Stal przedutektoidalna: struktura, właściwości, produkcja i zastosowanie

Zastosowanie stali węglowych w szerokim zakresiejest powszechny w budownictwie i przemyśle. Grupa tak zwanych żelazek technicznych ma wiele zalet, które determinują zwiększoną wydajność gotowych produktów i konstrukcji. Wraz z optymalną charakterystyką wytrzymałości i odporności na obciążenia, stopy takie mają również elastyczne właściwości dynamiczne. W szczególności, stal preutektoidalna, która ma również duży udział procentowy mieszanek węglowych, jest ceniona ze względu na jej wysoką ciągliwość. Ale to nie wszystkie zalety tego typu wysokowytrzymałego żelaza.

Ogólne informacje o stopie

Charakterystyczną własnością stali jest obecność wstruktura specjalnych domieszkowanych zanieczyszczeń i węgla. W rzeczywistości zawartość węgla jest określona przez stop przedutektoidalny. Ważne jest, aby odróżnić klasycznej i eutektoidalnej i ledeburytycznego stali, które mają wiele wspólnego z opisanym rodzajem żelaza technicznego. Jeśli weźmiemy pod uwagę klasę stali konstrukcyjnej, stop będzie doevtektoidnyh traktować eutektoidalnej, ale zawierający część domieszkowanego ferrytu i perlitu. Główną różnicą w stosunku do hiperutektoidów jest poziom węgla, który wynosi poniżej 0,8%. Przekroczenie tego indeksu pozwala nam odnieść stal do wysokogatunkowych eutektoidów. W pewnym sensie jest przeciwnych doevtektoida nadeutektoidalne stali, w którym to dodawanie perlitu zawiera zanieczyszczeń wtórnych węglików. Tak więc, istnieją dwa główne czynniki, które pozwalają, aby przydzielić hypoeutectoid stopów o ogólnym eutektoidalnych grupy. Po pierwsze jest to stosunkowo niewielka zawartość węgla, a po drugie jest to specjalny zestaw zanieczyszczeń, których podstawą jest ferryt.

Technologia wytwarzania

Ogólny proces produkcyjnystal przedutektoidalna jest podobna do produkcji innych stopów. Oznacza to, że stosowane są te same techniki, ale w innych konfiguracjach. Szczególną uwagę zwraca się na stal przedutektoidalną w części uzyskiwania jej specyficznej struktury. W tym celu wykorzystuje się technologię zapewniającą rozkład austenitu na tle chłodzenia. Z kolei austenit to mieszanka złożona z tego samego ferrytu i perlitu. Kontrolując intensywność ogrzewania i chłodzenia, technolodzy mogą kontrolować dyspersję tego dodatku, co ostatecznie wpływa na tworzenie różnych właściwości operacyjnych materiału.

Jednak wskaźnik węgla dostarczony przezperlit, pozostaje na tym samym poziomie. Chociaż późniejsze wyżarzanie może skorygować tworzenie się mikrostruktury, zawartość węgla będzie wynosić 0,8%. Obowiązkowym etapem w procesie formowania konstrukcji stalowej jest normalizacja. Ta procedura jest wymagana do frakcyjnej optymalizacji ziaren tego samego austenitu. Innymi słowy, cząstki ferrytu i perlitu są zredukowane do optymalnych rozmiarów, co dodatkowo poprawia techniczne i fizyczne właściwości stali. Jest to złożony proces, w którym wiele zależy od jakości regulacji ogrzewania. W przypadku przekroczenia reżimu temperatury można uzyskać efekt odwrotny - wzrost ziaren austenitu.

Wyżarzanie stali

Stosuje się kilka metodwyżarzanie. Techniki kompletnego i niepełnego wyżarzania są zasadniczo różne. W pierwszym przypadku jest intensywne ogrzewanie austenitu do temperatury krytycznej, a następnie normalizacja przez ochłodzenie. Tutaj rozkłada się austenit. Z reguły pełne wyżarzanie stali odbywa się w trybie 700-800 ° C. Obróbka termiczna na tym poziomie aktywuje tylko procesy rozpadu pierwiastków ferrytycznych. Szybkość chłodzenia można również zastosować do regulacji, na przykład, personel serwisowy może kontrolować komorę pieca, zamykania lub otwierania. Najnowsze modele pieców izotermicznych w trybie automatycznym mogą realizować powolne chłodzenie zgodnie z określonym programem.

W odniesieniu do niepełnego wyżarzania jest on wytwarzanypo podgrzaniu w temperaturze powyżej 800 ° C Istnieją jednak poważne ograniczenia czasu retencji krytycznego efektu temperatury. Z tego powodu występuje niecałkowite wyżarzanie, w wyniku którego ferryt nie znika. W konsekwencji wiele niedociągnięć w strukturze przyszłego materiału nie zostanie wyeliminowanych. Dlaczego potrzebujemy takiego wyżarzania stali, jeśli nie poprawia właściwości fizycznych? W rzeczywistości jest to niepełna obróbka cieplna, która pozwala zachować miękką strukturę. Końcowy materiał może nie być wymagany w każdej sferze zastosowań typowej dla stali węglowych jako takich, ale pozwoli na łatwą obróbkę. Miękki stop przedutektoidalny można ciąć bez żadnych trudności i jest tańszy w produkcji.

Normalizacja stopu

Po wypaleniu,obróbka cieplna. Wyizoluj operacje normalizacji i ogrzewania. W obu przypadkach jest to kwestia oddziaływania termicznego na obrabiany przedmiot, przy której temperatura może przekroczyć 1000 ° C. Ale sam w sobie normalizacja stali przed eutektoidalnych występuje po zakończeniu obróbki cieplnej. Na tym etapie chłodzenie rozpoczyna się w spokojnym powietrzu, w którym następuje starzenie do momentu całkowitego uformowania drobnego austenitu. Oznacza to, że ogrzewanie jest swego rodzaju operacją przygotowawczą przed doprowadzeniem stopu do stanu znormalizowanego. Jeśli mówimy o specyficznych zmianach strukturalnych, to najczęściej wyrażają się one w zmniejszaniu wielkości ferrytu i perlitu, a także w zwiększaniu ich twardości. Właściwości wytrzymałościowe cząstek wzrastają w kategoriach w porównaniu z podobnymi charakterystykami uzyskanymi przez procedury wyżarzania.

Po normalizacji, innyprocedura nagrzewania z długą ekspozycją. Przedmiot obrabiany jest następnie schładzany, a etap ten można wykonać na różne sposoby. Końcową stal przedutektoidalną uzyskuje się w powietrzu lub w piecu wolno chłodzącym. Jak pokazuje praktyka, stop najlepszej jakości formuje się za pomocą kompletnej technologii normalizacji.

Wpływ temperatury na strukturę stopu

Interferencja temperatury w procesie formowaniaStruktura stali zaczyna się od momentu, w którym masa ferrytyczno-cementytowa zostaje przekształcona w austenit. Innymi słowy, perlit przechodzi w stan funkcjonalnej mieszaniny, która częściowo staje się podstawą do formowania stali o wysokiej wytrzymałości. W następnym etapie działania termicznego hartowana stal pozbędzie się nadmiaru ferrytu. Jak już wspomniano, nie zawsze całkowicie się go pozbywa, jak w przypadku niepełnego wyżarzania. Jednak klasyczny stop przedututoidowy nadal sugeruje eliminację tego austenitycznego składnika. W następnym etapie optymalizacja istniejącej kompozycji już się odbywa z oczekiwaniem na zoptymalizowanie struktury. Oznacza to, że występuje spadek cząstek stopu z uzyskaniem zwiększonych właściwości wytrzymałościowych.

Transformacja izotermiczna z przechłodzeniemmieszanina austenitów może być wykonywana w różnych trybach, a poziom temperatury jest tylko jednym z parametrów kontrolowanych przez technologa. Szczytowe interwały termiczne, szybkość chłodzenia itd. Również się zmieniają W zależności od wybranego trybu normalizacji uzyskuje się utwardzaną stal o pewnych właściwościach technicznych i fizycznych. To także na tym etapie możliwe jest ustawienie określonych właściwości operacyjnych. Żywym przykładem jest stop o miękkiej strukturze, uzyskany w celu wydajnej dalszej obróbki. Ale najczęściej producenci są zorientowani na potrzeby użytkownika końcowego i jego wymagania dotyczące podstawowych technicznych i operacyjnych właściwości metalu.

Struktura stali

Tryb normalizacji w temperaturze 700° C powoduje tworzenie się struktury, w której podstawą będą ziarna ferrytu i perlitu. By the way, hypereutectoid stale zamiast ferrytu mają cementytu w strukturze. W temperaturze pokojowej ilość nadmiaru ferrytu jest również odnotowywana w zwykłym stanie, chociaż ta część jest minimalizowana przy wzrastającym węglu. Należy podkreślić, że struktura stali w niewielkim stopniu zależy od zawartości węgla. On ma praktycznie żadnego wpływu na zachowanie głównych składników w tym samym ciepło i niemal wszystko koncentruje się w perlitu. Właściwie perlit i może określić poziom zawartości węgla - z reguły jest to niewielka ilość.

