Применение металлов и сплавов в котельном хозяйстве

Обновлено: 03.07.2024

Что такое томпак? Состав сплава и характеристики

Основными компонентами сплава латуни является медь и цинк. Пропорциональные составляющие этих металлов могут быть разные. Количество цинка колеблется. Минимальное его значение составляет 20 %. Максимальное достигает 50%. При этом сплав меняет свой цвет: бывает золотистым, желтым или зеленым.

Процентный показатель цинка настолько важен, что способен изменять характеристику материала. Это относится к его пластичности и твердости.

Свойства и состав псевдодрагоценной латуни

Латунь известна уже очень давно, со времен древних римлян, и это несмотря на то, что цинк был открыт всего V столетий назад. В те далекие времена античности в упомянутый сплав вносили вместо чистого Zn галмей (цинковую руду). А вот томпак, который мы знаем сегодня, был изобретен Кристофером Пинчбеккером в XVII веке. Сплав получил распространение не только в Англии, уже через несколько десятков лет о нем узнали во всем мире. И кстати, многие мошенники разбогатели, выдавая монеты, разные украшения и изделия из этого вида латуни за золотые. Сегодня в обиходе можно встретить и иные названия этого сплава – симилор, принцеталл, хризохалк, ореид и хризорин.

Как вы уже догадались, это сплав меди и цинка. Содержание первого элемента колеблется в пределах от 88 до 97 %, а второго не более 10%. Если увеличить долю Zn до 10–20%, тогда получится полутомпак. Содержание последнего элемента влияет на свойство латуни и ее цвет. С его увеличением окрас изменяется от красного к желтому. Иногда слитки томпака по фото можно перепутать с благородным золотом. Подобное изменение приводит к улучшению антифрикционных, технологических и механических свойств, а стоимость, напротив, снижается. Это обусловлено относительной дешевизной цинка по сравнению с медью.

Материал обладает великолепными антикоррозионными свойствами и износостойкостью. Он прекрасно сваривается с различными сталями и благородными металлами. Отличается повышенной пластичностью. Легко поддается эмалированию и золочению, ковке, волочению и гравировке.

Еще одной особенностью является полное отсутствие магнитных свойств.

Изделие из томпака

Твердость материала достигает 145 МПа. Температура, при которой начинается процесс плавления, составляет 1045 °C. Без применения смазки коэффициент трения равен 0,44. Если использовать специальные смазывающие вещества, то этот показатель можно снизить до 0,074. При растяжении предел прочности колеблется от 440 до 520 МПа, а относительное удлинение после разрыва составляет около 3%. Латунь Л90 имеет плотность 8780 кг/м3. Для получения заданных характеристик в состав сплава томпак вводят дополнительные элементы. Содержание их всего несколько десятых процента. В результате получается материал с идеальным соотношением пластичности и прочности, прекрасным внешним видом и приемлемой ценой.

Характеристики

Основным качеством в характеристиках латуни является ее коррозионная стойкость. Но она обладает и другими свойствами:

Способность сплава противостоять агрессивным средам, особенно после покрытия поверхности лаком.
Прочность латуни.
Пластичность сплава.
Возможность материала поддаваться обработке давлением. Процесс ведется как в горячем виде при высоких температурах, так и в холодном.
Сплав можно подвергать контактной сварке и пайке.
Теплопроводность, которая повышается с увеличением процентного содержания меди.
Температура плавления, которая составляет 880–950 градусов. При меньшем добавлении цинка, температура плавления снижается.
Материал обладает немагнитными свойствами.

Основным фактором твердости и пластичности соединения является цинк. Увеличение его количественного содержания напрямую связано с повышением прочностных характеристик. Пластичность же возрастает только до количественного содержания цинка 36%. При последующем его увеличении до 45 % идет снижение этого показателя.

В целях увеличения твердости сплава проводится термическая обработка под названием нагартовка. Она способствует не только увеличению показателя прочности, но и снимает внутренние, структурные напряжения.

На эксплуатационные характеристики оказывают действия легирующие добавки. Их влияние указано в таблице:

Название легирующего элемента	Влияние на характеристики латуни
Кремний	Большое его присутствие ведет к снижению твердости латуни.
Свинец	Улучшает антифрикционные свойства.
Марганец, алюминий и олово	Усиливает сопротивление к разрыву. Идет повышение коррозионной стойкости.
Никель	Уменьшает риск растрескивания материала. Сплав приобретает своеобразный цвет. Такое соединение называется «белая латунь».
Мышьяк	У материала появляется возможность работать в жидких, пресных средах.

Маркировка

Существует 2 разновидности сплавов:

Двухкомпонентные. Основные составляющие — медь и цинк. Маркируются буквой Л. Дальше стоят цифры, указывающие количество меди процентах. Л60: содержит меди 60 %, а оставшиеся 40% — цинк.
Многокомпонентные. Кроме основных составляющих добавляются еще легирующие элементы. Так же впереди стоит буква Л. Потом следует перечисление добавок. В конце пишутся через черточку цифры, указывающие на процентное содержание каждой из составляющих. Количество цинка не указывается, а рассчитывается. Например: Марка ЛАЖМц66-6-3-2 имеет 66 % Cu, 6 %Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Путем расчетов определяется количество цинка равное 23%.

