Технические статьи

ГлавнаяТехнические статьиФланцыМеталловедение → Стальные фланцы. Почему фланцы стальные? Преимущества фланцев стальных.

Стальные фланцы. Почему фланцы стальные? Преимущества фланцев стальных.

Фланцы стальные плоские приварные - наиболее популярный тип стальных фланцев.

Фланцы стальные плоские приварные - наиболее популярный тип стальных фланцев.

Фланцы, в основном, производятся из стали. Из бесчисленного множества конструкционных материалов предпочтительной для фланцев является сталь. В этой статье речь пойдёт о том, почему выбор фланцев в подавляющем большинстве случаев падает на фланцы стальные.

Дата публикации: 2 июня 2011

Автор: Дроздов М.В., ООО «Инженерный Союз»

Разместите статью о трубопроводах в данном каталоге
Ваша информация на каталоге технических статей

Сфера применения фланцев и фланцы стальные

Стальной фланец опоры рекламного щита. Фланцы стальные приварные.

Рисунок 1. Стальной фланец
опоры рекламного щита.
Фланцы стальные приварные.

Как известно, фланцы стальные являются активно используемыми деталями трубопроводов. Также могут применяться фланцы и в строительных сооружениях. Различные типы и виды фланцев используются во многих отраслях машиностроения.

В начало

Фланцы стальные и фланцы из других материалов

Особенности сферы применения определяют материал для изготовления фланцев: будут ли наиболее соответствующими задаваемым условиям фланцы стальные или фланцы из других материалов.

Недостаток конструкционных материалов для стальных фланцев, отвечающих условиям эксплуатации

Очень жёстким условиям эксплуатации зачастую бывает трудно подобрать достойный материал. Высокие темпы развития материаловедения привели к росту качества машиностроения. В данном случае производство фланцев стальных является своеобразным потребителем материаловедения, выставляя, зачастую, непростые запросы материала для, например, стальных фланцев ответственного назначения.

Задача выбора материала для стального фланца касается физических, химических и механических свойств стали. На выбор материала для фланцев накладывает влияние и технология производства.

Производитель фланцев стальных должен, таким образом, с одной стороны, угодить заказчику, предоставив качественные стальные фланцы по доступной цене. С другой стороны, завод-изготовитель стальных фланцев должен сохранить возможность производства выбранного типа фланцев стальных на своей территории, принимая во внимание весь комплекс имеющихся производственных мощностей.

Несмотря на успехи, достигнутые в поиске неметаллических материалов, все же основными материалами, используемыми в машиностроении вообще и в производстве фланцев, в частности, являются и ещё долго будут преобладать металлы и их сплавы.

В начало

Почему фланцы стальные?

Кристаллическое строение фланцев стальных

Чтобы ответить на вопрос о преимуществе стали перед другими материалами для производства фланцев, необходимо рассмотреть её кристаллическое строение.

Как известно, сталью называется деформируемый сплав железа (не менее 45%) с углеродом и другими элементами. Атомы составляющих сталь элементов располагаются, в основном, на своих местах, имея постоянных соседей и колеблясь с частотой около 1013 Гц  вследствие термокинетического эффекта. Возможна и диффузия атомов; вероятность её возрастает с ростом температуры. Само собой разумеется, что эти физические процессы не прекращаются при эксплуатации фланцев стальных и, к сожалению, могут привести к авариям далеко не микроскопического масштаба.

У металлов в твёрдом состоянии валентные электроны освобождаются от своих атомов и образуют "общественную" систему — элетронный газ. Атомы становятся положительно заряженными ионами. Взаимное электростатическое притяжение частиц внутри металла и обеспечивает основные прочностные свойства.

Прочность металла фланцев стальных зависит от:

  • строения атомов,
  • однородности или разнородности атомов в узлах кристаллическоё решётки,
  • плотности упаковки кристаллической решётки,
  • расположения кристаллографических плоскостей
  • и от других параметров.

