Čelični odljevci otporni na toplinu postupkom investicijskog livenja

Čelik otporan na toplinu odnosi se na čelik sa visokom temperaturnom otpornošću na oksidaciju i visokom temperaturnom čvrstoćom. Otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama važan je uslov da bi se osiguralo da radni komad radi dugo na visokoj temperaturi. U oksidirajućem okruženju kao što je zrak visoke temperature, kisik kemijski reagira s površinom čelika i formira različite slojeve željeznog oksida. Oksidni sloj je vrlo labav, gubi prvobitne karakteristike čelika i lako se skida. Kako bi se poboljšala otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama, čeliku se dodaju legirajući elementi kako bi se promijenila struktura oksida. Često korišteni legirajući elementi su hrom, nikal, hrom, silicijum, aluminijum i tako dalje. Otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama povezana je samo s kemijskim sastavom.

Čvrstoća na visokim temperaturama odnosi se na sposobnost čelika da izdrži mehanička opterećenja dugo vremena na visokim temperaturama. Postoje dva glavna efekta čelika pod mehaničkim opterećenjem na visokoj temperaturi. Jedan je omekšavanje, odnosno, čvrstoća opada sa povećanjem temperature. Drugi je puzanje, odnosno pod djelovanjem konstantnog naprezanja količina plastične deformacije se polako povećava s vremenom. Plastična deformacija čelika na visokoj temperaturi uzrokovana je intragranularnim klizanjem i graničnim klizanjem zrna. Za poboljšanje čvrstoće čelika na visokim temperaturama obično se koriste metode legiranja. To jest, legirajući elementi se dodaju čeliku kako bi se poboljšala sila veze između atoma i formirala povoljna struktura. Dodavanje hroma, molibdena, volframa, vanadijuma, titana, itd., može ojačati čeličnu matricu, povećati temperaturu rekristalizacije, a takođe može formirati karbide faze jačanja ili intermetalna jedinjenja, kao što su Cr23C6, VC, TiC, itd. Ove faze ojačanja su stabilni na visokim temperaturama, ne rastvaraju se, ne agregiraju da rastu i održavaju svoju tvrdoću. Nikl se dodaje uglavnom radi dobijanjaaustenit. Atomi u austenitu su raspoređeni čvršće od ferita, sila veze između atoma je jača, a difuzija atoma je teža. Stoga je visokotemperaturna čvrstoća austenita bolja. Može se vidjeti da visokotemperaturna čvrstoća čelika otpornog na toplinu nije povezana samo s kemijskim sastavom, već i s mikrostrukturom.

Visokolegirane otporne na toplinučelični odljevcise široko koriste u slučajevima kada radna temperatura prelazi 650℃. Čelični odljevci otporni na toplinu odnose se na čelike koji rade na visokim temperaturama. Razvoj čeličnih odlivaka otpornih na toplotu usko je povezan sa tehnološkim napretkom različitih industrijskih sektora kao što su elektrane, kotlovi, gasne turbine, motori sa unutrašnjim sagorevanjem i avio-motori. Zbog različitih temperatura i naprezanja koje koriste različite mašine i uređaji, kao i različitih okruženja, vrste čelika koje se koriste su takođe različite.

Standardi lijevanog čelika otpornog na toplinu u različitim zemljama
1) Kineski standard
GB/T 8492-2002 "Tehnički uvjeti za čelične odljevke otporne na toplinu" specificiraju razrede i mehanička svojstva na sobnoj temperaturi različitih lijevanih čelika otpornih na toplinu.
2) Evropski standard
Standardi od livenog čelika otpornog na toplotu EN 10295-2002 uključuju austenitni nerđajući čelik otporan na toplotu, feritni nerđajući čelik otporan na toplotu i austenitno-feritni dupleks nerđajući čelik otporan na toplotu, kao i legure na bazi nikla i legure na bazi kobalta.
3) Američki standardi
Hemijski sastav naveden u ANSI/ASTM 297-2008 "Općenito industrijsko željezo-hrom, željezo-hrom-nikl otporni čelični odljevci na toplinu" je osnova za prihvatanje, a ispitivanje mehaničkih performansi se provodi samo kada kupac to zatraži na vreme naručivanja. Ostali američki standardi koji uključuju liveni čelik otporan na toplotu uključuju ASTM A447/A447M-2003 i ASTM A560/560M-2005.
4) Nemački standard
U DIN 17465 "Tehnički uvjeti za čelične odljevke otporne na toplinu" posebno su specificirani hemijski sastav, mehanička svojstva na sobnoj temperaturi i mehanička svojstva pri visokim temperaturama različitih vrsta lijevanog čelika otpornog na toplinu.
5) Japanski standard
Ocjene u JISG5122-2003 "Čelični odljevci otporni na toplinu" su u osnovi isti kao i američki standard ASTM.
6) Ruski standard
Postoji 19 vrsta lijevanog čelika otpornog na toplinu navedenih u GOST 977-1988, uključujući čelike srednjeg i visokog kroma otporne na toplinu.

Utjecaj kemijskog sastava na vijek trajanja čelika otpornog na toplinu
Postoji dosta različitih kemijskih elemenata koji mogu utjecati na vijek trajanja čelika otpornog na toplinu. Ovi efekti se manifestuju u povećanju stabilnosti strukture, sprečavanju oksidacije, formiranju i stabilizaciji austenita i sprečavanju korozije. Na primjer, rijetki zemljani elementi, koji su elementi u tragovima u čeliku otpornom na toplinu, mogu značajno poboljšati otpornost čelika na oksidaciju i promijeniti termoplastičnost. Osnovni materijali čelika i legura otpornih na toplinu uglavnom biraju metale i legure s relativno visokom tačkom topljenja, visokom energijom samodifuzije aktivacije ili malom energijom greške slaganja. Različiti čelici otporni na toplinu i legure na visoke temperature imaju vrlo visoke zahtjeve za proces topljenja, jer će prisustvo inkluzija ili određenih metalurških defekata u čeliku smanjiti granicu izdržljivosti materijala.

Utjecaj napredne tehnologije kao što je tretman otopinom na vijek trajanja čelika otpornog na toplinu
Za metalne materijale, upotreba različitih procesa termičke obrade će uticati na strukturu i veličinu zrna, čime će se promeniti stepen težine termičke aktivacije. U analizi loma odlivaka, postoji mnogo faktora koji dovode do loma, uglavnom termički zamor dovodi do nastanka i razvoja pukotine. Shodno tome, postoji niz faktora koji utiču na nastanak i širenje pukotina. Među njima je izuzetno važan sadržaj sumpora jer se pukotine uglavnom razvijaju duž sulfida. Na sadržaj sumpora utiče kvalitet sirovina i njihovo topljenje. Za odljevke koji rade u zaštitnoj atmosferi vodika, ako je sumporovodik sadržan u vodiku, odljevci će biti sumporisani. Drugo, adekvatnost tretmana rastvorom će uticati na čvrstoću i žilavost odlivaka.