Как отличить золото от латуни

Несмотря на то, что внешне золото и латунь похожи, существуют способы отличить одно от другого. Это проверяется следующим образом:

У золота цвет более насыщенный. К тому же, со временем латунь темнеет, потому что окисляется на воздухе, а золото нет.
Если поднести магнит, латунь притянется, а золото нет.
Латунь имеет большую плотность, а значит и тяжелее. Это ощутимо при подбрасывании кусочков металла в ладонях.
Наличие пробы.
Если провести тестирование кислотой, золото в реакцию не вступит, а латунь обесцветится.

Это интересно: Обозначение и изображение резьбы на чертеже согласно ГОСТ

Плюсы и минусы

Латунный сплав обладает характеристиками, которые в одном случае служат положительным моментом, а в другом отрицательным. Состоят они в следующем:

Небольшой вес. Это качество вместе с высокой прочностью используется в определенных отраслях промышленности.
Сплав обладает хорошей пластичностью.
Невысокая стоимость.
Коррозионная стойкость уменьшается с увеличением количества меди.
Показатели теплопроводности ниже, чем у чистой меди и бронзы.

Что такое томпак?

На сходстве томпака с ювелирным минералом многие нечестные на руку люди смогли неплохо заработать, выдавая монеты и ювелирные изделия из латунного сплава за настоящие, сделанные из золота.

Рассматриваемый металл можно называться симилором, принцеталлом, хризорином, хризохалком, ореидом. Услышав эти названия, не удивляйтесь – все это один и тот же металл.

Для томпака характерно немало достоинств:

хорошая устойчивость к образованию коррозийных повреждений;
отличные показатели износостойкости;
хорошие способности свариваемости с другими металлами;
пластичность является достаточной для применения методов деформации и гравирования;
возможность эмалировки и золочения;
невосприимчивость к магнитам.

Отдельного внимания заслуживает одна из разновидностей металла, получившая название полутомпак. Его отличие от томпака заключается в процентном содержании цинка, которое может находиться в пределах 10–20%. Такая особенность объясняет изменение основных свойств металла:

насыщенный желтый цвет;
снижение пластичности;
повышение тугоплавкости.

Такие характеристики позволяют использовать полутомпак для производства некоторых технических деталей. Такая разновидность металла менее распространена по сравнению с томпаком. Это объясняется наличием большого числа недостатков из-за высокого содержания цинка в нем.

Немного истории

Известен этот сплав со времен древних южноамериканских доколумбовых цивилизаций, при археологических раскопках находили латунные украшения, посуду, инструменты. Вместо цинка, секрет производства которого был утерян в Европе в X-XI веках и вновь открытого всего несколько столетий назад, при изготовлении сплава в то время использовалась богатая цинкосодержащая руда — галмей (смесь цинкового шпата ZnCO3 и кремнекислого цинка).

Заново изобретён томпак был в Англии лондонским часовщиком Кристофером Пинчбеккером (1670 – 1732 г). Именно он считается автором химического состава этого сплава. Изначально сплав использовался для изготовления цепочек и деталей для часов. Но вскоре томпак получил распространение не только в Англии, о нем узнали во всем мире. Много состояний было сделано разными мошенниками на сходстве томпака с золотом, они разбогатели, выдавая монеты и изделия из него за золотые.

Маркировка

Томпак, отлитый брусками либо изготовленный в виде катаных листов, маркируется обозначением «Л90», где «Л» — латунь, а число «90» означает процентное содержание меди. Примесей в таком сплаве менее 0,2%. «Л96» означает, что сплав на 95-97% состоит из меди, не более 0,2% примесей, остальное — цинк. Если число на маркировке «85» и меньше, то это не томпак, а полутомпак. И это означает, что количество цинка в сплаве больше 10%, его соотношение может доходить до 22%. Количество дополнительных компонентов может достигать 0,3%. За счет повышения объема цинка, меняются основные свойства сплава:

меняется цвет, он становится более желтым;
степень пластичности снижается;
повышается тугоплавкость.

Такой материал чаще используется для изготовления технических деталей, из него изготавливают сильфоны, гибкие шланги, конденсационные трубки, проволочные сетки, применяемые в фильтрах-осушителях для холодильных машин.

Химический состав и основные характеристики

Сплав меди с цинком, который всем хорошо известен под названием «латунь», люди начали использовать еще с античных времен, изготавливая из него оружие, орудия труда, посуду и многие другие изделия. Изначально вместо цинка, открытого учеными всего 5 столетий назад, для получения такого сплава применяли цинкосодержащую руду – галмей. Сам томпак был изобретен в XVII веке. Считается, что автором химического состава этого сплава стал англичанин Кристофер Пинчбеккер.

Благодаря своим характеристикам (в первую очередь, очень красивому цвету) томпак буквально за несколько десятков лет стал известен во всем мире. К слову сказать, огромную популярность данный сплав завоевал у мошенников, которые выдавали изделия из него за золотые, обманывая доверчивых граждан и зарабатывая на этом большие деньги. Как раньше, так и сейчас в обиходе и среди специалистов можно услышать разные названия томпака:

принцеталл;
хризохалк;
симилор;
ореид;
хризорин.

