Hypoeutektoidinen teräs: rakenne, ominaisuudet, tuotanto ja käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Hiiliterästen käyttö on yleistä rakentamisessa ja teollisuudessa. Ns. teknisen raudan ryhmällä on monia etuja, jotka johtavat lopputuotteiden ja rakenteiden suorituskyvyn paranemiseen. Lujuuden ja rasituskestävyyden optimaalisten ominaisuuksien ohella nämä metalliseokset erottuvat myös joustavista dynaamisista ominaisuuksista. Erityisesti hypoeutektoidinen teräs, joka sisältää myös huomattavan prosenttiosuuden hiiliseoksia, on arvostettu korkeasta sitkeydestä. Mutta tämä ei ole kaikki tämän korkean lujan raudan edut.

Yleistä tietoa metalliseoksesta

Teräksen erottuva piirre on erityisiä seostettuja epäpuhtauksia ja hiiltä sen rakenteessa. Itse asiassa hypoeutektoidinen metalliseos määräytyy hiilipitoisuuden perusteella. Tässä on tärkeää erottaa klassiset eutektoidiset ja ledeburiittiteräkset, joilla on paljon yhteistä kuvatun teknisen raudan kanssa. Jos tarkastelemme teräksen rakenneluokkaa, niin hypoeutektoidinen seos viittaa eutektoideihin, mutta sisältää seostettuja ferriittejä ja perliittejä. Perusero hypereutektoideihin verrattuna on alle 0,8 %:n hiilipitoisuus. Tämän ylittäminenindikaattorin avulla voimme luokitella teräksen täysiv altaisiksi eutektoideiksi. Jollain tapaa hypoeutektoidin vastakohta on hypereutektoidinen teräs, joka sisältää perliitin lisäksi myös karbidien toissijaisia epäpuhtauksia. Siten on olemassa kaksi päätekijää, jotka mahdollistavat hypoeutektoidisten metalliseosten erottamisen yleisestä eutektoidien ryhmästä. Ensinnäkin tämä on suhteellisen pieni hiilipitoisuus, ja toiseksi tämä on erityinen epäpuhtauksien joukko, jonka perustana on ferriitti.

Tuotantotekniikka

Yleinen teknologinen prosessi hypoeutektoidisen teräksen valmistuksessa on samanlainen kuin muiden metalliseosten valmistuksessa. Eli käytetään suunnilleen samoja tekniikoita, mutta eri kokoonpanoissa. Hypoeutektoidinen teräs vaatii erityistä huomiota erityisrakenteensa saavuttamisessa. Tätä varten käytetään tekniikkaa, jolla varmistetaan austeniitin hajoaminen jäähdytyksen taustalla. Austeniitti puolestaan on yhdistetty seos, joka sisältää samaa ferriittiä ja perliittiä. Säätelemällä lämmityksen ja jäähdytyksen voimakkuutta teknikot voivat hallita tämän lisäaineen leviämistä, mikä lopulta vaikuttaa materiaalin tiettyjen suorituskykyominaisuuksien muodostumiseen.

Perliitin tarjoama hiili pysyy kuitenkin samana. Vaikka myöhempi hehkutus saattaa korjata mikrorakenteen muodostumista, hiilipitoisuus on alueella 0,8 %. Pakollinen vaihe teräsrakenteen muodostumisprosessissa on normalisointi. Tätä menettelyä tarvitaan saman jyvien fraktionaaliseen optimointiinausteniitti. Toisin sanoen ferriitti- ja perliittihiukkaset pienennetään optimaalisiin kokoihin, mikä parantaa entisestään teräksen teknistä ja fyysistä suorituskykyä. Tämä on monimutkainen prosessi, jossa paljon riippuu lämmityssäädön laadusta. Jos lämpötila ylittyy, voidaan hyvinkin saada aikaan päinvastainen vaikutus - austeniittirakeiden lisääntyminen.

