Toplotno odporne zlitine. Posebna jekla in zlitine. Proizvodnja in uporaba toplotno odpornih zlitin

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Sodobne industrije si ni mogoče predstavljati brez materiala, kot je jeklo. Srečujemo ga skoraj na vsakem koraku. Z vnosom različnih kemičnih elementov v njegovo sestavo je mogoče bistveno izboljšati mehanske in obratovalne lastnosti.

Kaj je jeklo

Jeklo je zlitina, ki vsebuje ogljik in železo. Tudi takšna zlitina (fotografija spodaj) lahko vsebuje nečistoče drugih kemičnih elementov.

Obstaja več strukturnih stanj. Če je vsebnost ogljika v območju 0,025-0,8%, potem se ta jekla imenujejo hipoevtektoidna in imajo v svoji strukturi perlit in ferit. Če je jeklo hiperevtektoidno, potem lahko opazimo perlitno in cementitno fazo. Značilnost feritne strukture je njena visoka plastičnost. Cementit ima tudi precejšnjo trdoto. Perlit tvori obe prejšnji fazi. Lahko ima zrnato obliko (vključki cementita se nahajajo vzdolž zrn ferita, ki imajo okroglo obliko) in lamelarno (obe fazi izgledata kot plošče). Če je jeklo segreto nad temperaturo, pri kateripride do polimorfnih modifikacij, struktura se spremeni v avstenitno. Ta faza ima povečano plastičnost. Če vsebnost ogljika presega 2,14 %, se takšni materiali in zlitine imenujejo lito železo.

Vrste jekla

Odvisno od sestave je jeklo lahko ogljikovo in legirano. Vsebnost ogljika manj kot 0,25 % je značilna za blago jeklo. Če njegova količina doseže 0,55%, potem lahko govorimo o srednje ogljikovi zlitini. Jeklo, ki ima v svoji sestavi več kot 0,6 % ogljika, se imenuje visokoogljično jeklo. Če v procesu proizvodnje zlitine tehnologija vključuje uvedbo določenih kemičnih elementov, se to jeklo imenuje legirano. Uvedba različnih komponent bistveno spremeni njegove lastnosti. Če njihovo število ne presega 4%, je zlitina nizko legirana. Srednje legirano in visoko legirano jeklo ima do 11 % in več kot 12 % vključkov. Glede na področje uporabe jeklenih zlitin obstajajo takšne vrste: orodna, konstrukcijska in posebna jekla in zlitine.

Proizvodna tehnologija

Proces taljenja jekla je precej naporen. Vključuje več stopenj. Najprej potrebujete surovine - železovo rudo. Prva faza vključuje ogrevanje na določeno temperaturo. V tem primeru se pojavijo oksidativni procesi. V drugi fazi postane temperatura veliko višja. Procesi oksidacije ogljika so intenzivnejši. Možna je dodatna obogatitev zlitine s kisikom. V njej se odstranijo nepotrebne nečistočežlindre. Naslednji korak je odstranitev kisika iz jekla, saj bistveno zmanjša mehanske lastnosti. To se lahko izvede na način difuzije ali precipitacije. Če do procesa deoksidacije ne pride, se nastalo jeklo imenuje vrelo jeklo. Mirna zlitina ne oddaja plinov, kisik se popolnoma odstrani. Vmesni položaj zasedajo poltiha jekla. Proizvodnja železovih zlitin poteka v odprtem ognjišču, indukcijskih pečeh, pretvornikih kisika.

legiranje jekla

Za pridobitev določenih lastnosti jekla se v njegovo sestavo uvajajo posebne legirne snovi. Glavne prednosti te zlitine so povečana odpornost na različne deformacije, zanesljivost delov in drugih strukturnih elementov se znatno poveča. Utrjevanje zmanjša odstotek razpok in drugih napak. Pogosto se ta metoda nasičenosti z različnimi elementi uporablja za zagotavljanje odpornosti proti kemični koroziji. Vendar pa obstajajo tudi številne pomanjkljivosti. Zahtevajo dodatno obdelavo, verjetnost pojava kosmičev je velika. Poleg tega se povečajo tudi stroški materiala. Najpogostejši legirni elementi so krom, nikelj, volfram, molibden, kob alt. Obseg njihove uporabe je precej velik. To vključuje strojništvo in izdelavo delov za cevovode, elektrarne, letalstvo in še veliko več.