Холоднокатанная латунная лента Л90 – материал, из которого впоследствии изготавливают изделия из томпака

Томпак, как уже ясно из всего вышесказанного, является сплавом меди и цинка, при этом первого элемента в томпаке содержится 88–97%, а второго (цинка) – не более 10%. Существует еще такой материал, как полутомпак. Это сплав, в химическом составе которого 10–20% цинка.

Количество цинка в составе любой латуни, в том числе и томпака, влияет не только на характеристики сплава, но и на его цвет. Так, при увеличении содержания этого элемента в составе латуни цвет ее поверхности меняется от красного до светло-желтого. Увеличение количественного содержания цинка в химическом составе томпака позволяет добиться:

получения благородного золотого цвета;
улучшения антифрикционных характеристик;
хороших механических и технологических характеристик;
значительного снижения стоимости (если сравнивать ее с ценой чистой меди).

Химический состав медных сплавов, используемых для имитации золота

Томпак обладает целым перечнем достоинств, к числу которых следует отнести:

исключительно высокую устойчивость к коррозии;
повышенную износостойкость;
хорошую свариваемость с различными материалами (сталью, цветными и благородными металлами);
высокую пластичность (что позволяет использовать для обработки томпака методы пластической деформации, наносить на поверхность изделий из него гравировку);
подвергаемость эмалировке и золочению;
немагнитность.

Это интересно: Токарная обработка металла. Особенности процесса и необходимое оборудование

Томпак также обладает следующими характеристиками:

твердость – до 145 МПа;
температура, при которой сплав начинает плавиться, – 10450 Цельсия;
коэффициент трения: без применения смазки – 0,44; при использовании смазочных материалов специального типа – 0,074;
предел прочности, измеряемый при растяжении, – 440–520 МПа;
относительное удлинение, которое материал получает после разрыва, – 3%;
плотность материала – 8780 кг/м3.

Характеристики латуни марки Л90, которая и получила название «томпак», можно улучшить, если в ее химический состав в небольших количествах добавить различные компоненты. Эта незначительная модификация позволяет получать материал, в котором оптимально сочетаются такие характеристики, как пластичность, прочность, хорошая обрабатываемость, привлекательный внешний вид и доступная цена.

Современные производители выпускают томпак в виде листового проката или в брусках, что и предопределяет варианты дальнейшего использования такого материала. Точно узнать о том, какие элементы и в каком количестве входят в химический состав сплава, можно по его маркировке. Так, буква «Л», обязательно присутствующая в обозначении томпака, означает, что перед нами латунь. Цифры, стоящие после этой буквы, указывают на то, сколько в составе сплава содержится основного металла – меди. В такой латуни, кроме меди и цинка, обязательно есть примеси, точное количество которых можно узнать из специальных таблиц. Следует иметь в виду, что сплавы, в которых меди менее 90% (Л85, Л80 и др.), относятся к категории полутомпак.

Сравнение по техническим и пользовательским характеристикам

Срок службы. Гладкая внутренняя поверхность стальных труб, покрытых снаружи алюминиевой рубашкой, не способствует отложениям известковых и солевых отложений.

Обычный срок службы у биметаллических радиаторов составляет более 20 лет, и здесь соперником у них может быть только чугун.

Считается что из-за ненадежного лакокрасочного покрытия и недостаточной коррозиестойкойсти стали, срок эксплуатации стальных приборов ниже и находится в пределах 15-20 лет.

Теплоотдача радиаторов — понятие относительное. Алюминий отличается высоким коэффициентом теплоотдачи. Биметаллическая секция имеет теплоотдачу около 200 Вт. У стальных секций одинаковой площади этот показатель почти в два раза ниже.

Где применяют томпак

Используют томпак для плакирования стали, т.е. покрытия поверхности стальных изделий тонким слоем сплава, что применяется при изготовлении зарядов и пуль к огнестрельному оружию и получения биметалла сталь-латунь. Применение таких биметаллических листов экономит нержавеющую сталь и цветные металлы, защищая стальную сердцевину от коррозии и разрушения и придавая поверхности нужные свойства. Эта технология позволяет резко снизить стоимость изделия. Применяется биметалл для различных элементов химической аппаратуры, где другие покрытия не справляются с коррозией. Биметаллическая проволока применяется для линий связи. Используют томпак для изготовления высокоточного измерительного и другого оборудования.

Благодаря хорошим резонаторным свойствам, из сплава изготавливают раструбы духовых медных музыкальных инструментов. Используют его для изготовления:

художественных изделий (картины, выполненные в технике чеканки по металлу);
радиаторных трубок и тянутых труб диаметром до 30 мм;
знаков отличия;
фурнитуры;
портсигаров и сигаретниц;
некоторых видов медалей и монет.

Например, монеты России номиналом 10 и 50 копеек. Школьные Золотые медали изготавливаются из томпака с последующим нанесением позолоты. Бронзовые медали летней Олимпиады-80 в Москве были выполнены из томпака. В 1942-1943 годах в Канаде были выпущены монеты из томпака номиналом 5 центов.

