép ferit, phải cho thêm 2-4%Mo.

Để chế tạo các kết cấu hàn làm việc trong axit H2SO4 và axit H3PO4 nóng phải

dùng loại thép không gỉ austenite có lượng cacbon thấp hơn nhưng lượng Cr và Ni cao hơn họ 18.8 và phải hợp kim hóa 1%Mo, 1-2%Cu và một vài nguyên tố tạo cacbit mạnh như Ti, V, Nb… trong đó Ni, Mo, Cu đảm bảo tính ổn định của thép với axit, còn Ti đảm bảo loại trừ ăn mòn tinh giới.

2.6.2.5. Thép không gỉ austenite- ferit

Nếu tăng lượng Cr và giảm lượng Ni (18-28%Cr và 5-9%Ni) thép sẽ có tổ chức là hỗn hợp γ và α, đó là thép không gỉ austenti – ferit, ví dụ 12Cr21Ni5Ti.

Đặc điểm quan trọng của loại thép này là cơ tính của chúng rất tốt hầu như không có hiện tượng giòn của thép ferit, còn giới hạn đàn hồi lại cao gấp 3 lần so với thép austenite. Ngoài ra độ bền chống ăn mòn đảm bảo, đặc biệt trong điều kiện chịu áp lực ăn mòn ứng suất hoặc chịu ăn mòn tập trung ăn mòn điểm và ăn mòn dạng hang hốc trong khí quyển có tính xâm thực mạnh như ống xả, lỗ van xả, ống dẫn hơi hóa chất,…

2.6.2.6. Thép không gỉ hóa cứng tiết pha (thép austenite- mactenxit)

Thép không gỉ hóa cứng tiết pha ít nhất có hai ưu điểm có thể tiến hành gia công bằng biến dạng nguội, và cắt gọt ở trạng thái tương đối mềm, tiếp đến có thể hóa bền bằng hóa già vùng nhiệt độ tương đối thấp để tránh sự biến dạng hoặc là sự oxy hóa. Nhiệt luyện thép này như sau:

Nung tới nhiệt độ 10500C rồi làm nguội ngoài không khí. Tổ chức nhận được là

austenite, có thể tiến hành gia công tạo hình bằng biến dạng dẻo hoặc cắt gọt ở trạng thái nguội.

Nung tới nhiệt độ trong khoảng 750- 9500C rồi làm nguội ngoài không khí. Tổ chức

nhận được gồm nền là austenite và các hạt cacbit với số lượng tùy vào nhiệt độ nung.

Làm nguội tiếp xuống từ 0 đến -750C (gia công lạnh) để chuyển một phần hoặc toàn bộ austenite thành mactenxit.

Hóa già nhân tạo ở khoảng 5250C trong 1h, cơ tính độ bền, độ cứng sẽ đạt cực

đại đó là sự hóa bền cấu trúc nhờ tiết ra các phần tử nhỏ mịn NiAl và Ni3Al.

Loại thép này dùng để chế tạo một số chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu ăn mòn lại cần cần độ cứng, độ bền tương đối cao nhưng không ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ hóa già.

2.6.3. Thép và hợp kim chịu nhiệt (làm việc ở nhiệt độ cao).

Các vật liệu kim loại làm việc ở nhiệt độ cao có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và quốc phòng, nó là vật liệu không thể thiếu được để chế tạo các chi tiết của động cơ (đốt trong, phản lực), lò nung, thiết bị nhiệt điện, vũ khí, tên lửa, tàu vũ trụ, máy bay…

2.6.3.1. Yêu cầu đối với thép và hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao

Các chi tiết máy làm việc ở nhiệt độ cao phải đạt được hai yêu cầu.

- Có tính ổn định nóng (tính bền hóa học ở nhiệt độ cao).

- Có tính bền nóng (giữ được độ bền cơ học ở nhiệt độ cao).

Tính ổn định nóng là khả năng của kim loại chống lại sự phá hủy của môi trường ở nhiệt độ cao (không khí nóng, sản phẩm cháy của động cơ chứa các khí có hại như CO2, SO2, H2S,… muối nóng chảy và bốc hơi chứa nhiều ion Cl-,…). Trong đó dạng phá hủy nguy hiểm và thường gặp nhất là sự oxy hóa ở nhiệt độ cao, tức là tạo thành các vẩy oxyt kim loại. Đối với trường hợp cụ thể là sắt và thép, lớp vẩy oxyt đó là Fe2O3, Fe3O4, FeO, trong đó chủ yếu là FeO có cấu tạo mạng không sít chặt, quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao phát triển thuận lợi và thép bị phá hủy rất nhanh.

