Υποευτεκτοειδής χάλυβας: δομή, ιδιότητες, παραγωγή και εφαρμογή

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η χρήση ανθρακούχων χάλυβων είναι ευρέως διαδεδομένη στις κατασκευές και τη βιομηχανία. Η ομάδα του λεγόμενου τεχνικού σιδήρου έχει πολλά πλεονεκτήματα που οδηγούν σε αυξημένη απόδοση των τελικών προϊόντων και δομών. Μαζί με τα βέλτιστα χαρακτηριστικά αντοχής και αντοχής στην καταπόνηση, αυτά τα κράματα διακρίνονται επίσης από εύκαμπτες δυναμικές ιδιότητες. Συγκεκριμένα, ο υποευτεκτοειδής χάλυβας, ο οποίος περιέχει επίσης σημαντικό ποσοστό μιγμάτων άνθρακα, εκτιμάται για την υψηλή ολκιμότητα του. Αλλά δεν είναι όλα τα πλεονεκτήματα αυτής της ποικιλίας σιδήρου υψηλής αντοχής.

Γενικές πληροφορίες για το κράμα

Ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό του χάλυβα είναι η παρουσία ειδικών κραματοποιημένων ακαθαρσιών και άνθρακα στη δομή. Στην πραγματικότητα, το υποευτεκτοειδές κράμα καθορίζεται από την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Εδώ είναι σημαντικό να γίνει διάκριση μεταξύ των κλασσικών ευτεκτοειδών και λεδεβουριτών χάλυβων, που έχουν πολλά κοινά με την περιγραφόμενη ποικιλία τεχνικού σιδήρου. Εάν λάβουμε υπόψη τη δομική κατηγορία του χάλυβα, τότε το υποευτεκτοειδές κράμα θα αναφέρεται σε ευτηκτοειδή, αλλά που περιέχουν κράματα φερρίτες και περλίτες. Η θεμελιώδης διαφορά από τα υπερευτεκτοειδή είναι το επίπεδο άνθρακα κάτω από 0,8%. Υπέρβαση αυτούΟ δείκτης μας επιτρέπει να ταξινομήσουμε τον χάλυβα ως πλήρη ευτηκτοειδή. Κατά κάποιο τρόπο, το αντίθετο του υποευτεκτοειδούς είναι ο υπερευτηκτοειδής χάλυβας, ο οποίος εκτός από περλίτη περιέχει και δευτερογενείς ακαθαρσίες καρβιδίων. Έτσι, υπάρχουν δύο κύριοι παράγοντες που καθιστούν δυνατή τη διάκριση των υποευτηκτοειδών κραμάτων από τη γενική ομάδα των ευτηκτοειδών. Πρώτον, πρόκειται για σχετικά μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα και, δεύτερον, πρόκειται για ένα ειδικό σύνολο ακαθαρσιών, η βάση του οποίου είναι ο φερρίτης.

Τεχνολογία παραγωγής

Η γενική τεχνολογική διαδικασία για την κατασκευή του υποευτεκτοειδούς χάλυβα είναι παρόμοια με την παραγωγή άλλων κραμάτων. Δηλαδή, χρησιμοποιούνται περίπου οι ίδιες τεχνικές, αλλά σε διαφορετικές διαμορφώσεις. Ο υποευτεκτοειδής χάλυβας απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή όσον αφορά την απόκτηση της ειδικής δομής του. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια τεχνολογία που εξασφαλίζει την αποσύνθεση του ωστενίτη στο φόντο της ψύξης. Με τη σειρά του, ο ωστενίτης είναι ένα συνδυασμένο μείγμα, που περιλαμβάνει τον ίδιο φερρίτη και περλίτη. Ρυθμίζοντας την ένταση της θέρμανσης και της ψύξης, οι τεχνολόγοι μπορούν να ελέγξουν τη διασπορά αυτού του πρόσθετου, η οποία τελικά επηρεάζει τον σχηματισμό ορισμένων ιδιοτήτων απόδοσης του υλικού.