За свою красивую окраску и легкость обработки томпак широко применяется ювелирами при изготовлении бижутерии. Сплав используют для изготовления посуды, статуэток, подсвечников, в отделке интерьеров и мебели. В странах Востока изящную тонкостенную посуду для воды, кувшины, чаши, подносы изготавливают из томпака, который украшают уникальными узорами, создавая тем самым произведения искусства. От разрушительного воздействия воды на сплав, посуду защищают путем лужения оловом, что позволяет надолго сохранить художественную красоту изделий.

Способы производства

Методы получения томпака существенно расширились с момента его открытия, но суть каждого из них сводится к единой схеме.

Состав нагревается в электрической печи до 1300–1400 градусов. При таком нагревании выделяется силикат, всплывающий на поверхность сплава, что позволяет без лишних сложностей удалить его оттуда.
Полученный металл сливается в контейнер и продувается кислородом. Этот этап требует использования специального оборудования. Такая обработка провоцирует выделение тепловой энергии в больших количествах и запускает химическую реакцию.
На этом этапе происходит образование меди, в которой содержится много посторонних примесей, что снижает ее свойства.
Состав подвергается электрической очистке с использованием подкисленного медного купороса.
В медь расплавленного вида вводится цинк, что позволяет получить прочный сплав с высокой коррозионной стойкостью.

Процесс получения томпака сложный, трудоемкий и энергозатратный. Это объясняет высокую стоимость металла, которая все же является гораздо ниже цены на золото.

Реанимирование поверхности от окиси

Для самого простого случая понадобится ацетон, мыло, вода и ватный диск. Готовим слабый мыльный раствор, а вату пропитываем ацетоном. Хорошенько протираем изделие диском, а затем моем в растворе. Осталось высушить и наслаждаться великолепным видом. Второй метод тоже доступен любой хозяйке. Понадобится металлическая емкость минимум на 3 литра, вода, 250 мл простого уксуса и 25 г соли. Смешиваем все составляющие, помещаем в раствор латунное изделие и ставим кастрюлю либо миску на огонь. Доводим до кипения и при необходимости подливаем чистую воду. Продолжаем до тех пор, пока латунная вещь не очистится.

Следующий способ может быть опасен для кожи и глаз, поэтому требует осторожности. Чтобы очистить томпак этим методом, в пластиковой таре смешиваем 10 литров воды и 200 г щавелевой кислоты. Этот способ используют для обработки крупных изделий. Обязательно придерживайтесь техники безопасности. Наденьте резиновые перчатки и респиратор. Аккуратно помещаем изделие в емкость с раствором и оставляем там на несколько часов. Затем очень осторожно извлекаем и натираем сухой ветошью.

Это интересно: Эжектор – что это такое? Принцип действия эжекторных насосов и их устройство

Еще очистить потускнения можно с помощью лимона. Разрежьте фрукт и погрузите его в поваренную соль, а затем натрите обрабатываемую поверхность. Если необходимо еще и отполировать, тогда пригодится простая зубная паста. Втирайте ее хлопковой тканью, а потом промойте элемент в чистой проточной воде.

Прежде чем проводить чистку, убедитесь, что изделие действительно сделано из латуни, а не покрыто ей. Для этого просто поднесите магнит. Томпак никак не отреагирует. Если вещь всего лишь покрыта тонким слоем сплава, не используйте абразивные вещества, так можно легко повредить поверхностный слой.

Первый способ

Готовим раствор, состоящий из 3 л воды, столовой ложки с небольшой горкой соли (25 г) и стакана обычного уксуса. В этот раствор следует поместить изделие и прокипятить его до полного очищения поверхности. По мере необходимости, нужно подливать воду до первоначального объема. После очистки предмет промывают проточной водой и высушивают.

Второй способ

Предмет, который необходимо очистить, аккуратно помещается на несколько часов в раствор, состоящий из 10 л воды и 200 мл щавелевой кислоты. Для его изготовления необходимо использовать пластиковую тару. Используют такой объем раствора для очистки крупных изделий. При очистке небольших предметов и необходимости использования меньшего количества раствора, можно пропорционально уменьшить объем компонентов. Этот способ потенциально опасен для кожи и глаз, поэтому в случае его применения необходимо использовать резиновые перчатки и респиратор в качестве мер индивидуальной защиты. После очистки изделие необходимо тщательно промыть под струей воды и натереть сухой ветошью.

Изделия с эмалью, вставками из стекла, других металлов, росписью и прочими художественными элементами очищать этими способами не рекомендуется.

Третий

Необходим раствор, содержащий воду и мыло. Также нужен ацетон. В ацетоне смачивается ватный тампон или диск, которым тщательно протирается изделие. После такой обработки его промывают мыльной водой до полного восстановления первоначального блеска поверхности и обязательно протирают насухо.

Четвертый способ

Наиболее простой — очищаемую поверхность изделия протирают половинкой лимона или лайма, которую предварительно обмакивают в поваренную соль. После такой очистки поверхность можно отполировать обычной зубной пастой и хлопковой тканью, как щадящим абразивным полирующим составом. Затем нужно промыть предмет в проточной воде и насухо вытереть.

Пятый способ

Нужно купить в торговых сетях чистящее средство для цветных металлов. Чаще всего оно продается в виде тюбиков с кремом или пастой, и применить его в строгом соответствии с инструкцией.

