Конструкционные материалы

В арматуростроении в основном используются: серый, ковкий, высокопрочный чугун. Значительно реже применяются: кислотостойкий, жаростойкий, щелочестойкий, антифрикционный чугун.

Также применяются цветные металлы и сплавы (латунь, безоловянная бронза, алюминиевые, никелевые и титановые сплавы), углеродистая и легированная сталь.

Еще используются неметаллические конструкционные материалы, такие как винипласт, фторопласт-4, полиэтилен, пластикат на основе поливинилхлорида, фаолит А (кислотоупорная пластмасса, изготовляемая на основе бакелитовой смолы), капрон (капролактам), керамика кислотоупорная, стекло, фарфор, диабаз плавленный, графитные материалы, текстолит, древесно-слоистые пластики.

 ЧУГУН

При производстве трубопроводной арматуры используются серые, ковкие и высокопрочные чугуны, а также чугуны кислотостойкие, жаростойкие, щелочестойкие и антифрикционные.

СЕРЫЙ ЧУГУН (СЧ) чаще всего применяется в промышленности для деталей, которые работают на износ. Его основными характеристиками является предел прочности при испытании на разрыв (в МПа) и предел прочности при испытании на изгиб (в МПа). Маркируется он следующим образом – СЧ 120-280.

Можно улучшить механические свойства серого чугуна, добавляя в него графитизирующие материалы: силикокальций, силикоалюминий или ферросилид. Тогда его структура становится более однородной и мелкозернистой, а материал, в свою очередь, более прочным и износостойким. 

КОВКИЙ ЧУГУН (КЧ) получают в результате термообработки белого чугуна. Его название обусловлено высокой вязкостью и пластичностью. Также КЧ характеризуется высокой прочностью и высоким сопротивлением удару. Из него часто изготавливают детали сложной формы: тройники, угольники и т. д.

Характеристики, которые упоминаются в маркировке ковкого чугуна: предел прочности на разрыв (в МПа) и относительное удлинение / степень пластичности (в процентах). Например, КЧ 370-12.

Чугун этого вида занимает среднее положение между чугуном и сталью и дает плотные отливки, его применяют для более высоких давлений и температур. Для деталей арматуры чаще всего применяются ковкие чугуны марок КЧ 30-6 и КЧ 33-8.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (ВЧ) получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок из магния или магниевых лигатур. Он применяется для изготовления более ответственных изделий (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.), заменяя сталь. Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например, ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна.

Благодаря добавкам, высокопрочный чугун приобретает повышенные механические свойства, в ряде случаев приближающиеся к механическим характеристикам сталей. При производстве обычно используются высокопрочные чугуны марок ВЧ 38-17, ВЧ 42-12 и ВЧ 45-5 при температуре рабочей среды до 300 °С. 

Для изготовления деталей арматуры также применяются коррозионностойкие и жаропрочные чугуны марок ЧШ7ДЗХ2 (ЖЧ-1), ЧН19ХЗШ, ЧН5Г8 (ГН8-5), ЧШ5Д7Х2 и ЧН15ДЗХШ, а также антифрикционный чугун АСЧ-1.

Стоит отметить, что не разрешается применять арматуру из ковкого чугуна на трубопроводах, транспортирующих среды группы А (т. е. чрезвычайно опасные вещества с токсичным действием), сжиженные газы группы Б (т. е. взрыво- и пожароопасные вещества).

Арматуру из серого и ковкого чугуна также не допускается применять в следующих случаях:

● на трубопроводах, подверженных вибрации;

● на трубопроводах, работающих при резкопеременном температурном режиме среды;

● при возможности значительного охлаждения арматуры в результате дроссель-эффекта;

● на трубопроводах, транспортирующих вещества групп А (вещества с токсичным действием) и Б (взрыво- и пожароопасные вещества), содержащие воду или другие замерзающие жидкости, при температуре стенки трубопровода ниже 0 °С, независимо от давления;

● в обвязке насосных агрегатов, в том числе на вспомогательных трубопроводах, при установке насосов на открытых площадках;

● в обвязке резервуаров и емкостей для хранения взрывопожароопасных и токсичных веществ.


СТАЛЬ

В зависимости от способа производства (в конверторах, мартеновских печах, в электропечах) различают три класса стали:

I класс - сталь обыкновенного качества;

II класс - сталь качественная и

III класс - сталь высококачественная.

По применению сталь подразделяют на четыре класса:

I класс - строительная,

II класс- конструкционная,

III класс - инструментальная и

IV класс - с особыми свойствами.

Арматурная сталь должна обладать достаточной пластичностью, характеризуемой величиной относительного удлинения при растяжении, а также проверкой на загиб или перегиб в холодном состоянии. Чем хуже пластические свойства арматурной стали, тем сильнее ограничиваются возможности ее рационального использования в железобетонных конструкциях.

