Hipoevtektoidno jeklo: struktura, lastnosti, proizvodnja in uporaba

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

Uporaba ogljikovih jekel je zelo razširjena v gradbeništvu in industriji. Skupina tako imenovanega tehničnega železa ima številne prednosti, ki vodijo do povečane zmogljivosti končnih izdelkov in konstrukcij. Poleg optimalnih lastnosti trdnosti in odpornosti proti obremenitvam te zlitine odlikujejo tudi fleksibilne dinamične lastnosti. Zlasti hipoevtektoidno jeklo, ki vsebuje tudi precejšen odstotek mešanic ogljika, je cenjeno zaradi visoke duktilnosti. Toda to niso vse prednosti te vrste železa visoke trdnosti.

Splošne informacije o zlitini

Posebnost jekla je prisotnost posebnih legiranih nečistoč in ogljika v strukturi. Pravzaprav je hipoevtektoidna zlitina določena z vsebnostjo ogljika. Pri tem je pomembno razlikovati med klasičnimi evtektoidnimi in ledeburitnimi jekli, ki imajo veliko skupnega z opisano sorto tehničnega železa. Če upoštevamo strukturni razred jekla, se hipoevtektoidna zlitina nanaša na evtektoide, vendar vsebuje legirane ferite in perlite. Temeljna razlika od hiperevtektoidov je raven ogljika pod 0,8%. Preseganje tegaIndikator nam omogoča, da jeklo razvrstimo kot polnopravne evtektoide. Na nek način je nasprotje hipoevtektoidu hiperevtektoidno jeklo, ki poleg perlita vsebuje tudi sekundarne primesi karbidov. Tako obstajata dva glavna dejavnika, ki omogočata razlikovanje hipoevtektoidnih zlitin iz splošne skupine evtektoidov. Prvič, to je razmeroma majhna vsebnost ogljika, in drugič, to je poseben niz nečistoč, katerega osnova je ferit.

Proizvodna tehnologija

Splošni tehnološki postopek za izdelavo hipoevtektoidnega jekla je podoben proizvodnji drugih zlitin. To pomeni, da se uporabljajo približno enake tehnike, vendar v različnih konfiguracijah. Hipoevtektoidno jeklo zahteva posebno pozornost pri pridobivanju svoje specifične strukture. Za to se uporablja tehnologija, ki zagotavlja razgradnjo avstenita v ozadju hlajenja. Po drugi strani je avstenit kombinirana zmes, vključno z istim feritom in perlitom. Z uravnavanjem intenzivnosti segrevanja in hlajenja lahko tehnologi nadzorujejo disperzijo tega dodatka, kar na koncu vpliva na oblikovanje določenih zmogljivostnih lastnosti materiala.

Vendar ogljik, ki ga zagotavlja perlit, ostaja enak. Čeprav lahko naknadno žarjenje popravi nastanek mikrostrukture, bo vsebnost ogljika v območju 0,8 %. Obvezna faza v procesu oblikovanja jeklene konstrukcije je normalizacija. Ta postopek je potreben za frakcijsko optimizacijo zrn istegaavstenit. Z drugimi besedami, feritni in perlitni delci se zmanjšajo na optimalne velikosti, kar dodatno izboljša tehnične in fizične lastnosti jekla. To je zapleten proces, pri katerem je veliko odvisno od kakovosti regulacije ogrevanja. Če je temperaturni režim presežen, se lahko zagotovi nasprotni učinek - povečanje avstenitnih zrn.

Žarjenje jekla

Uporablja se več metod žarjenja. Obstaja bistvena razlika med tehnikami popolnega in delnega žarjenja. V prvem primeru se avstenit intenzivno segreje na kritično temperaturo, po kateri se normalizacija izvede s hlajenjem. Tu pride do razpada avstenita. Praviloma se polno žarjenje jekel izvaja v načinu 700-800 °C. Toplotna obdelava na tej ravni samo aktivira procese razpada feritnih elementov. Hitrost hlajenja je mogoče tudi prilagoditi, na primer osebje pečice lahko upravlja vrata komore tako, da jih zapre ali odpre. Najnovejši modeli izotermičnih pečic v avtomatskem načinu lahko izvajajo počasno hlajenje v skladu z danim programom.

