Hipoeutektoīdais tērauds: struktūra, īpašības, ražošana un pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Oglekļa tēraudu izmantošana ir plaši izplatīta būvniecībā un rūpniecībā. Tā sauktā tehniskā dzelzs grupai ir daudz priekšrocību, kas palielina gala izstrādājumu un konstrukciju veiktspēju. Līdzās optimālajām stiprības un izturības pret spriedzi īpašībām šiem sakausējumiem ir arī elastīgas dinamiskas īpašības. Jo īpaši hipoeutektoīdais tērauds, kas satur arī ievērojamu procentuālo daļu oglekļa maisījumu, tiek novērtēts tā augstās elastības dēļ. Taču šīs nav visas šīs augstas stiprības dzelzs daudzveidības priekšrocības.

Vispārīga informācija par sakausējumu

Tērauda atšķirīga iezīme ir īpašu leģētu piemaisījumu un oglekļa klātbūtne konstrukcijā. Faktiski hipoeutektoīdu sakausējumu nosaka oglekļa saturs. Šeit ir svarīgi nošķirt klasiskos eitektoīdus un ledeburīta tēraudus, kuriem ir daudz kopīga ar aprakstīto tehniskā dzelzs dažādību. Ja ņemam vērā tērauda strukturālo klasi, tad hipoeutektoīdais sakausējums attieksies uz eitektoīdiem, bet satur leģētus ferītus un perlītus. Galvenā atšķirība no hipereutektoīdiem ir oglekļa līmenis zem 0,8%. Pārsniedzot šoindikators ļauj klasificēt tēraudu kā pilnvērtīgus eitektoīdus. Savā ziņā hipoeutektoīda pretstats ir hipereutektoīdais tērauds, kurā papildus perlītam ir arī sekundāri karbīdu piemaisījumi. Tādējādi ir divi galvenie faktori, kas ļauj atšķirt hipoeutektoīdus sakausējumus no vispārējās eitektoīdu grupas. Pirmkārt, tas ir salīdzinoši neliels oglekļa saturs, un, otrkārt, tas ir īpašs piemaisījumu kopums, kura pamatā ir ferīts.

Ražošanas tehnoloģija

Vispārējais tehnoloģiskais process hipoeutektoīda tērauda ražošanai ir līdzīgs citu sakausējumu ražošanai. Tas ir, tiek izmantotas aptuveni tādas pašas metodes, bet dažādās konfigurācijās. Hipoeutektoīdajam tēraudam ir jāpievērš īpaša uzmanība tā īpašās struktūras iegūšanai. Šim nolūkam tiek izmantota tehnoloģija, kas nodrošina austenīta sadalīšanos uz dzesēšanas fona. Savukārt austenīts ir kombinēts maisījums, kurā ietilpst viens un tas pats ferīts un perlīts. Regulējot sildīšanas un dzesēšanas intensitāti, tehnologi var kontrolēt šīs piedevas izkliedi, kas galu galā ietekmē noteiktu materiāla veiktspējas īpašību veidošanos.

Tomēr perlīta nodrošinātais ogleklis paliek nemainīgs. Lai gan turpmākā atkausēšana var koriģēt mikrostruktūras veidošanos, oglekļa saturs būs 0,8% robežās. Obligāts posms tērauda konstrukciju veidošanās procesā ir normalizācija. Šī procedūra ir nepieciešama tā paša graudu daļējai optimizācijaiaustenīts. Citiem vārdiem sakot, ferīta un perlīta daļiņas tiek samazinātas līdz optimāliem izmēriem, kas vēl vairāk uzlabo tērauda tehniskos un fiziskos rādītājus. Tas ir sarežģīts process, kurā daudz kas ir atkarīgs no apkures regulēšanas kvalitātes. Ja temperatūras režīms tiek pārsniegts, var nodrošināt pretēju efektu - austenīta graudu palielināšanos.

Tērauda atkausēšana

Tiek praktizēta vairāku atkausēšanas metožu izmantošana. Pastāv būtiska atšķirība starp pilnīgas un daļējas atkausēšanas paņēmieniem. Pirmajā gadījumā austenīts tiek intensīvi uzkarsēts līdz kritiskai temperatūrai, pēc kura tiek veikta normalizācija ar dzesēšanas palīdzību. Šeit notiek austenīta sadalīšanās. Tēraudu pilnīga atkausēšana parasti tiek veikta 700-800 °C režīmā. Termiskā apstrāde šajā līmenī tikai aktivizē ferīta elementu sabrukšanas procesus. Var regulēt arī dzesēšanas ātrumu, piemēram, krāsns personāls var darbināt kameras durvis, tās aizverot vai atverot. Jaunākie izotermisko krāsniņu modeļi automātiskajā režīmā var veikt lēnu dzesēšanu atbilstoši noteiktai programmai.

Kas attiecas uz nepilnīgo atkausēšanu, to iegūst, karsējot ar temperatūru virs 800 °C. Tomēr kritiskās temperatūras efekta saglabāšanas laikam ir nopietni ierobežojumi. Šī iemesla dēļ notiek nepilnīga atkausēšana, kā rezultātā ferīts nepazūd. Līdz ar to daudzas nepilnības topošā materiāla struktūrā netiek novērstas. Kāpēc ir vajadzīga šāda tēraudu atkausēšana, ja tā neuzlabo fiziskokvalitāte? Faktiski tā ir nepilnīga termiskā apstrāde, kas ļauj saglabāt mīkstu struktūru. Gala materiāls var nebūt vajadzīgs visos pielietojumos, kas raksturīgi oglekļa tēraudiem kā tādiem, taču tas ļaus viegli apstrādāt. Mīksto pro-eitektoīdu sakausējumu ir viegli sagriezt, un tā ražošana ir lētāka.

Sakausējuma normalizācija

Pēc apdedzināšanas pienāk kārta pastiprinātas termiskās apstrādes procedūrām. Ir normalizācijas un apkures operācijas. Abos gadījumos runa ir par termisko ietekmi uz sagatavi, pie kuras temperatūra var pārsniegt 1000 °C. Bet pati par sevi hipoeutektoīdu tēraudu normalizācija notiek pēc termiskās apstrādes pabeigšanas. Šajā posmā klusā gaisa apstākļos sākas dzesēšana, kuras laikā notiek iedarbība līdz pilnīgai smalkgraudaina austenīta veidošanās. Tas ir, sildīšana ir sava veida sagatavošanas darbība pirms sakausējuma nogādāšanas normalizētā stāvoklī. Ja runājam par specifiskām strukturālām izmaiņām, tad visbiežāk tās izpaužas ferīta un perlīta izmēra samazināšanās, kā arī to cietības palielināšanās. Daļiņu stiprības īpašības ir paaugstinātas salīdzinājumā ar tām, kas iegūtas ar atkausēšanas procedūrām.

Pēc normalizācijas var sekot cita ilgstošas iedarbības sildīšanas procedūra. Pēc tam apstrādājamo priekšmetu atdzesē, un šo darbību var veikt dažādos veidos. Galīgo hipoeutektoīdu tēraudu iegūst vai nu gaisā, vai iekšālēnas dzesēšanas krāsnis. Kā liecina prakse, augstākās kvalitātes sakausējums tiek veidots, izmantojot pilnu normalizācijas tehnoloģiju.