Шестой способ

Отполировать изделие с помощью пасты ГОИ. Полностью это средство называется паста Государственного Оптического Института и была разработана около 80 лет назад. Для очистки и полировки изделия пасту нужно нанести на мягкую ткань. Наносится несколько капель веретенного масла для лучшего растворения пасты, и затем медленными движениями изделие полируется. После полировки вещь промывается для обезжиривания и насухо вытирается.

Что такое полутомпак?

В отдельную категорию следует отнести полутомпак. Отличия заключаются в концентрации цинка, который повышается до 10-20%. За счет этого изменяются основные свойства томпака. Ключевыми особенностями назовем следующее:

Изделие приобретает более желтый оттенок.
Снижается степень пластичности и повышается тугоплавкость.
Материал часто используется для изготовления технических деталей.

Встречается подобный сплав намного реже, в сравнении с томпаком. Это связано с тем, что увеличение количества цинка становится причиной проявления большого количества недостатков.

Коррозионная стойкость

Во многом рассматриваемый материал пользуется популярностью по причине высокого показателя коррозионной стойкости. За счет этого:

Сплав томпак применяется при изготовлении различных декоративных изделий, которые не теряют свои свойства на протяжении длительного периода. Примером является посуда или недорогие украшения.
Существенно продлевается эксплуатационный срок изделий. Коррозия не только портит декоративные качества, но снижает основные свойства.
Достичь высокой коррозионной устойчивости можно за счет использования меди в качестве основы состава. Подобный материал не реагирует на воздействие влаги и некоторых химикатов.

В целом можно сказать, что область применения томпака во многом зависит от показателя коррозионной стойкости.

Однако, со временем из-за воздействия повышенной влажности происходит появления оксидной пленки. Она существенно снижает декоративные качества получаемого изделия.

Способы производства

Сегодня томпак может выпускаться при применении самых различных технологий. Наибольшее распространение получил вариант, который предусматривает использование электрической печи, которой происходит нагрев состава до 1400 градусов Цельсия. При воздействии подобной температуры происходит выделение силиката, который всплывает на поверхность и удаляется.

Среди других особенностей отметим следующее:

Получается основной металл, который сливается в специальный контейнер. Встречается довольно большое количество различных устройств, предназначение которых заключается в выпуске томпака. Нагрев основного состава должен проводится до температуры 1400 градусов Цельсия. При этом нужно соблюдать определенные правила безопасности.
Следующий шаг заключается в продувке полученного состава кислородом. Для этого также применяется специальное оборудование. Процедура продувки приводит к активному выделению тепловой энергии и химической реакции.
В результате химической реакции в ходе воздействия кислорода образуется медь. Она характеризуется тем, что имеет большое количество различных примесей, за счет которых существенно снижаются свойства.
Далее проводится электрическая очистка состава, при котором применяется специальный подкисленный медный купорос.
В полученную расправленную медь проводится введение цинка. Этот материал повышает прочность и коррозионную стойкость.

Приведенная выше информация указывает на то, что процесс получения подобного состава довольно сложен и трудоемок. Именно поэтому стоимость томпака достаточно велика, однако намного меньше стоимости драгоценного металла.

Не стоит забывать о том, что томпак является сплавом меди и цинка. Этот состав обладает весьма привлекательными характеристиками, применяется при создании различного высокоточного измерительного и другого оборудования. Кроме этого, высоко ценятся декоративные характеристики. При определенном соотношении основных компонентов сплав напоминает золото, однако свойства серьезно отличаются.

Заключение

Томпак — сплав с замечательными физическими свойствами и великолепным внешним видом нашел применение во многих отраслях народного хозяйства. Его качества позволяют использовать сплав практически в любой области — от простейших бытовых изделий до сложных приборов и произведений искусства.

Цветные металлы и сплавы, применяемые в котельной технике

Цветные металлы на котельных используются для изготовления деталей арматуры и автоматики.

Наибольшее распространение имеют:

алюминий — провода, детали автоматики;

медь — провода, импульсные линии датчиков автоматики;

бронза — детали арматуры;

латунь — трубки водоподогревателей, детали автоматики.

Латунью называется сплав меди с цинком (до 45%), а также иногда с легирующими добавками А1, Мn, Sn, Pb и других элементов, повышающих прочность, антикоррозийность и плавкие свойства.

Бронзой называется сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия, свинца, кремния, берилия.

Что такое бронза? Б р о н з а — это cплав цветных металлов на медной основе, причем она бывает оловянистая и неоловянистая. В о л о в я в и с т о й бронзе основным легирующим металлом является слово; в н е о л о в я н и с т о й — олово не содержится, а кроме меди содержатся алюминий, кремний и т. д. Как оловянистая, так и неоловянистая бронза антикоррозионная, обладает хорошей теплопроводностью, высокой прочностью и работает с незначительным сопротивлением при трении. Температура плавления 900—1000°С. Бронзу маркируют начальными буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы бронза содержит, а потом — цифры, указывающие количество этих элементов. Из бронзы в котлостроении изготавливают клапаны, седла для клапанов, водопроводные краны.