Kar zadeva nepopolno žarjenje, se ta proizvaja s segrevanjem s temperaturo nad 800 °C. Vendar pa obstajajo resne omejitve glede časa zadrževanja kritičnega temperaturnega učinka. Zaradi tega pride do nepopolnega žarjenja, zaradi česar ferit ne izgine. Posledično številne pomanjkljivosti v strukturi prihodnjega materiala niso odpravljene. Zakaj je potrebno tako žarjenje jekel, če ne izboljša fizikalnekakovost? Pravzaprav je nepopolna toplotna obdelava, ki vam omogoča, da ohranite mehko strukturo. Končni material morda ni potreben v vsaki aplikaciji, značilni za ogljikova jekla sama po sebi, vendar bo omogočala enostavno obdelavo. Mehka proevtektoidna zlitina je enostavna za rezanje in cenejša za izdelavo.

normalizacija zlitine

Po žganju pridejo na vrsto postopki povečane toplotne obdelave. Obstajajo operacije normalizacije in ogrevanja. V obeh primerih govorimo o toplotnem učinku na obdelovanec, pri katerem temperatura lahko preseže 1000 °C. Toda sama po sebi se normalizacija hipoevtektoidnih jekel pojavi po zaključku toplotne obdelave. Na tej stopnji se začne hlajenje v pogojih mirnega zraka, med katerim poteka izpostavljenost do popolne tvorbe drobnozrnatega avstenita. Se pravi, segrevanje je nekakšna pripravljalna operacija, preden se zlitina spravi v normalizirano stanje. Če govorimo o specifičnih strukturnih spremembah, se najpogosteje izrazijo v zmanjšanju velikosti ferita in perlita, pa tudi v povečanju njihove trdote. Trdnost delcev se poveča v primerjavi s tistimi, ki jih dosežemo s postopki žarjenja.

Po normalizaciji lahko sledi še en postopek segrevanja z dolgo izpostavljenostjo. Nato se obdelovanec ohladi in ta korak je mogoče izvesti na različne načine. Končno hipoevtektoidno jeklo dobimo bodisi na zraku bodisi v notranjostipečice s počasnim hlajenjem. Kot kaže praksa, je zlitina najvišje kakovosti oblikovana s popolno tehnologijo normalizacije.

Učinek temperature na strukturo zlitine

Intervencija temperature v proces nastajanja jeklene konstrukcije se začne od trenutka transformacije feritno-cementitne mase v avstenit. Z drugimi besedami, perlit preide v stanje funkcionalne mešanice, ki deloma postane osnova za tvorbo jekla visoke trdnosti. V naslednji fazi termične obdelave se kaljeno jeklo znebi odvečnega ferita. Kot že omenjeno, ni vedno popolnoma odpravljena, kot v primeru nepopolnega žarjenja. Toda klasična hipoevtektoidna zlitina še vedno vključuje odstranitev te komponente avstenita. V naslednji fazi je obstoječa sestava že optimizirana s pričakovanjem oblikovanja optimizirane strukture. To pomeni, da se delci zlitine zmanjšajo s pridobitvijo lastnosti povečane trdnosti.

Izotermična transformacija s prehlajeno mešanico avstenitov se lahko izvaja v različnih načinih in nivo temperature je le eden od parametrov, ki jih nadzoruje tehnolog. Razlikujejo se tudi vršni intervali toplotne izpostavljenosti, hitrost hlajenja itd. Glede na izbrani način normalizacije dobimo kaljeno jeklo z določenimi tehničnimi in fizikalnimi lastnostmi. V tej fazi je možno nastaviti tudi posebne operativne lastnosti. Osupljiv primer je zlitina z mehko strukturo, pridobljena z namenom učinkovite nadaljnje obdelave. Toda največkratproizvajalci se še vedno osredotočajo na potrebe končnega potrošnika in njegove zahteve glede glavnih tehničnih in operativnih lastnosti kovine.

Jeklena konstrukcija

Način normalizacije pri temperaturi 700 °C povzroči nastanek strukture, v kateri bodo osnovo tvorila zrna feritov in perlitov. Mimogrede, hiperevtektoidna jekla imajo namesto ferita cementit v svoji strukturi. Pri sobni temperaturi se v normalnem stanju opazi tudi vsebnost presežka ferita, čeprav se ta del zmanjša, ko se ogljik poveča. Pomembno je poudariti, da je struktura jekla v majhni meri odvisna od vsebnosti ogljika. Praktično ne vpliva na obnašanje glavnih komponent med enakim segrevanjem in skoraj vse je koncentrirano v perlitu. Pravzaprav je perlit mogoče uporabiti za določitev stopnje vsebnosti mešanice ogljika - praviloma je to nepomembna vrednost.