Механические свойства арматурных сталей устанавливаются соответствующими ГОСТ и техническими условиями, а области рационального использования арматуры в конструкциях определяются техническими условиями и инструкциями по проектированию железобетонных конструкций.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

ЛАТУНЬ – пластичный материал, имеет хорошую коррозионную стойкость (для повышения коррозионной стойкости производится отжиг латуни). С понижением температуры механические свойства латуни повышаются, поэтому она успешно применяется для арматуры, работающей при низких температурах. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 может применяться для изготовления деталей арматуры, работающей в условиях низких температур (до –196° С).

Латуни в трубопроводной арматуре применяются для изготовления уплотнительных колец для воды, ходовых гаек, электропроводящих деталей приводов. В некоторых случаях из латуни изготовляется также мелкая пароводяная арматура, когда такая необходимость технически обоснована.

БРОНЗА в арматуростроении применяется для изготовления шпинделей, ходовых гаек, подшипников, втулок, венцов червячных колес, а также пружин, работающих в коррозионной среде и электромагнитном поле.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ используются в основном для арматуры, работающей при температурах от –80 до + 100°С. Из сплавов марок АЛ2 и АЛ8 изготовляется мелкая арматура, краны и детали проводов. Алюминий марки АО применяется для, изготовления арматуры, работающей на азотной кислоте. Алюминий марок АО, А и АД1 используется для прокладок, работающих при температуре от –253 до +100° С.

НИКЕЛЬ И НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ хорошо противостоят действию коррозионных сред и, в частности, действию морской воды. Одним из важнейших свойств никеля является его способность сохранять пластичность при низких температурах. В интервале температур от +650 до –271 °С пластические свойства никеля не изменяются.

Из никелевых сплавов в арматуростроении наиболее распространен монель-металл НЖМц28-2,5-1,5 устойчивый против действия морской воды, содержащий никеля 68 %, меди 28 %, железа 2,5 % и марганца 1,5 %.

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ получают все большее применение. Арматура из титановых сплавов пригодна для работы в коррозионных средах, при низких и повышенных температурах; она обычно выполняется сваркой. Из титановых сплавов изготовляются также сильфоны.

Титан имеет плотность, стоек в атмосферных условиях, в пресной и морской воде, горячих минеральных маслах, щелочах калия и натрия, пищевых продуктах, в ряде кислот и других средах. Титан имеет низкие антифрикционные свойства и склонность к задиранию при трении скольжения, поэтому рабочие поверхности при трении должны подвергаться соответствующей обработке или наплавке.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, такие как винипласт, керамика, графиты, текстолит, капрон и пластикат.

В арматуростроении возрастает количество конструкций, в которых используются различные неметаллические материалы, хотя удельный вес их в общем остается небольшим.

ПЛАСТМАССЫ используются для изготовления деталей или для облицовки (футерования) внутренних поверхностей корпусных деталей, непосредственно соприкасающцхся с коррозионными средами.

В и k, H пласт представляет собой твердую негорючую пластмассу, получаемую путем термической пластификации поливинилхлоридных смол. Обладает высокой химической стойкостью против действия многих агрессивных сред – кислот, щелочей и их растворов. Из винипласта изготовляются вентили, краны, клапаны и др. Он используется также как футеровочный материал. Применяется для рабочей среды с температурой до 40–60° С.

Фторопласт-4 по химической стойкости превосходит все химически стойкие материалы, включая золото и платину. Разрушается лишь под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора. Не смачивается водой и не набухает, по внешнему виду напоминает парафин. Имеет низкий коэффициент трения и обладает очень высокими диэлектрическими характеристиками. Применяется для работы при температуре от –195 до +250 °С. Ползучесть этого материала зависит от удельного давления и температуры. Фторопласт-4 используется для изготовления деталей кранов, вентилей, труб, сильфонов, мембран, прокладок, сальниковых набивок и различных деталей электроаппаратуры.

ПОЛИЭТИЛЕН используется как коррозионностойкий материал для изготовления и футерования арматуры, изготовления отдельных деталей, уплотнительных колец, прокладок.

ФАОЛИТ – кислотоупорная пластмасса, изготовляемая на основе бакелитовой смолы, применяется как для футерования арматуры, работающей при температуре среды до 120 °С, так и для изготовления некоторых конструкций вентилей и кранов.

Капрон, пропилен, нейлон, текстолит, древеснослоистые пластики и другие пластмассы имеют в арматуре ограниченное применение.

Стекло, фарфор, диабаз плавленый, кислотоупорная керамика и графитные материалы успешно применяются для изготовления труб и некоторых деталей трубопроводной арматуры химических производств.

Более подробная информация представлена в следующих видеороликах: