Kuumuskindlad sulamid. Spetsiaalsed terased ja sulamid. Kuumuskindlate sulamite tootmine ja kasutamine

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Kaasaegset tööstust ei saa ette kujutada ilma sellise materjalita nagu teras. Me kohtame seda peaaegu igal sammul. Lisades selle koostisesse erinevaid keemilisi elemente, saab mehaanilisi ja tööomadusi oluliselt parandada.

Mis on teras

Teras on sulam, mis sisaldab süsinikku ja rauda. Samuti võib selline sulam (foto allpool) sisaldada muude keemiliste elementide lisandeid.

On mitmeid struktuurseid olekuid. Kui süsinikusisaldus jääb vahemikku 0,025-0,8%, siis nimetatakse neid teraseid hüpoeutektoidseks ning nende struktuuris on perliit ja ferriit. Kui teras on hüpereutektoidne, võib täheldada perliit- ja tsementiidifaase. Ferriitstruktuuri eripäraks on selle kõrge plastilisus. Tsementiidil on ka märkimisväärne kõvadus. Perliit moodustab mõlemad eelmised faasid. Sellel võib olla teraline kuju (tsementiidi kandmised asuvad piki ferriidi terakesi, millel on ümar kuju) ja lamell (mõlemad faasid näevad välja nagu plaadid). Kui terast kuumutatakse üle temperatuuri, mille juurestekivad polümorfsed modifikatsioonid, struktuur muutub austeniitseks. See faas on suurendanud plastilisust. Kui süsinikusisaldus ületab 2,14%, siis selliseid materjale ja sulameid nimetatakse malmideks.

Teraseliigid

Sõltuv alt koostisest võib teras olla süsiniku ja legeeritud. Süsinikusisaldus alla 0,25% iseloomustab pehmet terast. Kui selle kogus ulatub 0,55% -ni, võime rääkida keskmise süsinikusisaldusega sulamist. Terast, mille koostises on rohkem kui 0,6% süsinikku, nimetatakse kõrge süsinikusisaldusega teraseks. Kui sulami valmistamise protsessis hõlmab tehnoloogia spetsiifiliste keemiliste elementide kasutuselevõttu, nimetatakse seda terast legeeritud. Erinevate komponentide kasutuselevõtt muudab selle omadusi oluliselt. Kui nende arv ei ületa 4%, siis on sulam vähelegeeritud. Keskmiselt legeeritud ja kõrge legeeritud terasel on vastav alt kuni 11% ja üle 12% lisandeid. Olenev alt piirkonnast, kus terassulameid kasutatakse, on neid selliseid: tööriista-, konstruktsiooniterased ja eriterased ning -sulamid.

Tootmistehnoloogia

Terase sulatusprotsess on üsna töömahukas. See hõlmab mitut etappi. Kõigepe alt on vaja toorainet - rauamaaki. Esimene etapp hõlmab kuumutamist teatud temperatuurini. Sel juhul tekivad oksüdatiivsed protsessid. Teises etapis muutub temperatuur palju kõrgemaks. Süsiniku oksüdatsiooni protsessid on intensiivsemad. Võimalik on sulami täiendav rikastamine hapnikuga. Ebavajalikud lisandid eemaldatakseräbu. Järgmine samm on hapniku eemaldamine terasest, kuna see vähendab oluliselt mehaanilisi omadusi. Seda saab läbi viia difusiooni- või sadestamisel. Kui deoksüdatsiooniprotsessi ei toimu, nimetatakse saadud terast keeva teraseks. Rahulik sulam ei eralda gaase, hapnik eemaldatakse täielikult. Vahepealse positsiooni hõivavad poolvaiksed terased. Rauasulamite tootmine toimub avatud koldes, induktsioonahjudes, hapnikukonverterites.

Terase legeerimine

Terase teatud omaduste saamiseks lisatakse selle koostisesse spetsiaalsed legeerivad ained. Selle sulami peamised eelised on suurenenud vastupidavus erinevatele deformatsioonidele, osade ja muude konstruktsioonielementide töökindlus suureneb oluliselt. Kõvenemine vähendab pragude ja muude defektide protsenti. Sageli kasutatakse seda erinevate elementidega küllastusmeetodit keemilise korrosioonikindluse andmiseks. Kuid on ka mitmeid puudusi. Need nõuavad täiendavat töötlemist, helveste ilmnemise tõenäosus on suur. Lisaks suureneb ka materjali maksumus. Levinumad legeerivad elemendid on kroom, nikkel, volfram, molübdeen, koob alt. Nende rakendusala on üsna suur. See hõlmab masinaehitust ning torujuhtmete, elektrijaamade, lennunduse ja palju muu osade tootmist.