Что такое латунь? Л а т у н ь — это сплав меди с цинком. В специальных латунях для придания тех или иных свойств дополнительно вводят различные другие цветные металлы: свинец для лучшей обрабатываемости, олово для повышения сопротивления коррозии в морской воде, алюминий и никель для повышения механических свойств. Так как латунь хорошо поддается обработке и дает прочные и плотные отливки, из нее изготовляют арматуру, всевозможные детали и катают листы, ленты и профили. Плотность латуни 8,6 г/см 3 , температура плавления 980—1000 °С. В котлостроении из латуни выполняют арматуру для химических водоочистительных установок и т. п.

Металлы, применяемые в котельной технике. Основные марки стали, применяемые в котельной технике

Из общего числа известных в данное время 106 химических элементов 85 относятся к группе металлов (железо,медь, алюминий, молибден и пр.), последние — к группе неметаллов (углерод, кислород, сера, фосфор и пр.).

Металлами называются химические элементы, определяющими признаками которых являются: свойство коваться, вытягиваться в нить и провод, свариваться, проводить тепло и электрический ток.

Неметаллы — химические элементы, которые не имеют таких свойств.

Чистые металлы в технике почти не используются. Большая часть металлов используется в виде сплавов.

Сплавом называется состав любого химического элемента с другими химическими элементами. В состав сплавов входят металлы и неметаллы.

Сплавы железа с углеродом и другими элементами образовывают группу черных металлов. К черным металлам относятся сталь и чугун, которые используются для изготовления элементов паровых и водонагревательных котлов, а также трубопроводов, арматуры и гарнитуры котельных.

Сталью называется сплав железа с углеродом при количестве углерода в сплаве меньше 2%.

В машиностроении используются углеродные и легированные стали, то есть такие, в которых для улучшения механических и физико- химических свойств прибавляются другие металлы.

Углеродистые стали более дешевые, чем легированные и поэтому широко используются. Они в зависимости от содержимого вредных примесей, способа выплавки и степени однородности свойств разделяются на стали обычного качества и качественные стали.

Легированные стали разделяются на:

- низколегированные (до 3,5 - 4% легирующих элементов);

- среднелегированные (4 - 10% легирующих элементов);

- высоколегированные (более 10% легирующих элементов). В роли легирующих элементов используют: молибден (М), никель (Н), ванадий (Ф), вольфрам (В), алюминий (Ю), марганец (Г), кремний (С), ниобий (Б), бор (Р), хром (Х), титан (Т).

30ХМ — низколегированная хромомолибденовая сталь со средним содержанием углерода 0,30%, хрома до 1% и молибдена до 1%.

12Х2МВ — низколегированная сталь со средним содержимым углерода 0,12%, хрома 2%, молибдена до 1% и вольфрама до 1%.

По способу получению стали подразделяются на: конверторные, мартеновские и электростали.

Чугуном называется сплав железа с углеродом при количестве углерода в сплаве более 2% (до б). Кроме углерода в чугуне есть примеси марганца, серы и фосфора.

Основным материалом для получения чугуна является железная руда. Чугун выплавляется в доменных печах.

Чугун в зависимости от физико-химических и специальных свойств разделяется на серый, ковкий, жароустойчивый и высокопрочный.

СЧ-12-28 — серый чугун, который имеет границу прочности при растягивании.

КЧ-30-6 — ковкий чугун, который имеет границу прочности при сгибании 30 кгс/мм 2 и относительное удлинение при растягивании 6%.

ВЧ-45-10 — высокопрочный чугун, который имеет границу прочности при сгибании 45 кгс/мм 2 и относительное удлинение при растягивании 10%.

Цветные металлы на котельных используются для изготовления деталей арматуры и автоматики.

Наибольшее распространение имеют:

алюминий — провода, детали автоматики;

медь — провода, импульсные линии датчиков автоматики;

бронза — детали арматуры;

латунь — трубки водоподогревателей, детали автоматики.

Латунью называется сплав меди с цинком (до 45%), а также иногда с легирующими добавками А1, Мn, Sn, Рb и других элементов, повышающих прочность, антикоррозийность и плавкие свойства.

Бронзой называется сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия, свинца, кремния, берилия.

Чёрные и цветные металлы, сплавы. Неметаллические материалы. Рекомендуемые области применения прокладочных материалов. Специальные смазки для газовой арматуры

1. Дать слушателям сведения о чёрных и цветных металлах, сплавах, применяемых в газовом и котельном хозяйствах.

2. Дать сведения о резинотканевых рукавах, прокладочных, набивочных, уплотнительных, смазочных и обмуровочных материалах.

ЧЁРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ.

В современной технике используют различные металлы: чугуны, стали, цветные металлы, сплавы. Область применения металлов зависит от их свойств.

Свойства металлов делятся на следующие группы:

- механические: прочность, твёрдость, пластичность;

- химические: способность металла противостоять различным средам - кислотам, щелочам, растворы солей, влаге, различным газам;

- физические: цвет, плотность, температура плавления, температура горения, электропроводность, магнитные свойства;

- технологические: способность металла поддаваться различным видам обработкиковкость, литейные свойства, свариваемость.

При выборе металла значение имеет влияние температуры, под воздействием которой меняются практически все свойства. Так с увеличением температуры повышаются пластические свойства, а прочностные характеристики снижаются.

СТАЛЬ. Благодаря высокой механической прочности и пластичности сталь является высококачественным материалом. Пластичность стали способствует выравниванию напряжений в отдельных точках детали и уменьшению опасности её внезапного разрушения. Сталь разделяют по химическому составу (углеродистая и легированная), а также по качеству.