Ωστόσο, ο άνθρακας που παρέχει ο περλίτης παραμένει ο ίδιος. Αν και η επακόλουθη ανόπτηση μπορεί να διορθώσει το σχηματισμό της μικροδομής, η περιεκτικότητα σε άνθρακα θα είναι της τάξης του 0,8%. Ένα υποχρεωτικό στάδιο στη διαδικασία σχηματισμού μεταλλικών κατασκευών είναι η κανονικοποίηση. Αυτή η διαδικασία απαιτείται για την κλασματική βελτιστοποίηση των κόκκων του ίδιουωστενίτης. Με άλλα λόγια, τα σωματίδια φερρίτη και περλίτης μειώνονται σε βέλτιστα μεγέθη, γεγονός που βελτιώνει περαιτέρω την τεχνική και φυσική απόδοση του χάλυβα. Αυτή είναι μια πολύπλοκη διαδικασία στην οποία πολλά εξαρτώνται από την ποιότητα του κανονισμού θέρμανσης. Εάν ξεπεραστεί το καθεστώς θερμοκρασίας, τότε μπορεί κάλλιστα να παρασχεθεί το αντίθετο αποτέλεσμα - αύξηση των κόκκων ωστενίτη.

ανόπτηση χάλυβα

Ασκείται η χρήση πολλών μεθόδων ανόπτησης. Υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των τεχνικών πλήρους και μερικής ανόπτησης. Στην πρώτη περίπτωση, ο ωστενίτης θερμαίνεται εντατικά σε μια κρίσιμη θερμοκρασία, μετά την οποία πραγματοποιείται η ομαλοποίηση μέσω ψύξης. Εδώ συμβαίνει η αποσύνθεση του ωστενίτη. Κατά κανόνα, η πλήρης ανόπτηση των χάλυβα πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 700-800 °C. Η θερμική επεξεργασία σε αυτό το επίπεδο απλώς ενεργοποιεί τις διαδικασίες αποσύνθεσης των στοιχείων φερρίτη. Ο ρυθμός ψύξης μπορεί επίσης να ρυθμιστεί, για παράδειγμα, το προσωπικό του φούρνου μπορεί να χειριστεί την πόρτα του θαλάμου κλείνοντας ή ανοίγοντάς την. Τα τελευταία μοντέλα ισοθερμικών φούρνων σε αυτόματη λειτουργία μπορούν να πραγματοποιήσουν αργή ψύξη σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα.

Όσον αφορά την ατελή ανόπτηση, παράγεται με θέρμανση σε θερμοκρασία άνω των 800 °C. Ωστόσο, υπάρχουν σοβαροί περιορισμοί ως προς το χρόνο διατήρησης της κρίσιμης θερμοκρασίας. Για το λόγο αυτό συμβαίνει ατελής ανόπτηση με αποτέλεσμα να μην εξαφανίζεται ο φερρίτης. Κατά συνέπεια, πολλές ελλείψεις στη δομή του μελλοντικού υλικού δεν εξαλείφονται. Γιατί είναι απαραίτητη μια τέτοια ανόπτηση χάλυβα αν δεν βελτιώνει τη φυσικήποιότητα? Στην πραγματικότητα, είναι η ατελής θερμική επεξεργασία που σας επιτρέπει να διατηρήσετε μια μαλακή δομή. Το τελικό υλικό μπορεί να μην απαιτείται σε κάθε εφαρμογή που αφορά αποκλειστικά τους ανθρακούχους χάλυβες, αλλά θα επιτρέψει την εύκολη κατεργασία. Το μαλακό προ-ευτεκτοειδές κράμα κόβεται εύκολα και κατασκευάζεται λιγότερο ακριβό.

Ομαλοποίηση κράματος

Μετά το ψήσιμο έρχεται η σειρά των διαδικασιών αυξημένης θερμικής επεξεργασίας. Υπάρχουν λειτουργίες ομαλοποίησης και θέρμανσης. Και στις δύο περιπτώσεις, μιλάμε για μια θερμική επίδραση στο τεμάχιο εργασίας, στην οποία η θερμοκρασία μπορεί να ξεπεράσει τους 1000 °C. Αλλά από μόνη της, η ομαλοποίηση των υποευτεκτοειδών χάλυβων συμβαίνει μετά την ολοκλήρωση της θερμικής επεξεργασίας. Σε αυτό το στάδιο αρχίζει η ψύξη υπό συνθήκες ακίνητου αέρα, κατά την οποία λαμβάνει χώρα έκθεση μέχρι τον πλήρη σχηματισμό λεπτόκοκκου ωστενίτη. Δηλαδή, η θέρμανση είναι ένα είδος προπαρασκευαστικής λειτουργίας πριν φέρει το κράμα σε κανονικοποιημένη κατάσταση. Αν μιλάμε για συγκεκριμένες δομικές αλλαγές, τότε πιο συχνά εκφράζονται σε μείωση του μεγέθους του φερρίτη και του περλίτη, καθώς και σε αύξηση της σκληρότητάς τους. Οι ιδιότητες αντοχής των σωματιδίων είναι αυξημένες σε σύγκριση με αυτές που επιτυγχάνονται με διαδικασίες ανόπτησης.