Kuumakindluse ja kuumakindluse mõiste

Kuumakindluse mõiste viitab metalli või sulami võimele säilitada kõrgel temperatuuril töötamisel kõik oma omadused. Sellises keskkonnas sagelitäheldatakse gaasi korrosiooni. Seetõttu peab materjal olema ka oma tegevusele vastupidav, st olema kuumakindel. Seega peab olulistel temperatuuridel kasutatavate sulamite iseloomustus hõlmama mõlemat mõistet. Ainult sel juhul tagavad sellised terased osadele, tööriistadele ja muudele konstruktsioonielementidele vajaliku kasutusea.

Kuumuskindla terase omadused

Juhtudel, kui temperatuur saavutab kõrged väärtused, on vaja kasutada sulameid, mis ei vajuks kokku ega alluks deformatsioonile. Sel juhul kasutatakse kuumakindlaid sulameid. Selliste materjalide töötemperatuur on üle 500ºС. Olulised punktid, mis selliseid teraseid iseloomustavad, on kõrge vastupidavuspiir, plastilisus, mis püsib pikka aega, samuti lõõgastusstabiilsus. On mitmeid elemente, mis võivad märkimisväärselt suurendada vastupidavust kõrgetele temperatuuridele: koob alt, volfram, molübdeen. Kroom on samuti vajalik komponent. See ei mõjuta niivõrd tugevust, kuivõrd suurendab katlakivi takistust. Kroom takistab ka korrosiooniprotsesse. Seda tüüpi sulamite teine oluline omadus on aeglane roomamine.

Kuumuskindlate teraste klassifikatsioon struktuuri järgi

Kuumuskindlad ja kuumakindlad sulamid on ferriitklassist, martensiitsed, austeniitsed ja ferriit-martensiitse struktuuriga. Esimesed sisaldavad umbes 30% kroomi. Pärast spetsiaalset töötlemist muutub struktuur peeneteraliseks. Kui küttetemperatuur ületab 850ºС, siis teradsuurenevad ja sellised kuumakindlad materjalid muutuvad rabedaks. Martensiitse klassi iseloomustab järgmine kroomisisaldus: 4% kuni 12%. Väikestes kogustes võib esineda ka niklit, volframi ja muid elemente. Nendest valmistatakse autode turbiinide ja ventiilide osi. Terased, mille struktuuris on martensiit ja ferriit, sobivad kasutamiseks pidev alt kõrgetel temperatuuridel ja pikaajaliseks tööks. Kroomisisaldus ulatub 14% -ni. Austeniit saadakse nikli lisamisel kuumakindlatesse sulamitesse. Sarnase struktuuriga terastel on mitu klassi.

Niklipõhised sulamid

Niklil on mitmeid kasulikke omadusi. Sellel on positiivne mõju terase töödeldavusele (nii kuum alt kui külm alt). Kui osa või tööriist on ette nähtud töötama agressiivses keskkonnas, suurendab selle elemendiga legeerimine oluliselt korrosioonikindlust. Niklipõhised kuumakindlad materjalid jagunevad järgmistesse rühmadesse: kuumakindlad ja tegelikult kuumakindlad. Viimasel peaks olema ka minimaalsed kuumakindlad omadused. Töötemperatuur ulatub 1200ºС. Lisaks lisatakse kroomi või titaani. Iseloomulik on see, et nikliga legeeritud terastes on vähe lisandeid, nagu baarium, magneesium, boor, mistõttu teraviljapiirid on tugevamad. Seda tüüpi kuumakindlaid sulameid toodetakse sepistamise ja v altstoodete kujul. Võimalik on ka osade valamine. Nende peamine kasutusvaldkond on gaasiturbiini elementide tootmine. Niklipõhised kuumakindlad sulamid sisaldavad kuni 30% kroomi. Nad sobivad piisav alt hästi tembeldamiseks, keevitamiseks. Lisaks on katlakivi takistus kõrgel tasemel. See võimaldab neid kasutada gaasitorusüsteemides.

Kuumuskindel titaani legeerteras

Titaani lisatakse väikeses koguses (kuni 0,3%). Sel juhul suurendab see sulami tugevust. Kui selle sisaldus on palju suurem, siis mõned mehaanilised omadused halvenevad (kõvadus, tugevus). Kuid plastilisus suureneb. See hõlbustab terase töötlemist. Titaani kasutuselevõtuga koos teiste komponentidega on võimalik kuumakindlaid omadusi oluliselt parandada. Kui on vaja töötada agressiivses keskkonnas (eriti kui konstruktsioon hõlmab keevitamist), on selle keemilise elemendiga legeerimine õigustatud.