Temperatūras ietekme uz sakausējuma struktūru

Temperatūras iejaukšanās tērauda konstrukcijas veidošanās procesā sākas no brīža, kad ferīta-cementīta masa pārvēršas austenītā. Citiem vārdiem sakot, perlīts pāriet funkcionālā maisījuma stāvoklī, kas daļēji kļūst par pamatu augstas stiprības tērauda veidošanai. Nākamajā termiskās apstrādes posmā rūdītais tērauds atbrīvojas no liekā ferīta. Kā jau minēts, tas ne vienmēr tiek pilnībā novērsts, kā tas ir nepilnīgas atkausēšanas gadījumā. Bet klasiskais hipoeutektoīdais sakausējums joprojām ietver šī austenīta komponenta likvidēšanu. Nākamajā posmā esošā kompozīcija jau ir optimizēta ar cerībām izveidot optimizētu struktūru. Tas nozīmē, ka sakausējuma daļiņas samazinās, iegūstot paaugstinātas stiprības īpašības.

Izotermisko transformāciju ar pārdzesētu austenītu maisījumu var veikt dažādos režīmos un temperatūras līmenis ir tikai viens no tehnologa kontrolētajiem parametriem. Atšķiras arī termiskās iedarbības maksimuma intervāli, dzesēšanas ātrums uc Atkarībā no izvēlētā normalizācijas režīma tiek iegūts rūdīts tērauds ar noteiktām tehniskām un fizikālām īpašībām. Šajā posmā ir iespējams iestatīt arī īpašas darbības īpašības. Spilgts piemērs ir sakausējums ar mīkstu struktūru, kas iegūts efektīvai tālākai apstrādei. Bet visbiežākražotāji joprojām koncentrējas uz gala patērētāja vajadzībām un viņa prasībām attiecībā uz metāla galvenajām tehniskajām un ekspluatācijas īpašībām.

Tērauda konstrukcija

Normalizācijas režīms 700 °C temperatūrā izraisa struktūras veidošanos, kuras pamatā būs ferītu un perlītu graudi. Starp citu, hipereutektoīdu tēraudu struktūrā ferīta vietā ir cementīts. Istabas temperatūrā normālā stāvoklī tiek atzīmēts arī liekā ferīta saturs, lai gan šī daļa tiek samazināta līdz minimumam, palielinoties ogleklim. Ir svarīgi uzsvērt, ka tērauda struktūra nelielā mērā ir atkarīga no oglekļa satura. Tas praktiski neietekmē galveno komponentu uzvedību vienas un tās pašas apkures laikā, un gandrīz viss tas ir koncentrēts perlītā. Faktiski perlītu var izmantot, lai noteiktu oglekļa maisījuma satura līmeni - parasti tā ir nenozīmīga vērtība.

Interesanta ir arī vēl viena strukturāla nianse. Fakts ir tāds, ka perlīta un ferīta daļiņām ir vienāds īpatnējais svars. Tas nozīmē, ka pēc vienas no šīm sastāvdaļām kopējā masā var uzzināt, kādu kopējo platību tas aizņem. Tādējādi tiek pētītas mikrogriezuma virsmas. Atkarībā no režīma, kurā tika uzkarsēts hipoeutektoīdais tērauds, veidojas arī austenīta daļiņu frakcionētie parametri. Bet tas notiek gandrīz individuālā formātā ar unikālu vērtību veidošanos - cita lieta ir tā, ka dažādu rādītāju robežas paliek standarta.

Hipoeutektoīda tērauda īpašības

Šis metāls piederzema oglekļa satura tēraudiem, tāpēc no tā nevajadzētu gaidīt īpašu veiktspēju. Pietiek pateikt, ka stiprības raksturlielumu ziņā šis sakausējums ir ievērojami zemāks par eitektoīdiem. Tas ir saistīts ar struktūras atšķirībām. Fakts ir tāds, ka tērauda hipoeutektoīda klase ar lieko ferītu saturu ir zemāka par izturību nekā analogiem, kuru konstrukcijas komplektā ir cementīts. Daļēji šī iemesla dēļ tehnologi iesaka būvniecības nozarei izmantot sakausējumus, kuru ražošanā maksimāli tika realizēta apdedzināšanas operācija ar ferītu nobīdi.