Μετά την κανονικοποίηση, μπορεί να ακολουθήσει μια άλλη διαδικασία θέρμανσης μακράς έκθεσης. Στη συνέχεια, το τεμάχιο εργασίας ψύχεται και αυτό το βήμα μπορεί να εκτελεστεί με διαφορετικούς τρόπους. Ο τελικός υποευτεκτοειδής χάλυβας λαμβάνεται είτε στον αέρα είτε στον αέραφούρνους αργής ψύξης. Όπως δείχνει η πρακτική, το κράμα υψηλότερης ποιότητας σχηματίζεται χρησιμοποιώντας την πλήρη τεχνολογία κανονικοποίησης.

Η επίδραση της θερμοκρασίας στη δομή του κράματος

Η παρέμβαση της θερμοκρασίας στη διαδικασία σχηματισμού της μεταλλικής κατασκευής ξεκινά από τη στιγμή της μετατροπής της μάζας φερριτικού-τσιμενίτη σε ωστενίτη. Με άλλα λόγια, ο περλίτης περνά σε μια κατάσταση λειτουργικού μείγματος, το οποίο εν μέρει γίνεται η βάση για το σχηματισμό χάλυβα υψηλής αντοχής. Στο επόμενο στάδιο της θερμικής επεξεργασίας, ο σκληρυμένος χάλυβας απαλλάσσεται από την περίσσεια του φερρίτη. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, δεν εξαλείφεται πάντα πλήρως, όπως στην περίπτωση της ατελούς ανόπτησης. Αλλά το κλασικό υποευτεκτοειδές κράμα εξακολουθεί να περιλαμβάνει την εξάλειψη αυτού του συστατικού ωστενίτη. Στο επόμενο στάδιο, η υπάρχουσα σύνθεση έχει ήδη βελτιστοποιηθεί με την προσδοκία να διαμορφωθεί μια βελτιστοποιημένη δομή. Δηλαδή, υπάρχει μείωση των σωματιδίων του κράματος με την απόκτηση ιδιοτήτων αυξημένης αντοχής.

Ο ισοθερμικός μετασχηματισμός με ένα υπερψυγμένο μείγμα ωστενιτών μπορεί να πραγματοποιηθεί σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας και το επίπεδο θερμοκρασίας είναι μόνο μία από τις παραμέτρους που ελέγχονται από τον τεχνολόγο. Τα διαστήματα αιχμής θερμικής έκθεσης, ο ρυθμός ψύξης κ.λπ. ποικίλλουν επίσης. Ανάλογα με τον επιλεγμένο τρόπο κανονικοποίησης, λαμβάνεται σκληρυμένος χάλυβας με ορισμένα τεχνικά και φυσικά χαρακτηριστικά. Σε αυτό το στάδιο είναι επίσης δυνατός ο καθορισμός ειδικών λειτουργικών ιδιοτήτων. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι ένα κράμα με μαλακή δομή, που λαμβάνεται με στόχο την αποτελεσματική περαιτέρω επεξεργασία. Τις περισσότερες φορές όμωςοι κατασκευαστές εξακολουθούν να εστιάζουν στις ανάγκες του τελικού καταναλωτή και στις απαιτήσεις του για τις κύριες τεχνικές και λειτουργικές ιδιότητες του μετάλλου.