Để tăng khả năng chống oxy hóa cho thép ở nhiệt độ cao thường dùng các nguyên tố hợp kim Cr, Al và Si. Các nguyên tố này khi bị oxy hóa tạo ra các oxyt tương ứng là Cr2O3, Al2O3, SiO2, chúng có cấu tạo mạng sít chặt, tạo ra màng bảo vệ vững chắc trên bề mặt thép. Lượng Si và Al thường dùng trong giới hạn 1-2% mỗi nguyên tố vì nếu nhiều quá, lớp nhôm oxyt giòn, dễ bị bong, làm giảm khả năng bảo vệ thép. Riêng Cr là nguyên tố hợp kim chống oxy hóa quan trọng, có trong mọi thép làm việc ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ làm việc càng cao, thép càng phải chứa nhiều Cr hơn, ví dụ ở 600-6500C cần 9%Cr, ở 8000C cần 14%Cr, ở 10000C cần 26%Cr để bảo đảm sự oxy hóa ở mức 1mg/cm2 trong 100h.

Tính chống oxy hóa không phụ thuộc vào tổ chức của thép mà chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học, chủ yếu là lượng Cr. Hai thép ferit loại Cr cao và austenite (loại Cr-Ni) nếu có cùng lượng chứa Cr thì khả năng chống oxy hóa của chúng là như nhau.

Tính bền nóng là khả năng của kim loại chịu được tải trọng (tức là giữ được độ bền) ở nhiệt độ cao. Như đã biết, khi kim loại làm việc ở nhiệt độ cao, dưới tác dụng của tải trọng không đổi và thấp hơn giới hạn chảy trong thời gian dài, kim loại vẫn bị biến dạng dẻo một cách chậm chạp, được gọi là dão, đó là sự nối tiếp nhau một cách liên tục của hai quá trình ngược nhau biến dạng dẻo gây ra hóa bền và kết tinh lại gây ra thải bền. Hiện tượng dão trở nên đặc biệt nguy hiểm khi nhiệt độ làm việc cao hơn nhiều so với nhiệt độ kết tinh lại, kim loại sẽ bị biến dạng dẻo và dẫn tới phá hủy sau một thời gian nào đó. Để nâng cao tính bền nóng phải tìm mọi cách chống lại hiện tượng biến dạng dão kể trên.

Kim loại có nhiệt độ nóng chảy càng cao có tính bền nóng càng cao. Khi có cùng nhiệt độ nóng chảy, kim loại nào có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn sẽ có tính bền nóng cao hơn. Mọi yếu tố nâng cao nhiệt độ kết tinh lại đều làm tăng tính bền nóng.

Tổ chức của hợp kim cũng ảnh hưởng đến tính bền nóng, cụ thể trường hợp của thép, thép có tổ chức austenite có tính bền nóng cao hơn so với thép có tổ chức ferit hay hỗn hợp ferit và cacbit do austenite có nhiệt độ kết tinh lại cao hơn.

Do ở nhiệt độ cao biên giới hạt kém bền hơn so với bên trong hạt, quá trình biến dạng dão dẫn tới phá hủy thường xảy ra trước tiên ở biên hạt, do vậy hạt càng nhỏ tức

biên giới hạt càng nhiều tính bền nóng càng kém. Điều này ngược lại so với độ bền ở trạng thái nguội. Thực nghiệm đã chứng minh rằng hợp kim có tổ chức một pha với hạt lớn có tính bền nóng cao hơn so với hạt nhỏ.

Đối với thép, các nguyên tố hợp kim như Mo, W, Nb, Ti, Zr có tác dụng tạo ra các pha hóa cứng phân tán như cacbit, nitrit và có tác dụng chống dão, các nguyên tố như Ni, Mn có tác dụng ổn định tổ chức austenite,… đều có tác dụng nâng cao tính bền nóng.

2.6.3.2. Thép làm supap xả

Trong các động cơ đốt trong, supap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng nhất, chịu tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao tới 650-7000C, bị ăn mòn và mài mòn trong dòng sản phẩm cháy.

Để chế tạo supap xả cho các động cơ ô tô, máy kéo loại nhỏ và vừa, thường dùng thép Cr-Si, như các số hiệu 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo. Đây là loại thép mactenxit ở trạng thái thường hóa, sau khi tôi ở nhiệt độ 1000-10500C trong dầu và ram ở nhiệt độ 700-7500C cũng nguội trong dầu để tránh giòn ram loại II, độ cứng đạt được trên dưới 40HRC. Tính bền nóng cao của thép này là do Cr, Si và Mo chúng vừa có tác dụng chống oxy hóa, vừa có tác dụng chống ram, tránh sự kết tụ của cacbit.

Để làm supap xả cho các động cơ công suất lớn hơn có thể dùng mác 30Cr13Ni7Si2 và tốt nhất là dùng thép bền nóng austenite với mác 45Cr14Ni14W2Mo, do độ cứng của nó thấp nên phải đem thấm nit ơ phần cần của supap, còn phần đĩa (nấm) và cạnh vát của supap được hàn đắp bằng hợp kim stelit (hợp kim cứng kiểu nấu chảy, có khoảng 35%Cr, 1-2%C, còn lại là Co).

Supap nạp có nhiệt độ làm việc không cao nên có thể chế tạo bằng thép 40CrNi.

2.6.3.3. Thép làm nồi hơi và tuôcbin hơi

Hiện nay các nồi hơi của các nhà máy nhiệt điện thường hoạt động với các thông số, nhiệt độ hơi nước 5400C với áp suất 250at hoặc nhiệt độ 5600 với áp suất 160at. Sự hạn chế này không phải do những khó khăn về kỹ thuật mà chủ yếu do không có thép bền nóng tương đối rẻ để có thể đảm bảo cho nồi hơi làm việc lâu dài (hơn 100000h) ở nhiệt độ và áp suất cao hơn.