В начало

Аллотропия железа в сплавах для стальных фланцев

Аустенитная структура нержавеющей стали основана на аллотропном состоянии гамма-железа

Рисунок 2. Аустенитная структура
нержавеющей стали основана на
аллотропном состоянии гамма-железа

Железо и некоторые другие металлы (например, олово, титан) способны изменять свою кристаллическую структуру (осуществлять фазовый переход) при достижении определённых температур. Эти значения температур называются критическими точками структурных фазовых переходов.

ОЦК железо при нагревании до 911 °C претерпевает структурный фазовый переход к ГЦК-структуре. При нагревании до 1392 °C решётка снова приобретает ОЦК-симметрию (гамма-железо, см. рисунок 2), сохраняя его до температуры плавления 1539 °C. Наличие различных состояний одного вещества получило название аллотропии (полиморфизма).

Наличие аллотропных видоизменений железа позволяет целенаправленно изменять свойства стальных фланцев, подвергая их термической обработке.

В начало

Наклёп металла для фланцев стальных 

Из многовекового опыта работы человека с железом известно, что ковка металла в холодном состоянии делает его прочнее, твёрже и хрупче. Это явление получило название "наклёп".

В начало

Объяснение наклёпа через механизм дислокаций

Необходимо отметить, что кристаллическая решётка металла реальных стальных фланцев не является идеальной вследствие дефектов структуры:

  • поликристалличности (зернистости)
  • включений инородных атомов
  • включение атомов в междоузлия решётки
  • отсутствие атомов в узлах решётки
  • и других дефектов структуры.

Дислокации высокой плотности в усталостном состоянии фланца стального

Рисунок 3. Дислокации высокой плотности
в усталостном состоянии фланца стального

Дефекты структуры могут иметь различную форму, пространственную размерность, протяжённость. Их совокупность значительно снижает прочностные характеристики. Линейные дефекты структуры называют дислокациями.

Сопротивление стальных фланцев пластическим деформациям определяется плотностью дислокаций.

При отсутствии дислокаций металл демонстрировал бы наибольшую прочность, но с появлением дислокаций его прочность резко уменьшается, достигая определённого минимума. При дальнейшем возрастании плотности дислокаций прочность металла (и, соответственно, фланцев стальных), начинает увеличиваться вследствие взаимных препятствий дислокаций. В дальнейшем в металле возникают зародыши трещин, наступает первая стадия процесса разрушения.

В начало

Применение наклёпа в производстве фланцев стальных

Итак, наклёпанный металл прочнее и хрупче ненаклёпанного. Наклёп даёт возможность модифицировать и другие свойства фланцев стальных — уменьшить плотность, тепло- и электропроводность.

Наклёп применяется для поверхностного упрочнения фланцев стальных с целью уменьшения износа и предотвращения усталостного разрушения.

В начало

Преимущества фланцев стальных

Итак, обобщая всё, сказанное выше, можно сказать, что выбор стали как материала для фланцев является наиболее целесообразным.

Фланцы стальные, как и любые детали из стали, могут проходить модификацию свойств, например, посредством термической обработки или наклёпа. Фланцы стальные нержавеющие обязаны своими химически стойкими характеристиками легированию определёнными элементами.

Сталь — очень гибко настраиваемый материал, вот почему, в основном, фланцы — стальные.

В начало

Список литературы

  1. Брюханов А.Н. Ковка и объёмная штамповка.. – М.: Машиностроение, 1975. – 408 c.
  2. Волошин А. А. Расчет фланцевых соединений трубопроводов и сосудов.. – Л. : Судпромгиз, 1959. – 365 c.
  3. Фетисов Г. П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин, В.С. Гаврилюк, В.С. Соколов, Н.Х. Соколова, Л.В. Тутатчикова, И.П. Спирихин, В.А. Гольцов.. – М. : Высшая школа, 2001. – 639 c. – ISBN 5-06-003616-2.

Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.

Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100