Δομή από χάλυβα

Η λειτουργία κανονικοποίησης σε θερμοκρασία 700 °C προκαλεί το σχηματισμό μιας δομής στην οποία οι κόκκοι φερρίτη και περλίτης θα αποτελέσουν τη βάση. Παρεμπιπτόντως, οι υπερευτεκτοειδείς χάλυβες έχουν τσιμεντίτη στη δομή τους αντί για φερρίτη. Σε θερμοκρασία δωματίου, σε κανονική κατάσταση, σημειώνεται επίσης η περιεκτικότητα σε περίσσεια φερρίτη, αν και αυτό το μέρος ελαχιστοποιείται καθώς αυξάνεται ο άνθρακας. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η δομή του χάλυβα εξαρτάται σε μικρό βαθμό από την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Πρακτικά δεν επηρεάζει τη συμπεριφορά των κύριων συστατικών κατά την ίδια θέρμανση, και σχεδόν το σύνολο του είναι συγκεντρωμένο σε περλίτη. Στην πραγματικότητα, ο περλίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του επιπέδου της περιεκτικότητας σε μείγμα άνθρακα - κατά κανόνα, αυτή είναι μια ασήμαντη τιμή.

Μια άλλη δομική απόχρωση είναι επίσης ενδιαφέρουσα. Το γεγονός είναι ότι τα σωματίδια του περλίτη και του φερρίτη έχουν το ίδιο ειδικό βάρος. Αυτό σημαίνει ότι με την ποσότητα ενός από αυτά τα συστατικά στη συνολική μάζα, μπορείτε να μάθετε ποια είναι η συνολική επιφάνεια που καταλαμβάνει. Έτσι, μελετώνται οι επιφάνειες μικροτομής. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο θερμάνθηκε ο υποευτεκτοειδής χάλυβας, σχηματίζονται και οι κλασματικές παράμετροι των σωματιδίων ωστενίτη. Αλλά αυτό συμβαίνει σχεδόν σε μεμονωμένη μορφή με το σχηματισμό μοναδικών τιμών - ένα άλλο πράγμα είναι ότι τα όρια για διάφορους δείκτες παραμένουν τυπικά.

Ιδιότητες του υποευτεκτοειδούς χάλυβα

Αυτό το μέταλλο ανήκεισε χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, οπότε δεν πρέπει να περιμένετε ιδιαίτερες επιδόσεις από αυτό. Αρκεί να αναφέρουμε ότι όσον αφορά τα χαρακτηριστικά αντοχής, αυτό το κράμα είναι σημαντικά κατώτερο από τα ευτεκτοειδή. Αυτό οφείλεται σε διαφορές στη δομή. Το γεγονός είναι ότι η κατηγορία του υποευτεκτοειδούς χάλυβα με την περιεκτικότητα σε περίσσεια φερρίτη είναι κατώτερη σε αντοχή από τα ανάλογα που έχουν τσιμεντίτη στο δομικό σύνολο. Εν μέρει για το λόγο αυτό, οι τεχνολόγοι συνιστούν τη χρήση κραμάτων για τον κατασκευαστικό κλάδο, στην παραγωγή των οποίων εφαρμόστηκε στο μέγιστο η λειτουργία όπτησης με εκτόπισμα φερριτών.

Αν μιλάμε για τις θετικές εξαιρετικές ιδιότητες αυτού του υλικού, τότε αυτές είναι η πλαστικότητα, η αντοχή σε φυσικές βιολογικές διεργασίες καταστροφής κ.λπ. μέταλλο. Για παράδειγμα, μπορεί να είναι τόσο η αυξημένη θερμική αντίσταση όσο και η απουσία προδιάθεσης για διεργασίες διάβρωσης, καθώς και μια ολόκληρη σειρά προστατευτικών ιδιοτήτων που είναι εγγενείς στα συμβατικά κράματα χαμηλών εκπομπών άνθρακα.