Koncept toplotne odpornosti in toplotne odpornosti

Koncept toplotne odpornosti se nanaša na sposobnost kovine ali zlitine, da obdrži vse svoje lastnosti pri delu pri visokih temperaturah. V takem okolju pogostoopazimo korozijo plina. Zato mora biti material tudi odporen na njegovo delovanje, torej odporen na toploto. Tako mora karakterizacija zlitin, ki se uporabljajo pri pomembnih temperaturah, vključevati oba koncepta. Le tako bodo takšna jekla zagotovila potrebno življenjsko dobo za dele, orodja in druge konstrukcijske elemente.

Lastnosti toplotno odpornega jekla

V primerih, ko temperatura doseže visoke vrednosti, je potrebna uporaba zlitin, ki se ne bodo sesedle in podlegle deformaciji. V tem primeru se uporabljajo toplotno odporne zlitine. Delovna temperatura za takšne materiale je nad 500ºС. Pomembne točke, ki so značilne za taka jekla, so visoka meja vzdržljivosti, dolgotrajna plastičnost in stabilnost pri relaksaciji. Obstajajo številni elementi, ki lahko znatno povečajo odpornost na visoke temperature: kob alt, volfram, molibden. Krom je tudi obvezen element. Ne vpliva toliko na moč, kolikor poveča odpornost na lestvico. Krom preprečuje tudi korozijske procese. Druga pomembna značilnost zlitin te vrste je počasno lezenje.

Razvrstitev toplotno odpornih jekel po strukturi

Toplotno odporne in toplotno odporne zlitine so feritnega razreda, martenzitne, avstenitne in s feritno-martenzitno strukturo. Prvi vsebujejo približno 30 % kroma. Po posebni obdelavi struktura postane drobnozrnata. Če temperatura ogrevanja preseže 850ºС, potem zrnapovečajo in takšni toplotno odporni materiali postanejo krhki. Za martenzitni razred je značilna naslednja vsebnost kroma: od 4% do 12%. V majhnih količinah so lahko prisotni tudi nikelj, volfram in drugi elementi. Iz njih so izdelani deli turbin in ventilov v avtomobilih. Jekla, ki imajo v svoji strukturi martenzit in ferit, so primerna za delovanje pri konstantnih visokih temperaturah in dolgotrajno delovanje. Vsebnost kroma doseže 14%. Austenit dobimo z vnosom niklja v toplotno odporne zlitine. Jekla s podobno strukturo imajo veliko razredov.

zlitine na osnovi niklja

Nikel ima številne uporabne lastnosti. Pozitivno vpliva na obdelovalnost jekla (tako vročega kot hladnega). Če je del ali orodje zasnovano za delo v agresivnem okolju, potem legiranje s tem elementom znatno poveča odpornost proti koroziji. Toplotno odporni materiali na osnovi niklja so razdeljeni v naslednje skupine: toplotno odporni in dejansko toplotno odporni. Slednji mora imeti tudi minimalne toplotno odporne lastnosti. Delovne temperature dosežejo 1200ºC. Dodatno se doda krom ali titan. Značilno je, da imajo jekla, legirana z nikljem, majhno količino nečistoč, kot so barij, magnezij, bor, zato so meje zrn bolj okrepljene. Toplotno odporne zlitine te vrste se proizvajajo v obliki odkovkov in valjanih izdelkov. Možno je tudi vlivanje delov. Njihovo glavno področje uporabe je proizvodnja plinskih turbinskih elementov. Toplotno odporne zlitine na osnovi niklja vsebujejo do 30 % kroma. Dovolj so primerni za žigosanje, varjenje. Poleg tega je odpornost na lestvico na visoki ravni. To omogoča njihovo uporabo v plinovodnih sistemih.

toplotno odporno jeklo iz titanove zlitine

Titan se uvaja v majhni količini (do 0,3%). V tem primeru poveča trdnost zlitine. Če je njegova vsebnost veliko višja, se nekatere mehanske lastnosti poslabšajo (trdota, trdnost). Toda plastičnost se poveča. To olajša obdelavo jekla. Z uvedbo titana skupaj z drugimi komponentami je mogoče bistveno izboljšati toplotno odporne lastnosti. Če je treba delati v agresivnem okolju (še posebej, če zasnova vključuje varjenje), je legiranje s tem kemičnim elementom upravičeno.