Ja mēs runājam par šī materiāla pozitīvajām izcilajām īpašībām, tad tās ir plastiskums, izturība pret dabiskiem bioloģiskiem iznīcināšanas procesiem utt. Tajā pašā laikā hipoeutektoīdo tēraudu rūdīšana var pievienot vairākas papildu īpašības. metāls. Piemēram, tā var būt gan paaugstināta termiskā pretestība, gan nosliece uz korozijas procesiem, kā arī vesela virkne aizsargājošo īpašību, kas raksturīga parastajiem sakausējumiem ar zemu oglekļa saturu.

Lietošanas jomas

Neskatoties uz nelielu stiprības īpašību samazināšanos sakarā ar to, ka metāls pieder ferīta tēraudu klasei, šis materiāls ir izplatīts dažādās jomās. Piemēram, mašīnbūvē tiek izmantotas detaļas, kas izgatavotas no hipoeutektoīdiem tēraudiem. Vēl viena lieta ir tāda, ka tiek izmantoti augstas klases sakausējumi, kuru ražošanā tika izmantotas progresīvas apdedzināšanas un normalizācijas tehnoloģijas. Arī hipoeutektoīda tērauda struktūra ar samazinātu ferīta saturu ir diezgan izteiktaļauj izmantot metālu būvkonstrukciju ražošanā. Turklāt dažu šāda veida tērauda kategoriju pieejamās izmaksas ļauj paļauties uz ievērojamiem ietaupījumiem. Dažreiz būvmateriālu un tērauda moduļu ražošanā palielināta izturība vispār nav nepieciešama, taču ir nepieciešama nodilumizturība un elastība. Šādos gadījumos hipoeutektoīdu sakausējumu izmantošana ir pamatota.

Ražošana

Daudzi uzņēmumi Krievijā nodarbojas ar hipoeutektoīda metāla ražošanu, sagatavošanu un ražošanu. Piemēram, Urāla krāsaino metālu rūpnīca (UZTSM) ražo vairākas šāda veida tērauda kategorijas vienlaikus, piedāvājot patērētājam dažādus tehnisko un fizisko īpašību komplektus. Urāla tērauda rūpnīca ražo ferīta tēraudus, kas ietver augstas kvalitātes leģētus komponentus. Turklāt sortimentā ir pieejamas īpašas sakausējumu modifikācijas, tostarp karstumizturīgi, ar augstu hroma saturu un nerūsējošie metāli.

Metalloinvest var izcelt arī starp lielākajiem ražotājiem. Šī uzņēmuma objektos tiek ražoti konstrukciju tēraudi ar hipoeutektoīdu struktūru, kas paredzēti izmantošanai būvniecībā. Šobrīd uzņēmuma tērauda rūpnīca strādā pēc jauniem standartiem, kas ļauj uzlabot ferīta sakausējumu vājo vietu - stiprības rādītāju. Jo īpaši uzņēmuma tehnologi strādā pie sprieguma intensitātes koeficienta paaugstināšanas, materiāla triecienizturības un noguruma izturības optimizācijas. Tas ļauj mums piedāvāt gandrīz universālus sakausējumus.

Secinājums

Ir vairākas rūpniecisko un celtniecības metālu tehniskās un ekspluatācijas īpašības, kuras tiek uzskatītas par pamata un regulāri tiek uzlabotas. Taču, projektiem un tehnoloģiskajiem procesiem kļūstot sarežģītākiem, rodas arī jaunas prasības elementu bāzei. Šajā sakarā skaidri izpaužas hipoeutektoīdais tērauds, kurā koncentrējas dažādas veiktspējas īpašības. Šī metāla izmantošana ir attaisnojama nevis gadījumos, kad nepieciešama detaļa ar vairākiem īpaši augstu veiktspēju, bet gan situācijās, kad nepieciešami īpaši netipiski dažādu īpašību komplekti. Šajā gadījumā metāls ilustrē elastības un elastības kombināciju ar optimālu triecienizturību un pamata aizsardzības īpašībām, kas sastopamas lielākajā daļā oglekļa sakausējumu.