Zanimiv je še en strukturni odtenek. Dejstvo je, da imajo perlitni in feritni delci enako specifično težo. To pomeni, da lahko po količini ene od teh komponent v skupni masi ugotovite, kakšno skupno površino zaseda. Tako se preučujejo površine mikroprerezov. Glede na način segrevanja hipoevtektoidnega jekla se oblikujejo tudi frakcijski parametri avstenitnih delcev. Toda to se zgodi skoraj v posamezni obliki z oblikovanjem edinstvenih vrednosti - druga stvar je, da omejitve za različne kazalnike ostajajo standardne.

Lastnosti hipoevtektoidnega jekla

Ta kovina pripadana nizkoogljična jekla, zato od njega ne smete pričakovati posebnih zmogljivosti. Dovolj je reči, da je po lastnostih trdnosti ta zlitina bistveno slabša od evtektoidov. To je posledica razlik v strukturi. Dejstvo je, da je hipoevtektoidni razred jekla z vsebnostjo presežnih feritov po trdnosti slabši od analogov, ki imajo cementit v strukturnem nizu. Deloma iz tega razloga tehnologi priporočajo uporabo zlitin za gradbeno industrijo, pri proizvodnji katerih je bila operacija žganja s premikom feritov maksimalno izvedena.

Če govorimo o pozitivnih izjemnih lastnostih tega materiala, so to plastičnost, odpornost na naravne biološke procese uničenja itd. Hkrati pa lahko utrjevanje hipoevtektoidnih jekel doda številne dodatne lastnosti. kovinski. Na primer, lahko gre za povečano toplotno odpornost in odsotnost nagnjenosti k korozijskim procesom, pa tudi za celo vrsto zaščitnih lastnosti, ki so značilne za običajne nizkoogljične zlitine.

Območja uporabe

Kljub rahlemu zmanjšanju trdnosti zaradi dejstva, da kovina spada v razred feritnih jekel, je ta material pogost na različnih področjih. Na primer, v strojništvu se uporabljajo deli iz hipoevtektoidnih jekel. Druga stvar je, da se uporabljajo visoke stopnje zlitin, pri izdelavi katerih so bile uporabljene napredne tehnologije žganja in normalizacije. Tudi struktura hipoevtektoidnega jekla z zmanjšano vsebnostjo ferita je precejomogoča uporabo kovine pri izdelavi gradbenih konstrukcij. Poleg tega vam dostopni stroški nekaterih vrst jekla te vrste omogočajo znatne prihranke. Včasih pri izdelavi gradbenih materialov in jeklenih modulov povečana trdnost sploh ni potrebna, vendar sta potrebna odpornost proti obrabi in elastičnost. V takih primerih je uporaba hipoevtektoidnih zlitin upravičena.

Proizvodnja

Mnoga podjetja se ukvarjajo s proizvodnjo, pripravo in proizvodnjo hipoevtektoidne kovine v Rusiji. Na primer, Uralska tovarna barvnih kovin (UZTSM) proizvaja več vrst jekla te vrste hkrati, ki potrošniku ponujajo različne nize tehničnih in fizikalnih lastnosti. Uralska jeklarna proizvaja feritna jekla, ki vključujejo visokokakovostne legirane komponente. Poleg tega so v asortimanu na voljo posebne modifikacije zlitin, vključno s toplotno odpornimi, visokokromnimi in nerjavnimi kovinami.

Metalloinvest lahko izpostavimo tudi med največje proizvajalce. V objektih tega podjetja se proizvajajo konstrukcijska jekla s hipoevtektoidno strukturo, namenjena za uporabo v gradbeništvu. Trenutno jeklarna podjetja deluje po novih standardih, kar omogoča izboljšanje šibke točke feritnih zlitin - indikatorja trdnosti. Tehnologi podjetja si prizadevajo predvsem za povečanje faktorja intenzivnosti napetosti, za optimizacijo udarne trdnosti in odpornosti materiala na utrujenost. To nam omogoča, da ponudimo skoraj univerzalne zlitine.

Sklep

Obstaja več tehničnih in operativnih lastnosti industrijskih in gradbenih kovin, ki veljajo za osnovne in jih redno izboljšujemo. Ko pa zasnove in tehnološki procesi postajajo vse bolj zapleteni, se pojavljajo tudi nove zahteve za elementno bazo. V zvezi s tem se jasno kaže hipoevtektoidno jeklo, v katerem so koncentrirane različne zmogljivosti. Uporaba te kovine je upravičena ne v primerih, ko je potreben del z več ultra visokimi zmogljivostmi, temveč v primerih, ko so potrebni posebni netipični sklopi različnih lastnosti. V tem primeru kovina ponazarja kombinacijo prožnosti in duktilnosti z optimalno odpornostjo na udarce in osnovnimi zaščitnimi lastnostmi, ki jih najdemo v večini ogljikovih zlitin.