kob altove zlitine

Velika količina kob alta (do 80%) gre za proizvodnjo materialov, kot so toplotno odporne in toplotno odporne zlitine, saj se le redko uporablja v čisti obliki. Njegova uvedba poveča plastičnost, pa tudi odpornost pri delu pri visokih temperaturah. In višja kot je, večja je količina kob alta, vnesenega v zlitino. Pri nekaterih blagovnih znamkah njegova vsebnost doseže 30%. Druga značilnost takšnih jekel je izboljšanje magnetnih lastnosti. Vendar je zaradi visokih stroškov kob alta njegova uporaba precej omejena.

Vpliv molibdena na toplotno odporne zlitine

Ta kemični element pomembno vpliva na trdnost materiala pri visokih temperaturah.

Še posebej učinkovit je, če se uporablja skupaj z drugimi elementi. Znatno poveča trdoto jekla (že pri vsebnosti 0,3%). Poveča se tudi natezna trdnost. Druga pozitivna lastnost toplotno odpornih zlitin, legiranih z molibdenom, je visoka stopnja odpornosti na oksidativne procese. Molibden prispeva k mletju žita. Pomanjkljivost je težavnost varjenja.

Druga posebna jekla in zlitine

Za opravljanje določenih nalog so potrebni materiali, ki imajo določene lastnosti. Tako lahko govorimo o uporabi posebnih zlitin, ki so lahko tako legirane kot ogljikove. Pri slednjem je niz zahtevanih lastnosti dosežen zaradi dejstva, da izdelava zlitin in njihova obdelava poteka po posebni tehnologiji. Tudi posebne zlitine in jekla delimo na konstrukcijske in orodne. Med glavnimi nalogami te vrste materialov je mogoče razlikovati: odpornost proti koroziji in procesom obrabe, sposobnost dela v agresivnem okolju in izboljšane mehanske lastnosti. Ta kategorija vključuje tako toplotno odporna jekla in zlitine z visokimi delovnimi temperaturami, kot tudi kriogena jekla, ki lahko prenesejo do -296ºС.

Orodno jeklo

Pri izdelavi orodij se uporablja posebno orodno jeklo. Ker so njihovi delovni pogoji različni, se materiali izberejo tudi individualno. Ker so zahteve za orodja precej visoke, so značilnosti zlitin za njihovoproizvodnja je ustrezna: ne smejo biti nečistoč, vključkov tretjih oseb, proces deoksidacije je dobro izveden in struktura je homogena. Zelo pomembno je, da imajo merilni instrumenti stabilne parametre in so odporni proti obrabi. Če govorimo o rezalnih orodjih, potem delujejo pri povišanih temperaturah (prihaja segrevanje roba), nenehnem trenju in deformaciji. Zato je zelo pomembno, da ob segrevanju ohranijo primarno trdoto. Druga vrsta orodnega jekla je hitrorezno jeklo. V bistvu je dopiran z volframom. Trdota se vzdržuje do temperature približno 600ºC. Obstajajo tudi matrice jekla. Zasnovani so tako za vroče kot za hladno oblikovanje.

posebne aplikacije iz zlitin

Industrij, ki uporabljajo zlitine s posebnimi lastnostmi, je veliko. Zaradi svojih izboljšanih lastnosti so nepogrešljivi v strojništvu, gradbeništvu in naftni industriji. Toplotno odporne in toplotno odporne zlitine se uporabljajo pri izdelavi delov turbin, rezervnih delov za avtomobile. Jekla z visokimi protikorozijskimi lastnostmi so nepogrešljiva za proizvodnjo cevi, igel uplinjača, diskov in različnih elementov kemične industrije. Tirnice, žlice, tiri za vozila - jekla, odporna proti obrabi, so osnova za vse to. Pri množični proizvodnji vijakov, matic in drugih podobnih delov se uporabljajo avtomatske zlitine. Vzmeti morajo biti dovolj elastične in odporne proti obrabi. Zatomaterial zanje je vzmetno jeklo. Za izboljšanje te kakovosti so dodatno legirani s kromom, molibdenom. Vse posebne zlitine in jekla z nizom posebnih lastnosti lahko znižajo stroške delov, kjer so bile prej uporabljene barvne kovine.