Различные детали в зависимости от условий их работы (давление, температура, коррозионные свойства среды) изготавливают из углеродистых, легированных или высоколегированных сталей. Углеродистая сталь содержит 0,06-0,49% углерода. Сталь, содержащая дополнительные, специально вводимые легирующие элементы (хром, никель, вольфрам, молибден), для придания ей особых свойств, называется легированной.

По применению различают стали машиностроительные (конструкционные), строительные, общего и специального назначения, инструментальные и с особыми физическими свойствами.

Углеродистые стали обыкновенного качества делятся на три группы:

А – поставляемая по механическим свойствам;

Б - поставляемая по химическому составу;

В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей, сталь каждой группы подразделяют на категории: группа А-1,2,3; группа Б-1,2; группа В- 1,2,3,4,5,6.

ЧУГУН. Для изготовления сложных фасонных отливок наиболее дешевым металлом является чугун. Однако хрупкость чугуна ограничивает область его применения. Хрупкое разрушение деталей приобретает значительную опасность для газовой арматуры. Разрушение детали происходит неожиданно для обслуживающего персонала

Чугун – высокоуглеродистый, нековкий сплав железа с углеродом (2,5 - 3,6%), содержит примеси марганца (0,5 - 1%), кремния (1,6 – 2,4%), серы (не более 0,12%) и фосфора (не более 0,8%).

По назначению различают: передельный чугун – обычно белый, служащий материалом для передела в сталь; литейный чугун – серый, служащий для получения фасонных отливок. Из серого чугуна изготавливают водопроводную и газовую аппаратуру низкого давления. Ковкий чугун имеет условное название, так как коваться он не может, хотя имеет повышенные пластические свойства. Это позволяет применять его при более высоких давлениях и температуре по сравнению серым чугуном.

АЛЮМИНИЙ. В газовом хозяйстве листовой алюминий используется в качестве прокладочного материала, для изготовления паспортных таблиц.

МЕДЬ И ЕЁ СПЛАВЫ. В промышленности широко применяют красную медь, латуни и бронзы. Красную медь (марки М1 и М3) используют главным образом для токопроводящих деталей и для прокладок в изделиях, предназначенных для эксплуатации при низких температурах, если среда не содержит кислоту. Наибольшее применение имеют латуни и бронзы.

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Для изготовления котельных агрегатов используются сталь, чугун, огнеупорные изделия (кирпич, глина, цемент), теплоизолирующие массы. Цветные металлы в котельных агрегатах используют в небольших количествах.

Из стали различных С0|ртов изготовляются барабаны, коллекторы или камеры, трубы, поверхности нагрева, арматура, каркас, помосты* 236

Площадки, лестницы и ряд других элементов. Элементы мелких водогрейных и паровых котлов, колосниковые решетки, гарнитуру, часть арматуры, трубы чугунных водяных экономайзеров, воздухоподогревателей, подвески, опоры и крепления для обмуровки, иногда перегородки в газоходах и некоторые другие изготовляются из чугунных деталей. Из цветных металлов, главным образом из меди и ее сплавов, могут быть изготовлены некоторые детали арматуры.

Наиболее ответственными элементами котельного агрегата являются элементы, находящиеся под давлением и воздействием температуры. Выбор материалов для них регламентирован Госгортехнадзором СССР, и чем выше давление и температура в котлоагрегате, тем лучше должны быть качество стали и лучше технология изготовления и ремонта.

Для элементов паровых и водогрейных котлов на эти параметры могут быть использованы сталь с допускаемыми напряжениями при 20°С от 130 до 143 МПа (от 13 до 14,3 кгс/мм2) марок Ст2, СтЗ и Ст4 (спокойная и кипящая), а также бесшовные и электросварные трубы, изготовленные из этих же марок стали.

Из серого чугуна марки не ниже СЧ 15-32 допускается изготовление предохранительных, обратных клапанов и запорных устройств — задвижек и вентилей с условным проходом до 300 мм, рассчитанных на рабочее давление до 0,8 МПа (8 кгс/см2) и температуру среды не выше ЗОО0С. Повышение давления до 1,3 и 2,0 МПа (13 и 20 кгс/см2) при той же температуре ограничивает в перечисленной арматуре условные проходы величинами в 200 и 100 мм соответственно.

Для арматуры, устанавливаемой на спускных и продувочных линиях, допускается применение только ковкого чугуна.

Для труб поверхностей нагрева водяных экономайзеров, их коллекторов, камер и калачей допускается применение серого чугуна с пределом прочности при растяжении не ниже 120 МПа (12 кгс/мм2) и при изгибе не ниже 280 МПа (28 кгс/мм2), если рабочее давление не превышает 2,3 МПа (23 кгс/см2), а соединения выполнены фланцевыми.

Из чугуна различных марок изготовляют колосники, люки, лазы, клапаны и гляделки для обмуровок, детали цепных решеток и механизированных топочных устройств, валы, вкладыши, втулки и корпуса вращающихся механизмов [Л. 1 и 13].

Если температура рабочего тела в котле превышает 120°С, детали котлов изготовляют только стальными.

