Конструкционные материалы

Серые чугуны

Широкое применение в арматуростроении получили серые чугуны как конструкционный материал для изготовления литых деталей: корпусов, крышек, стоек, дисков, тарелок, зубчатых колес, маховиков и др. Чугуны обладают следующими положительными качествами: доступностью для применения, низкой стоимостью, хорошими литейными свойствами, возможностью получения из них деталей сложной формы с тонкими стенками. Однако хрупкость чугуна ограничивает область его применения. Хрупкое разрушение деталей, явление нежелательное вообще, представляет значительную опасность для арматуры. В связи с хрупкостью область применения серого чугуна ограничена относительно невысокими давлениями и температурами. При низких температурах хрупкость чугуна возрастает, поэтому серый чугун допускается применять для арматуры, работающей при температуре не ниже -15ºС, а для газовой арматуры – при температуре до -10ºС.

Серый чугун представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами и содержит 2,2 – 3,7% углерода, 0,8 – 0,9% которого находится в связанном состоянии в виде цементита (карбид железа), остальная часть  - в свободном состоянии в виде пластинок или зерен; 2,6% - 2,0% кремния, 0,2 – 1,1% марганца, 0,3 – 0,02% фосфора.

Ковкие чугуны

Ковкие чугуны – название условное, так как коваться они не могут, хотя имеют повышенные по сравнению с другими чугунами пластические свойства, что позволяет применять их для более высоких давлений и температур, чем серый чугун. Ковкий чугун по механическим свойствам  занимает среднее положение между серым чугуном и сталью и обеспечивает плотные отливки. Для изготовления деталей арматуры применяются ковкие чугуны марок КЧ 30-6 и КЧ 33-8. В обозначении марки ковкого чугуна указывается класс перлитный П или ферритный – Ф, например КЧ 30-6-Ф. Технология изготовления деталей из ковкого чугуна ограничивает их возможные размеры, поэтому арматура из ковкого чугуна изготовляется с диаметрами прохода не более 100 мм.

Высокопрочные чугуны

Высокопрочные чугуны получаются введением в расплавленный чугун добавок из магния или магниевых лигатур. Это приводит к изменению формы графитовых включений в чугуне: вместо пластинчатой они приобретают шаровую форму, образуя мелкие сферические зерна. Благодаря этому снижается концентрация напряжений возле зерен и металл приобретает повышенные механические свойства, в ряде случаев приближающиеся к механическим характеристикам сталей. Удлинение, ударная вязкость и усталостная прочность некоторых высокопрочных чугунов позволяют в отдельных случаях заменять ими сталь. Необходимо, однако, технологическими приемами обеспечить достаточную прочность всех сечений отливок, отсутствие местных внутренних напряжений и ухудшенных структур металла, особенно в местах переходов и соединений стенок. Для изготовления деталей арматуры могут также применяться чугуны коррозионно-стойкие и жаропрочные марок ЧН17Д3Х2 (ЖЧ-1), ЧН19Х3Ш. ЧН5Г8 (ГНВ-5), ЧН15Д7Х2 и ЧН 15ДЗХШ, а также антифрикционный чугун марки АСЧ-1.

Стали

Благодаря высокой механической прочности и пластичности сталь является высококачественным материалом, используемым для изготовления ответственных деталей арматуры. Пластичность стали способствует выравниванию напряжений в отдельных точках детали и уменьшает опасность ее внезапного разрушения, что особенно важно для арматуры высоких энергетических параметров и другой ответственной арматуры. Углеродистая сталь обыкновенного качества изготавливается по ГОСТ 380-71 (на бессемеровскую сталь не распространяется). В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик она подразделяется на три группы: А, Б и В. Сталь группы А поставляется с гарантированными механическими характеристиками после горячей прокатки; сталь группы Б – с гарантированным комплексом механических характеристик и химического состава. Сталь группы А применяется для изготовления неответственных деталей, а стали групп Б и В – для более нагруженных деталей. Стали группы А распространены значительно больше, чем стали групп Б и В. Сталь каждой группы в зависимости от нормируемых показателей подразделяется на категории: сталь группы А – 1; 2; 3; сталь группы Б – 1; 2; сталь группы В – 1; 2; 3; 4; 5; 6. Углеродистые стали могут применяться при низких температурах: спокойная до -40ºС, кипящая – до -30ºС. С повышением температуры свыше 300ºС механические характеристики углеродистых сталей быстро снижаются, поэтому сталь обыкновенного качества применяется для температур до 425ºС, качественная сталь – для температур до 455ºС. Для ответственных объектов, например в атомной энергетике, углеродистая (качественная) сталь в арматуре применяется только для температур до 350ºС, с целью обеспечить высокую надежность арматуры.

Цветные металлы и сплавы

Латуни – сплавы меди с цинком. В трубопроводной арматуре из латуни изготавливают уплотнительные кольца для воды, ходовые гайки, электропроводящие детали приводов. В некоторых случаях из латуни изготавливается мелкая пароводяная арматура, когда такая необходимость технически обоснована. Латунь – пластичный материал, имеет хорошую коррозионную стойкость. С понижением температуры механические свойства латуни повышаются, поэтому она успешно применяется для арматуры, работающей при низких температурах.

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 температуре от -80 до +100ºС. Из алюминиевых сплавов марок АЛ2, АЛ8 и АЛ29 изготавливаются мелкая арматура, краны и детали приводов, а из сплавов марок А0, А и АД1 – прокладки, используемые в арматуре для нефтепродуктов, азотной и фосфорной кислот, сернистых газов, работающей при температуре от -253 до +150ºС. С повышением температуры прочность алюминиевых сплавов быстро понижается.

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 -271ºС пластичные свойства никеля не изменяются. Из никелевых сплавов в арматуростроении наибольшее применение получил монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5, устойчивый против действия морской воды.

Титановые сплавы в арматуростроении получают всё большее применение. Арматура из титановых сплавов пригодна для работы в коррозионных средах при низких и повышенных температурах; она часто выполняется сварной. Из титановых сплавов могут изготавливаться также сильфоны. Однако титан имеет низкие антифрикционные свойства и склонен к задиранию при трении скольжения, поэтому рабочие поверхности деталей арматуры из титана должны подвергаться соответствующей обработке или  наплавке.