Koob altisulamid

Suur kogus koob altit (kuni 80%) läheb selliste materjalide tootmiseks nagu kuumakindlad ja kuumakindlad sulamid, kuna seda kasutatakse puhtal kujul harva. Selle kasutuselevõtt suurendab plastilisust ja vastupidavust kõrgel temperatuuril töötamisel. Ja mida kõrgem see on, seda suurem on sulamisse lisatud koob alti kogus. Mõne kaubamärgi puhul ulatub selle sisaldus 30% -ni. Selliste teraste teine iseloomulik tunnus on magnetiliste omaduste paranemine. Koob alti kõrge hinna tõttu on selle kasutamine siiski üsna piiratud.

Molübdeeni mõju kuumakindlatele sulamitele

See keemiline element mõjutab oluliselt materjali tugevust kõrgel temperatuuril.

See on eriti tõhus, kui seda kasutatakse koos teiste elementidega. See suurendab oluliselt terase kõvadust (juba 0,3% sisaldusega). Samuti suureneb tõmbetugevus. Teine positiivne omadus, mis molübdeeniga legeeritud kuumakindlatel sulamitel on, on kõrge vastupidavus oksüdatiivsetele protsessidele. Molübdeen aitab kaasa teravilja jahvatamisele. Puuduseks on keevitamise raskus.

Muud eriterased ja -sulamid

Teatud ülesannete täitmiseks on vaja materjale, millel on teatud omadused. Seega saame rääkida spetsiaalsete sulamite kasutamisest, mis võivad olla nii legeeritud kui ka süsinikuga. Viimases saavutatakse vajalike omaduste kogum tänu sellele, et sulamite valmistamine ja nende töötlemine toimub spetsiaalse tehnoloogia abil. Isegi spetsiaalsed sulamid ja terased jagunevad konstruktsiooni- ja tööriistadeks. Seda tüüpi materjalide peamiste ülesannete hulgas võib eristada järgmist: vastupidavus korrosiooni- ja kulumisprotsessidele, võime töötada agressiivses keskkonnas ja paremad mehaanilised omadused. Sellesse kategooriasse kuuluvad nii kõrge töötemperatuuriga kuumakindlad terased ja sulamid kui ka krüogeensed terased, mis taluvad kuni -296ºС.

Tööriistateras

Tööriistade tootmisel kasutatakse spetsiaalset tööriistaterast. Kuna nende töötingimused on erinevad, valitakse materjalid ka individuaalselt. Kuna nõuded tööriistadele on üsna kõrged, on nende sulamite omadusedtootmine on asjakohane: need ei tohi sisaldada kolmandate osapoolte lisandeid, lisandeid, deoksüdatsiooniprotsess on hästi läbi viidud ja struktuur on homogeenne. Mõõteriistade jaoks on väga oluline stabiilsete parameetrite olemasolu ja kulumiskindlus. Kui me räägime lõikeriistadest, siis need töötavad kõrgendatud temperatuuridel (seal on serva kuumenemine), pideva hõõrdumise ja deformatsiooni korral. Seetõttu on nende jaoks väga oluline säilitada kuumutamisel esmane kõvadus. Teine tööriistaterase tüüp on kiirteras. Põhimõtteliselt on see volframiga legeeritud. Kõvadus säilib kuni temperatuurini umbes 600ºС. Samuti on stantsitud terased. Need on mõeldud nii kuum- kui ka külmvormimiseks.

sulamite erirakendused

Tööstusi, mis kasutavad eriomadustega sulameid, on palju. Tänu oma täiustatud omadustele on need asendamatud masinaehituses, ehituses ja naftatööstuses. Kuumuskindlaid ja kuumakindlaid sulameid kasutatakse turbiinide osade, autode varuosade valmistamisel. Kõrgete korrosioonivastaste omadustega terased on asendamatud torude, karburaatori nõelte, ketaste ja erinevate keemiatööstuse elementide tootmiseks. Raudtee rööpad, kopad, rööpad sõidukitele – kulumiskindlad terased on selle kõige aluseks. Poltide, mutrite ja muude sarnaste osade masstootmisel kasutatakse automaatsulameid. Vedrud peavad olema piisav alt elastsed ja kulumiskindlad. Sellepärastmaterjal nende jaoks on vedruteras. Selle kvaliteedi parandamiseks legeeritakse need lisaks kroomi ja molübdeeniga. Kõik spetsiifiliste omadustega erisulamid ja terased võivad vähendada nende osade maksumust, kus varem kasutati värvilisi metalle.