Περιοχές εφαρμογής

Παρά την ελαφρά μείωση των ιδιοτήτων αντοχής λόγω του γεγονότος ότι το μέταλλο ανήκει στην κατηγορία των φερριτικών χάλυβων, αυτό το υλικό είναι κοινό σε διαφορετικές περιοχές. Για παράδειγμα, στη μηχανολογία, χρησιμοποιούνται μέρη από υποευτεκτοειδή χάλυβα. Ένα άλλο πράγμα είναι ότι χρησιμοποιούνται υψηλές ποιότητες κραμάτων, στην κατασκευή των οποίων χρησιμοποιήθηκαν προηγμένες τεχνολογίες καύσης και κανονικοποίησης. Επίσης, η δομή του υποευτεκτοειδούς χάλυβα με μειωμένη περιεκτικότητα σε φερρίτη είναι αρκετάεπιτρέπει τη χρήση μετάλλου στην παραγωγή κτιριακών κατασκευών. Επιπλέον, το προσιτό κόστος ορισμένων ποιοτήτων χάλυβα αυτού του τύπου σας επιτρέπει να υπολογίζετε σε σημαντικές εξοικονομήσεις. Μερικές φορές, στην κατασκευή οικοδομικών υλικών και δομοστοιχείων χάλυβα, δεν απαιτείται καθόλου αυξημένη αντοχή, αλλά είναι απαραίτητη η αντοχή στη φθορά και η ελαστικότητα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, δικαιολογείται η χρήση υποευτεκτοειδών κραμάτων.

Παραγωγή

Πολλές επιχειρήσεις δραστηριοποιούνται στην κατασκευή, παρασκευή και παραγωγή υποευτεκτοειδούς μετάλλου στη Ρωσία. Για παράδειγμα, το εργοστάσιο μη σιδηρούχων μετάλλων Ural (UZTSM) παράγει πολλές ποιότητες χάλυβα αυτού του τύπου ταυτόχρονα, προσφέροντας στον καταναλωτή διαφορετικά σύνολα τεχνικών και φυσικών ιδιοτήτων. Το εργοστάσιο χάλυβα Ural παράγει φερριτικούς χάλυβες, οι οποίοι περιλαμβάνουν υψηλής ποιότητας κραματοποιημένα εξαρτήματα. Επιπλέον, ειδικές τροποποιήσεις κραμάτων είναι διαθέσιμες στη συλλογή, συμπεριλαμβανομένων ανθεκτικών στη θερμότητα, υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο και ανοξείδωτων μετάλλων.

Η Η Metalloinvest μπορεί επίσης να ξεχωρίσει ανάμεσα στους μεγαλύτερους παραγωγούς. Στις εγκαταστάσεις της εταιρείας αυτής παράγονται δομικοί χάλυβες με υποευτηκοειδή δομή, σχεδιασμένοι για χρήση στις κατασκευές. Αυτή τη στιγμή, το εργοστάσιο χάλυβα της επιχείρησης λειτουργεί σύμφωνα με νέα πρότυπα, τα οποία επιτρέπουν τη βελτίωση του αδύναμου σημείου των κραμάτων φερρίτη - του δείκτη αντοχής. Συγκεκριμένα, οι τεχνολόγοι της εταιρείας εργάζονται για την αύξηση του συντελεστή έντασης καταπόνησης, για τη βελτιστοποίηση της αντοχής στην κρούση και της αντοχής στην κόπωση του υλικού. Αυτό μας επιτρέπει να προσφέρουμε σχεδόν γενικά κράματα.

Συμπέρασμα

Υπάρχουν αρκετές τεχνικές και λειτουργικές ιδιότητες βιομηχανικών και οικοδομικών μετάλλων που θεωρούνται βασικές και βελτιώνονται τακτικά. Ωστόσο, καθώς τα σχέδια και οι τεχνολογικές διαδικασίες γίνονται πιο περίπλοκες, προκύπτουν επίσης νέες απαιτήσεις για τη βάση στοιχείων. Από αυτή την άποψη, ο υποευτεκτοειδής χάλυβας εκδηλώνεται σαφώς, στον οποίο συγκεντρώνονται διαφορετικές ιδιότητες απόδοσης. Η χρήση αυτού του μετάλλου δικαιολογείται όχι σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ένα εξάρτημα με πολλές εξαιρετικά υψηλές επιδόσεις, αλλά σε περιπτώσεις όπου απαιτούνται ειδικά άτυπα σετ διαφορετικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν την περίπτωση, το μέταλλο αποτελεί παράδειγμα του συνδυασμού ευκαμψίας και ολκιμότητας με τη βέλτιστη αντοχή στην κρούση και τις βασικές προστατευτικές ιδιότητες που βρίσκονται στα περισσότερα κράματα άνθρακα.