При давлении до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и температуре до 150°С для барабанов и других емкостей применяют листовую сталь (кипящую и спокойную) марок Ст2кп, СтЗкп, Ст2сп и ВСтЗкп. Первые три марки стали применяют для необогреваемых элементов, последнюю — для обогреваемых, если содержание серы в стали не превышает 0,05%.

Для давления до 0,8 МПа (8 кгс/см2) и температур до 200°С изделия из листа выполняют из спокойной стали марки ВСтЗсп при содержании серы до 0,045%.

При больших давлениях и температуре металла до 450°С следует использовать для барабанов и сосудов качественные стали марок 15К. и 20К. Если из этих сталей изготовляются обогреваемые элементы, то содержание серы в них должно быть ниже 0,04%.

Для всех обогреваемых элементов паровых и водогрейных котлов, изготовляемых из бесшовных труб и работающих под давлением до

6,0 МПа (60 кгс/см2) при температурах стенки до 500°С, следует применять стали марок 10 и 20, проверенные испытаниями. Только для кипятильных труб котлов производительностью до 0,278 кг/с (1 т/ч), дымогарных и пароперегревательных труб локомобильных котлов на давление до 1,3 МПа (13 кгс/см2) объем испытаний сталей уменьшен.

Из сталей 10 и 20 должны быть изготовлены камеры, коллекторы и трубопроводы в пределах котлоагрегата, если температура их стенки не превышает 450°С, а давление — 6,0 МПа (60 кгс/см2).

Арматура котельных агрегатов на давление до 6,4 МПа (64 кгс/см2) и температуру до 425°С изготовляется литой из сталей 15Л, 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л группы II и III или кованой из стали марок 15, 20 и 25 при температуре до 450°С.

Для паровых и водогрейных агрегатов за величину давления, при которой проводится расчет на прочность металла, принимают давление среды на выходе из агрегата рв0м, увеличенное на' потерю давления в котлоапрегате Ар и на давление столба жидкости /гр, расположенного над рассчитываемым элементом, МПа (кгс/см2):

Если два последних слагаемых в выражении (5-4) не превышают 3% первого, то их учет не обязателен.

Чугунные водяные экономайзеры рассчитываются на прочность при давлении, равном 1,25рНом для котлоагрегата с неотключаемым экономайзером. При отключаемом водяном экономайзере расчет проводится на давление, могущее возникнуть в трубопроводе питательной воды, т. е. равное 0,9рМакс от создаваемого насосом. Расчетную температуру металла во всех случаях принимают не ниже 250°С.

Для барабана, подверженного обогреву от горящего слоя топлива или излучающего факела, температура, °С, определяется из выра

/ — температура среды (насыщенного пара, воды или их смеси) при номинальном давлении, °С;

5 — толщина стенки, мм.

При расположении барабана в области температур газов от 600 до 900 С температура стенки определяется, °С:

При расположении в области температур до 600°С

И для вынесенных из обогрева или надежно защищенных от обогрева

В выражениях (5-6) — (5-8) приняты те же обозначения, что и в вы

Ражении (5-5). Температура стенки коллекторов, а также камер в слу - 238

Чае их обогрева определяется значением, найденным из выражений (5-6) и (5-7) плюс 5°С; без обогрева температура стенки коллекторов приравнивается температуре среды.

Расчетная температура стенки жаровых труб, °С, находится из выражения

Где коэффициент А=4 для гладких и А=5 для волнистых жаровых труб.

Расчетная температура стенки, °С, принимается для: кипятильных и экранных труб при естественной циркуляции

Труб конвективных перегревателей при давлении до 2,5 МПа

Где /Пе — температура перегретого пара на выходе, °С; труб водяных экономайзеров

В других случаях необходимо расчет температуры стенки элемента котлоагрегата проводить в соответствии с указаниями [Л. 1 и 12].

Определив величину давления и температуры металла, можно проверить правильность выбранной толщины стенки, мм, трубы, барабана, камеры или другого элемента котлоагрегата по формуле

Р — расчетное давление, МПа (кгс/см2);

Йв—номинальный наружный диаметр, мм;

<Тдоп — допускаемое напряжение при расчете элемента на действие давления, МПа (кгс/мм2);

С1 — прибавка к расчетной толщине стенки, мм;

Ф — минимальный коэффициент прочности, приведенный к продольному направлению.

Номинальные значения наружного диаметра труб и камер принимаются из справочников, например из [Л. 13], а для барабанов находятся по конструктивным соображениям или по обмеру имеющегося.

Величину допускаемых напряжений, зависящую от марки стали, давления и температуры стенки, находят из таблиц, приведенных В [Л. 1] или справочниках [Л. 13].

Величина С1 для барабанов и камер, сваренных из листовой стали при ее толщине до 20 мм, равна 1 мм, для труб — 0,5 мм.

Минимальный коэффициент прочности - (без учета ослабления отверстиями) для заводских условий сварки — 0,85, при ручной сварке — 0,7.

Колонны, балки, ригели образуют сварной каркас из углеродистых сталей, к которому затем привариваются площадки, лестницы, помосты. К сталям, используемым для изготовления элементов каркаса, предъявляются требования, аналогичные требованиям, предъявляемым к металлическим конструкциям промышленного назначения.

Читайте также: