Hüpoeutektoidteras: struktuur, omadused, tootmine ja rakendus

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

Süsinikteraste kasutamine on ehituses ja tööstuses lai alt levinud. Niinimetatud tehnilise raua rühmal on palju eeliseid, mis suurendavad lõpptoodete ja konstruktsioonide jõudlust. Lisaks optimaalsetele tugevus- ja pingekindlusomadustele eristuvad need sulamid ka paindlike dünaamiliste omadustega. Eelkõige hinnatakse hüpoeutektoidterast, mis sisaldab ka märkimisväärses koguses süsiniku segusid, selle kõrge elastsuse tõttu. Kuid see ei ole kõik selle ülitugeva raua eelised.

Üldine teave sulami kohta

Terase eripäraks on spetsiaalsete legeeritud lisandite ja süsiniku olemasolu struktuuris. Tegelikult määrab hüpoeutektoidse sulami süsinikusisaldus. Siin on oluline eristada klassikalisi eutektoid- ja ledeburiiteraseid, millel on kirjeldatud tehnilise raua sordiga palju ühist. Kui arvestada terase struktuuriklassi, siis hüpoeutektoidne sulam viitab eutektoididele, kuid sisaldab legeeritud ferriite ja perliite. Põhiline erinevus hüpereutektoididest on süsinikusisaldus alla 0,8%. Selle ületamineindikaator võimaldab meil klassifitseerida terase täieõiguslikeks eutektoidideks. Mingil moel on hüpoeutektoidi vastand hüpereutektoidne teras, mis sisaldab lisaks perliidile ka karbiidide sekundaarseid lisandeid. Seega on kaks peamist tegurit, mis võimaldavad eristada hüpoeutektoidseid sulameid üldisest eutektoidide rühmast. Esiteks on see suhteliselt väike süsinikusisaldus ja teiseks on see spetsiaalne lisandite kogum, mille aluseks on ferriit.

Tootmistehnoloogia

Üldine tehnoloogiline protsess hüpoeutektoidterase valmistamiseks on sarnane teiste sulamite tootmisega. See tähendab, et kasutatakse ligikaudu samu tehnikaid, kuid erinevates konfiguratsioonides. Hüpoeutektoidteras nõuab erilist tähelepanu selle spetsiifilise struktuuri saavutamisel. Selleks kasutatakse tehnoloogiat, mis tagab austeniidi lagunemise jahutamise taustal. Austeniit on omakorda kombineeritud segu, mis sisaldab sama ferriiti ja perliiti. Reguleerides kuumutamise ja jahutamise intensiivsust, saavad tehnoloogid kontrollida selle lisandi hajumist, mis lõppkokkuvõttes mõjutab materjali teatud tööomaduste kujunemist.

Perliidi poolt pakutav süsinik jääb siiski samaks. Kuigi hilisem lõõmutamine võib korrigeerida mikrostruktuuri moodustumist, jääb süsinikusisaldus vahemikku 0,8%. Teraskonstruktsioonide moodustamise protsessi kohustuslik etapp on normaliseerimine. See protseduur on vajalik sama terade fraktsionaalseks optimeerimiseksausteniit. Teisisõnu vähendatakse ferriidi ja perliidi osakesi optimaalsete suurusteni, mis parandab veelgi terase tehnilisi ja füüsilisi omadusi. See on keeruline protsess, milles sõltub palju küttereguleerimise kvaliteedist. Temperatuurirežiimi ületamisel võib tekkida vastupidine efekt - austeniidi terade suurenemine.

Terase lõõmutamine

Harjutatakse mitmete lõõmutamismeetodite kasutamist. Täieliku ja osalise lõõmutamise tehnikate vahel on põhimõtteline erinevus. Esimesel juhul kuumutatakse austeniiti intensiivselt kriitilise temperatuurini, misjärel viiakse normaliseerimine läbi jahutamise abil. Siin toimub austeniidi lagunemine. Teraste täielik lõõmutamine toimub reeglina režiimis 700-800 °C. Sellel tasemel kuumtöötlus lihts alt aktiveerib ferriitelementide lagunemisprotsesse. Jahutuskiirust saab ka reguleerida, näiteks saavad ahju töötajad kambri ust avada või sulgeda. Uusimad automaatrežiimis isotermiliste ahjude mudelid suudavad vastav alt etteantud programmile läbi viia aeglase jahutamise.

Mis puudutab mittetäielikku lõõmutamist, siis see saadakse kuumutamisel temperatuuril üle 800 °C. Kriitilise temperatuuriefekti hoidmise ajal on aga tõsised piirangud. Sel põhjusel toimub mittetäielik lõõmutamine, mille tulemusena ferriit ei kao. Järelikult ei kõrvaldata paljusid puudujääke tulevase materjali struktuuris. Miks on selline teraste lõõmutamine vajalik, kui see ei paranda füüsilistkvaliteeti? Tegelikult on see mittetäielik kuumtöötlus, mis võimaldab teil säilitada pehme struktuuri. Lõppmaterjal ei pruugi olla vajalik igas süsinikterasele spetsiifilises rakenduses, kuid see võimaldab hõlpsat töötlemist. Pehmet eutektoidset sulamit on lihtne lõigata ja selle tootmine odavam.

Sulami normaliseerimine

Pärast põletamist tuleb kord kõrgendatud kuumtöötluse protseduuridele. Seal on normaliseerimis- ja küttetoimingud. Mõlemal juhul räägime toorikule avaldatavast termilisest mõjust, mille juures võib temperatuur ületada 1000 °C. Kuid iseenesest toimub hüpoeutektoidteraste normaliseerumine pärast kuumtöötlemise lõpetamist. Selles etapis algab jahutamine vaikse õhu tingimustes, mille jooksul toimub kokkupuude kuni peeneteralise austeniidi täieliku moodustumiseni. See tähendab, et kuumutamine on omamoodi ettevalmistav toiming enne sulami normaliseeritud olekusse viimist. Kui me räägime konkreetsetest struktuurimuutustest, siis enamasti väljenduvad need ferriidi ja perliidi suuruse vähenemises, aga ka nende kõvaduse suurenemises. Osakeste tugevusomadused on paremad võrreldes lõõmutamisprotseduuridega saavutatavatega.

Pärast normaliseerimist võib järgneda veel üks pika säritusega kuumutamisprotseduur. Seejärel töödeldav detail jahutatakse ja seda sammu saab läbi viia erineval viisil. Lõplik hüpoeutektoidne teras saadakse kas õhus või seesaeglaselt jahtuvad ahjud. Nagu praktika näitab, moodustatakse kõrgeima kvaliteediga sulam, kasutades täielikku normaliseerimistehnoloogiat.

Temperatuuri mõju sulami struktuurile

Temperatuuri sekkumine teraskonstruktsiooni moodustumise protsessi algab ferriittsementiidi massi austeniidiks muutumise hetkest. Teisisõnu läheb perliit funktsionaalse segu olekusse, millest saab osaliselt kõrgtugeva terase moodustamise alus. Termilise töötlemise järgmises etapis vabaneb karastatud teras liigsest ferriidist. Nagu juba märgitud, ei ole see alati täielikult kõrvaldatud, nagu mittetäieliku lõõmutamise korral. Kuid klassikaline hüpoeutektoidne sulam hõlmab siiski selle austeniidi komponendi kõrvaldamist. Järgmises etapis optimeeritakse juba olemasolev kompositsioon, eeldades optimeeritud struktuuri moodustamist. See tähendab, et sulami osakeste sisaldus väheneb koos suurenenud tugevusomaduste omandamisega.

Isotermilist muundamist austeniitide ülejahutatud seguga saab läbi viia erinevates režiimides ja temperatuuritase on vaid üks tehnoloogi kontrollitavatest parameetritest. Samuti on erinevad termilise kokkupuute tippintervallid, jahutuskiirus jne Sõltuv alt valitud normaliseerimisrežiimist saadakse karastatud teras, millel on teatud tehnilised ja füüsikalised omadused. Just selles etapis on võimalik määrata ka spetsiaalseid tööomadusi. Markantne näide on pehme struktuuriga sulam, mis on saadud tõhusa edasise töötlemise eesmärgil. Kuid kõige sagedaminitootjad keskenduvad endiselt lõpptarbija vajadustele ja tema nõuetele metalli peamistele tehnilistele ja tööomadustele.

Teraskonstruktsioon

Normaliseerimisrežiim temperatuuril 700 °C põhjustab struktuuri moodustumise, mille aluseks on ferriidi ja perliidi terad. Muide, hüpereutektoidteraste struktuuris on ferriidi asemel tsementiit. Toatemperatuuril, normaalses olekus, märgitakse ka üleliigse ferriidi sisaldus, kuigi see osa on süsiniku suurenemise tõttu minimaalne. Oluline on rõhutada, et terase struktuur sõltub vähesel määral süsinikusisaldusest. See praktiliselt ei mõjuta põhikomponentide käitumist sama kuumutamise ajal ja peaaegu kõik see on koondunud perliiti. Tegelikult saab perliiti kasutada süsinikusegu sisalduse määramiseks – reeglina on see tähtsusetu väärtus.

Huvitav on ka teine struktuurne nüanss. Fakt on see, et perliidi ja ferriidi osakestel on sama erikaal. See tähendab, et ühe selle komponendi koguse järgi kogumassis saate teada, kui palju see kogupindala võtab. Seega uuritakse mikrolõikepindu. Sõltuv alt hüpoeutektoidse terase kuumutamise režiimist moodustuvad ka austeniidiosakeste fraktsioonilised parameetrid. Kuid see juhtub peaaegu individuaalses vormingus ainulaadsete väärtuste moodustamisega - teine asi on see, et erinevate näitajate piirangud jäävad standardseks.

Hüpoeutektoidse terase omadused

See metall kuulubmadala süsinikusisaldusega terastele, nii et te ei tohiks sellelt erilist jõudlust oodata. Piisab, kui öelda, et tugevusomaduste poolest jääb see sulam oluliselt alla eutektoididele. See on tingitud erinevustest struktuuris. Fakt on see, et üleliigse ferriitide sisaldusega terase hüpoeutektoidne klass on tugevuselt halvem kui analoogidel, mille konstruktsioonikomplektis on tsementiit. Osaliselt sel põhjusel soovitavad tehnoloogid ehitustööstuses kasutada sulameid, mille tootmisel rakendati maksimaalselt põletamist ferriitide väljatõrjumisega.

Kui me räägime selle materjali positiivsetest erakordsetest omadustest, siis need on plastilisus, vastupidavus looduslikele bioloogilistele hävimisprotsessidele jne. Samal ajal võib hüpoeutektoidteraste karastamine lisada materjalile mitmeid lisaomadusi. metallist. Näiteks võib see olla nii suurenenud soojustakistus kui ka eelsoodumuse puudumine korrosiooniprotsesside tekkeks, aga ka terve rida tavapärastele madala süsinikusisaldusega sulamitele omaseid kaitseomadusi.

Kasutusvaldkonnad

Vaatamata tugevusomaduste kergele langusele, mis on tingitud metalli kuulumisest ferriitsete teraste klassi, on see materjal levinud erinevates piirkondades. Näiteks masinaehituses kasutatakse hüpoeutektoidterasest valmistatud osi. Teine asi on see, et kasutatakse kõrgeid sulameid, mille valmistamisel kasutati täiustatud põletamise ja normaliseerimise tehnoloogiaid. Samuti on vähendatud ferriidisisaldusega hüpoeutektoidterase struktuur üsnavõimaldab kasutada metalli ehituskonstruktsioonide valmistamisel. Veelgi enam, mõne seda tüüpi teraseklassi taskukohane hind võimaldab teil arvestada märkimisväärse kokkuhoiuga. Mõnikord pole ehitusmaterjalide ja terasmoodulite valmistamisel tugevuse suurendamine üldse vajalik, kuid kulumiskindlus ja elastsus on vajalikud. Sellistel juhtudel on hüpoeutektoidsete sulamite kasutamine õigustatud.

Tootmine

Paljud ettevõtted tegelevad Venemaal hüpoeutektoidmetalli valmistamise, valmistamise ja tootmisega. Näiteks Uurali värviliste metallide tehas (UZTSM) toodab korraga mitut seda tüüpi terast, pakkudes tarbijale erinevaid tehniliste ja füüsikaliste omaduste komplekte. Uurali terasetehas toodab ferriitteraseid, mis sisaldavad kvaliteetseid legeeritud komponente. Lisaks on sortimendis saadaval spetsiaalsed sulamite modifikatsioonid, sealhulgas kuumakindlad, kõrge kroomisisaldusega ja roostevabad metallid.

Suuremate tootjate hulgast võib välja tuua ka Metalloinvesti. Selle ettevõtte rajatistes toodetakse hüpoeutektoidse struktuuriga konstruktsiooniteraseid, mis on mõeldud kasutamiseks ehituses. Hetkel töötab ettevõtte terasetehas uute standardite järgi, mis võimaldab parandada ferriidisulamite nõrka kohta – tugevusnäitajat. Eelkõige tegelevad ettevõtte tehnoloogid pingetugevuse teguri suurendamisega, materjali löögitugevuse ja väsimuskindluse optimeerimisega. See võimaldab meil pakkuda peaaegu universaalseid sulameid.

Järeldus

Tööstus- ja ehitusmetallidel on mitmeid tehnilisi ja tööomadusi, mida peetakse põhilisteks ja mida regulaarselt täiustatakse. Kuid disainide ja tehnoloogiliste protsesside muutudes keerukamaks, tekivad uued nõuded ka elementide baasile. Sellega seoses ilmneb selgelt hüpoeutektoidteras, milles on koondunud erinevad jõudluskvaliteedid. Selle metalli kasutamine on õigustatud mitte juhtudel, kui on vaja mitme ülikõrge jõudlusega detaili, vaid olukordades, kus on vaja erilisi ebatüüpilisi erinevate omadustega komplekte. Sel juhul on metall näide paindlikkuse ja plastilisuse kombinatsioonist optimaalse löögikindluse ja enamiku süsinikusulamite põhiliste kaitseomadustega.