6.4. Технологические свойства

Технологические свойства (литейные свойства, обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость) в основном оцениваются качественно, так как количественные методы оценки пока не совершены или вообще отсутствуют. Несмотря на отсутствие количественной оценки эти свойства весьма важны и могут быть решающими при выборе материала.

Важнейшим фактором надежной работы оборудования является необходимость обеспечения прочных и плотных соединений отдельных узлов и деталей. В технике низких температур широкое распространение получили сварные и паяные соединения. Сварку применяют для изготовления труб, крупных резервуаров, баков и контейнеров, предназначенных для получения, хранения и транспортировки криогенных жидкостей. По существу все многообразие низкотемпературного оборудования представляет собой те или иные сварные конструкции. Поэтому исследования свариваемости являются обязательными при решении вопроса о внедрении новых материалов в практику.

Оценка свариваемости конструкционных материалов криогенной техники должна включать в себя анализ уровня механических свойств сварного соединения и основного металла, определение склонности к образованию дефектов, прежде всего трещин в металле шва и зоне термического влияния, определение чувствительности сварного соединения к концентраторам напряжений и склонности к хрупкому разрушению.

При проектировании низкотемпературной техники принимают во внимание не только технические, но и экономические соображения. Экономические критерии включают как стоимость самих конструкционных материалов, так и их дефицитность, сортамент металлопродукции, затраты на обработку деталей, сварку и контроль качества изделий. Стоимость меди непрерывно растет, что обуславливает необходимость ее замены алюминием. Из-за дефицитности никеля наблюдается тенденция к замене там, где это возможно, сталей типа 12Х18Н10Т аустенитными сталями, легированными никелем и марганцем или даже одним марганцем.

Прогресс техники низких температур и увеличение рабочих давлений в системе потребует в ближайшем будущем создания новых сплавов, более прочных в широком температурном диапазоне и менее дорогостоящих.

По прогнозу НПО «Криогенмаш» разработка свариваемых сталей - заменителей стали 12Х18Н10Т должна ориентироваться на достижение предела текучести 400 - 500 МПа и временного сопротивления более 800 - 1000 МПа. Разработка алюминиевых сплавов должна ориентироваться на временное сопротивление 400 - 500 МПа в сварном соединении, в котором обычно применяемые высокопрочные алюминиевые сплавы имеют разупрочненную зону.

В пятидесятых годах криогенные конструкции в основном изготовлялись из медных сплавов, прежде всего латуней. В последнее время их потребление сократилось за счет расширения использования сталей и алюминиевых сплавов. Сокращение обусловлено дефицитностью меди, специфическим коррозионным растрескиванием латуни, а также освоением технологии производства сварных конструкций из аустенитных сталей и алюминиевых сплавов.

В настоящее время аустенитные коррозионностойкие стали и алюминиевые сплавы являются основными материалами для изготовления криогенного оборудования. Из-за дефицитности никеля в последние годы алюминиевые сплавы начинают вытеснять коррозионностойкие стали. Применение титановых сплавов ограничивается их высокой стоимостью и склонностью к воспламенению в кислороде.

Таким образом, основными критериями выбора материалов являются назначение и условия работы конструкции. Важную роль играет опыт конструирования и эксплуатации изделий данного профиля, уровень технологии производства и контроля, а также экономические соображения.

Использование по методу аналогии материалов, ранее зарекомендовавших себя в подобных машинах, вполне допустимо, но может принести, с одной стороны, к отказу от совершенствования конструкции, с другой - к повторениям уже сделанных ошибок. Конструктор должен ясно представлять себе причины использования данного материала, возможности его замены, технологические особенности и методы контроля изделий.