Kolejny niuans strukturalny jest interesujący. Faktem jest, że cząstki perlitu i ferrytu mają tę samą gęstość właściwą. Oznacza to, że w zależności od ilości jednego z tych składników w całkowitej masie można dowiedzieć się, jaka jest całkowita powierzchnia zajmowana przez nią. W ten sposób badane są powierzchnie mikrosekund. W zależności od trybu ogrzewania stali eutektoidalnej powstają ułamkowe parametry cząstek austenitu. Ale dzieje się to prawie w indywidualnym formacie z tworzeniem unikalnych wartości - to kolejna kwestia, że ​​ograniczenia dotyczące różnych wskaźników pozostają standardowe.

Właściwości stali przedutektoidalnej

Ten metal należy do niskoemisyjnychstal, więc specjalne wykonanie od niego nie powinno czekać. Dość powiedzieć, że w charakterystyce wytrzymałości ten stop znacznie traci na eutectoidy. Jest to spowodowane różnicami w strukturze. Faktem jest, że przedututoidowa klasa stali z zawartością nadmiarowych ferrytów ma gorszą wytrzymałość w stosunku do analogów mających cementyt w zestawie strukturalnym. Częściowo z tego powodu technolodzy zalecają stosowanie stopów w budownictwie, w których produkcji została maksymalnie zrealizowana operacja wypalania z przesunięciem ferrytu.

Jeśli mówimy o pozytywnych wyjątkachwłaściwości materiału, leżą na ciągliwość, odporność na naturalnych procesach biologicznych zniszczenia i t. d. Z tym hartowanie stali hypoeutectoid można dodać metalu i liczbę dodatkowych cech. Na przykład, może to być wysoką odporność termiczną, i brak podatności na procesy korozji, jak również zestaw właściwości ochronnych konwencjonalnych niskich stopów węgla.

Aplikacje

Pomimo pewnego spadku siłyWłasności Dzięki metalu należącego do grupy stali ferrytycznych, materiał ten jest rozprowadzany na różnych obszarach. Na przykład w przemyśle maszynowym stosowane są części wykonane ze stali przedutektoidalnych. Inną rzeczą, która wykorzystuje wysokiej klasy stopów, produkcji których wykorzystano zaawansowaną technologię wypalania i normalizacji. Również struktura pro-eutektoidalnej stali o niskiej zawartości ferrytu pozwala na stosowanie w produkcji metalowych konstrukcji budowlanych. Co więcej, przystępna cena niektórych marek stali tego typu pozwala oczekiwać znacznych oszczędności. Czasami w produkcji materiałów budowlanych i modułów stalowych nie wymaga zwiększonej wytrzymałości, ale wymaga trwałości i odporności. W takich przypadkach uzasadnione jest stosowanie stopów przedututoidowych.

Produkcja

Wytwarzanie, przygotowanie i uwolnieniewiele przedsiębiorstw zajmuje się metalem przedutektoidalnym w Rosji. Na przykład fabryka metali nieżelaznych Ural (UZTSM) produkuje różne rodzaje stali tego rodzaju, oferując konsumentowi różne zestawy właściwości technicznych i fizycznych. Zakłady Ural Steel produkują stale ferrytowe, w skład których wchodzą wysokojakościowe składniki stopowe. Ponadto dostępne są specjalne modyfikacje stopów w tym metale wysokotemperaturowe, wysokochromowe i nierdzewne.

Wśród największych producentów można zidentyfikować iprzedsiębiorstwo "Metalloinvest". Zdolności tej firmy produkują stale konstrukcyjne o strukturze przedutektoidalnej, przeznaczone do stosowania w budownictwie. W tej chwili zakład produkujący stal działa zgodnie z nowymi standardami, pozwalając na poprawę słabego punktu stopów ferrytu - indeksu wytrzymałości. W szczególności, technolodzy firmy pracują nad zwiększeniem współczynnika natężenia napięcia, optymalizując wytrzymałość i wytrzymałość zmęczeniową materiału. To pozwala nam oferować stopy o niemal uniwersalnym przeznaczeniu.

Wniosek

Istnieje kilka technicznych i operacyjnychwłaściwości metali przemysłowych i budowlanych, które są uważane za podstawowe i regularnie poprawiają się. Ponieważ jednak struktury i procesy technologiczne stają się bardziej złożone, pojawiają się nowe wymagania dotyczące podstawy elementu. Pod tym względem wyraźnie widać, że stal przedutektoidalna przejawia się, w której skoncentrowane są różne cechy wydajności. Wykorzystanie tego metalu jest uzasadnione nie w przypadkach, gdy potrzebna jest część z kilkoma ultra wysokimi indeksami, ale w sytuacjach, w których wymagane są specjalne nietypowe zestawy o różnych właściwościach. W tym przypadku metal pokazuje przykład połączenia elastyczności i plastyczności z optymalną odpornością na uderzenia i podstawowymi właściwościami ochronnymi charakterystycznymi dla większości stopów węgla.