Слайд 2Хладостойкими называют материалы, сохраняющие достаточную вязкость при низких температурах от 0 до
–269 °С (273–4 К).
Воздействию низких температур подвергаются все термически незащищенные элементы стальных металлоконструкций и обшивки подвижного состава, строительные конструкции, автомобили, вагоны в северных районах страны, охлаждаемые до температур климатического холода (–80 °С), специальное оборудование и пр.
Слайд 3Хладостойкие материалы подразделяют на следующие основные группы: низкоуглеродистые стали с ОЦК
и ГЦК структурой, алюминий и его сплавы (АМц, АМг, АМг5 и др.), титан и его сплавы (ВТ1, ВТ5, ОТ4 и др.), некоторые пластмассы (фторопласт-4, полиамиды, пористые полистирол и полиуретан). Среднеуглеродистые улучшаемые, а также мартенситно-стареющие стали используют ограниченно, когда к отдельным деталям холодильного оборудования предъявляются требования повышенной прочности и твердости.
Слайд 4Стали с ОЦК решеткой используют главным образом для работы в условиях
климатического холода. Температурная граница их применения ограничивается порогом хладноломкости, который в зависимости от металлургического качества стали и ее структуры изменяется от 0 до
–60 °С. Эффективными мерами снижения порога хладноломкости и повышения надежности работы являются уменьшение содержания углерода, создание мелкозернистой структуры (размер зерен 10–20 мкм), понижение содержания вредных примесей и их нейтрализация добавками редкоземельных металлов, а также ванадия, ниобия, титана, легирование никелем и применение термического улучшения.
Слайд 5Наибольшее распространение получили низкоуглеродистые стали, так как с увеличением содержания углерода
повышается порог хладноломкости и ухудшается свариваемость стали.
Стали обыкновенного качества – спокойные, полуспокойные и кипящие – применяют для разнообразных изделий, включая сосуды, работающие под давлением. Минимальная рабочая температура этих сталей без специальной обработки для низкотемпературной службы ограничивается –20 °С (см. табл. 4.1), а у кипящих сталей находится в пределах от 0 до –10 °С, так как у них порог хладноломкости на 10–20 °С выше, чем у таких же спокойных сталей.
Слайд 6Использование литейных сталей в условиях климатического холода экономически целесообразно при обеспечении надежности и
долговечности отливок. Качество литого металла по сравнению с прокатом или поковками ниже из-за ликвации, более крупного зерна, а также разнозернистости в различных частях отливки, наличия пор и раковин. При отрицательных температурах вредное влияние этих факторов усиливается.
Слайд 7Аустенитные стали с ГЦК решеткой сохраняют высокую пластичность и вязкость ниже
–196 °С Переход аустенита в мартенсит при низких температурах нежелателен: возникают напряжения, появляется склонность к хрупкому разрушению. Стабильность аустенита обеспечивают повышением содержания аустенитообразующих элементов (Ni, N, Мn) свыше 15 %. Недостаток аустенитных сталей – низкий предел текучести. Наряду с 12Х18Н10Т применяют более прочные хромомарганцевые стали (03Х13АГ19) и специальные дисперсионно-твердеющие стали (10Х11Н23ТЗМР, 10Х11Н20ТЗР).
Слайд 8Хладостойкие сплавы.
Алюминий и его сплавы, не имея порога хладноломкости, остаются вязкими при
–253...–269 °С. При охлаждении σВ у них повышается на 35–60 % (σ0,2 – на 15–25 %, а ударная вязкость монотонно уменьшается до 0,2–0,5 МДж/м2. Вязкость разрушения Klc практически не уменьшается, а значит, алюминиевые сплавы при охлаждении менее чувствительны к надрезам, чем при 25 °С. Из-за большого теплового расширения (значительной теплопроводности) алюминия при жестком закреплении элементов конструкций в них неизбежны значительные термические напряжения. Для их уменьшения применяют компенсаторы деформации или отдельные части конструкции (например, горловины криостатов) изготовляют из материалов с меньшей теплопроводностью, например из аустенитных сталей или пластмасс.
При низких температурах (от –253 до –269 °С) чаще всего используют алюминий и термически неупрочняемые свариваемые сплавы АМц, АМг2, АМг5. Для несвариваемых изделий, работающих при температурах до –253 °С, применяют термически упрочняемые сплавы Д16, АК6, АК8, а также литейные сплавы.
Слайд 9Титан и его сплавы не охрупчиваются при температурах от –196 до –269
°С и из-за большой удельной прочности используются в космической технике. Широко применяют технически чистый титан и его однофазные сплавы ВТ5-1, ОТ4. Они пластичны, легко свариваются и после сварки не требуется термическая обработка соединений. Более прочные, но менее пластичные сплавы ВТЗ-1 и ВТ6 с двухфазной (α+β)-структурой применяют при температурах до –196 °С. Эти сплавы свариваются хуже, чем однофазные, и для их сварных соединений необходим отжиг.
Слайд 10Медь и ее сплавы пластичны, не имеют порога хладноломкости. Кроме того, вязкость
разрушения у них при охлаждении повышается.
Их применяют для трубных конструкций, крепежных деталей, сварных корпусов, работающих при температурах до –269 °С. Из-за более высокой стоимости по сравнению с алюминием медь и ее сплавы все больше заменяют сплавами алюминия.
Слайд 11Неметаллические хладостойкие материалы.
Неметаллические хладостойкие материалы имеют более низкую прочность и ударную
вязкость по сравнению с металлами. Их используют для изготовления тепловой изоляции, а также отдельных деталей и элементов конструкций. Для тепловой изоляции применяют вспененные полистирол или полиуретан, отличающиеся особенно низкой теплопроводностью (λ = 0,3...0,05 Вт/(м°С)). Для деталей и элементов конструкций используют пластмассы, наполненные стеклянным волокном (полиамиды, поликарбонаты), а для подвижных уплотнений – фторопласт-4 (до –269 °С) и резины (до –70 °С).