Về công dụng, các thép này lại được chia thành hai nhóm: nhóm thép nồi hơi và

nhóm thép bắt chặt.

Nhóm thép nồi hơi, với nồi hơi áp suất thấp và trung bình (dướt 60at) với nhiệt độ làm việc không vượt quá 4500C có thể dùng thép cacbon thấp CT34, CT38, C15, C20. Các ống quá nung hơi, ống dẫn hơi làm việc ở nhiệt độ cao hơn (540-5600C) phải dùng thép hợp kim cacbon thấp loại peclit như 12CrMo, 12CrMoV. Để làm cánh tuôc bin hơi làm việc ở 540-5600C phải dùng thép hợp kim cao hơn, thuộc loại mactenxit như 15Cr12WNiMoV, 12Cr13, 15Cr11MoV. Các nồi hơi áp suất siêu cao phải dùng thép hợp kim cao loại austenite như 9Cr14Ni19W2NbB.

Nhóm thép bắt chặt, loại thép được dùng để làm các chi tiết bắt chặt trong thiết bị nồi hơi – tuôcbin như bulong, vít cấy,… chúng có tác dụng làm kín các mối nồi, mặt bích. Yêu cầu cơ bản của chúng là có giới hạn chảy cao. Thường dùng các mác sau 30CrMo, 35CrNi3MoA, 38CrMoAlA, 25Cr2MoVA, 40CrNi2MoA,… đôi khi dùng cả thép cacbon C30.

2.6.3.4. Hợp kim bền nóng

Thép bền nóng tốt nhất là loại thép hợp kim cao có tổ chức austenite cũng chỉ chịu được nhiệt độ 750-8000C dưới áp suất hàng trăm at, do bị hạn chế bởi nhiệt độ nóng chảy của Fe. Muốn đạt được tính bền nóng cao hơn phải dùng các hợp kim trên cơ sở Ni, Cr và các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn như W, Mo,…

Hợp kim bền nóng trên cơ sở Ni gồm hai loại chính là nicrôm và nimiônic.

Nicrôm là hợp kim của Cr và Ni đôi khi còn có cả Fe nữa với lượng cacbon rất thấp, có tổ chức một pha. Loại hợp kim này có cơ tính thấp nhưng chịu được nhiệt độ cao, thường được dùng làm dây điện trở.

Nimônic là hợp kim bền nóng tốt gồm bốn nguyên tố Ni-Cr-Ti-Al khoảng 20%Cr, 1%Al, 2%Ti còn lại là Ni có ký hiệu là Ni77Cr20Ti2Al. Đây là loại hợp kim hóa bền tiết pha phân tán, sau khi tôi ở 1050-11500C và hóa già ở 700-7500C, tổ chức gồm γ+γ’ trong đó γ là dung dịch rắn của Ni hòa tan Cr, Ti, Al có mạng lập phương diện tâm như austenite, còn γ’ là các phần tử rắn siêu nhỏ được tiết ra trong quá trình hóa già có tác dụng hóa bền γ nếu nung tiếp tục lên trên 8500 thì chuyển biến thành σ tương ứng với công thức Ni3Ti và mất tác dụng hóa bền. Nếu hợp kim hóa nimônic bằng B, Ce, W, Mo, Co,… sẽ tăng tính bền nóng của nó lên rất nhiều. Chúng được ứng dụng để chế tạo các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao trong các độ cơ phản lực, tuôc bin khí,…

Ngày nay kỹ thuật chế tạo tên lửa, tầu vũ trụ và các máy bay siêu âm đặc biệt chú ý đến các kim loại khó chảy và hợp kim của chúng. Một số bộ phận trong các thiết bị kể trên phải chịu được nhiệt độ 1600-20000C, tức là vượt quá nhiệt độ nóng chảy của Fe, Ni. Trong các trường hợp này chỉ có thể dùng hợp kim khó chảy trên cơ sở Cr (Tnc

= 18500C), Mo (Tnc = 26000C), W (Tnc=34100C).

Hợp kim bền nóng trên cơ sở Cr có thể làm việc ở nhiệt độ cao tới 11000C dài hạn và tới 15000C ngắn hạn, do Cr có nhiệt độ kết tinh lại cao tới 8000C.

Hợp kim bền nóng trên cơ sở Mo có thể làm việc lâu dài ở 15000C.

Hợp kim bền nóng trên cơ sở W có thể làm việc lâu dài ở nhiệt độ 2000-25000C.

Hiện nay người ta chú ý nhiều đến các vật liệu chịu nhiệt trên cơ sở của các hợp chất khó chảy như cacbit, nitrit, oxyt, borit,… đó là loại vật liệu gốm.

2.7. Các loại gang

2.7.1. Đặc điểm chung của gang

Gang là hợp kim Fe-C với lượng C lớn hơn 2,14%C. Thực tế, trong gang luôn có