Teräksen hehkutus

Harjoitetaan useiden hehkutusmenetelmien käyttöä. Täysi- ja osittainen hehkutustekniikoiden välillä on perustavanlaatuinen ero. Ensimmäisessä tapauksessa austeniittia kuumennetaan intensiivisesti kriittiseen lämpötilaan, jonka jälkeen normalisointi suoritetaan jäähdyttämällä. Tässä tapahtuu austeniitin hajoaminen. Terästen täysi hehkutus suoritetaan pääsääntöisesti 700-800 °C:n tilassa. Lämpökäsittely tällä tasolla vain aktivoi ferriittielementtien hajoamisprosesseja. Jäähdytysnopeutta voidaan myös säätää, esimerkiksi uunin henkilökunta voi käyttää kammion ovea sulkemalla tai avaamalla sitä. Uusimmat isotermiset uunit automaattitilassa voivat suorittaa hitaan jäähdytyksen tietyn ohjelman mukaisesti.

Mitä tulee epätäydelliseen hehkutukseen, se tuotetaan kuumentamalla yli 800 °C:n lämpötilassa. Kriittisen lämpötilavaikutuksen pitoajan suhteen on kuitenkin vakavia rajoituksia. Tästä syystä tapahtuu epätäydellinen hehkutus, jonka seurauksena ferriitti ei katoa. Näin ollen monia tulevaisuuden materiaalin rakenteen puutteita ei poisteta. Miksi tällainen terästen hehkutus on tarpeen, jos se ei paranna fyysistä?laatu? Itse asiassa se on epätäydellinen lämpökäsittely, jonka avulla voit säilyttää pehmeän rakenteen. Loppumateriaalia ei välttämättä tarvita kaikissa hiiliteräskohtaisissa sovelluksissa sinänsä, mutta se mahdollistaa helpon koneistuksen. Pehmeä pro-eutektoidinen metalliseos on helppo leikata ja se on halvempi valmistaa.

Seoksen normalisointi

Amputuksen jälkeen tulee tehostetun lämpökäsittelyn vuoro. On toimintoja normalisointi ja lämmitys. Molemmissa tapauksissa puhutaan työkappaleeseen kohdistuvasta lämpövaikutuksesta, jossa lämpötila voi ylittää 1000 °C. Mutta sinänsä hypoeutektoidisten terästen normalisoituminen tapahtuu lämpökäsittelyn päätyttyä. Tässä vaiheessa jäähdytys alkaa tyynessä ilmassa, jonka aikana altistuminen tapahtuu hienorakeisen austeniitin täydelliseen muodostumiseen asti. Toisin sanoen lämmitys on eräänlainen valmisteleva toimenpide ennen lejeeringin saattamista normalisoituun tilaan. Jos puhumme erityisistä rakennemuutoksista, niin useimmiten ne ilmaistaan ferriitin ja perliitin koon pienentymisenä sekä niiden kovuuden lisääntymisenä. Hiukkasten lujuusominaisuudet ovat parantuneet verrattuna hehkutusmenetelmillä saavutettuihin.

Normaalisoinnin jälkeen voi seurata toinen pitkän altistuksen lämmitysmenettely. Tämän jälkeen työkappale jäähdytetään, ja tämä vaihe voidaan suorittaa eri tavoin. Lopullinen hypoeutektoidinen teräs saadaan joko ilmassa tai sisäänhitaasti jäähtyvät uunit. Kuten käytäntö osoittaa, korkealaatuisin seos muodostetaan käyttämällä täyttä normalisointitekniikkaa.

Lämpötilan vaikutus lejeeringin rakenteeseen

Lämpötilan vaikutus teräsrakenteen muodostumisprosessiin alkaa siitä hetkestä, kun ferriittisementiittimassa muuttuu austeniitiksi. Toisin sanoen perliitti siirtyy funktionaalisen seoksen tilaan, josta tulee osittain pohja lujan teräksen muodostumiselle. Lämpökäsittelyn seuraavassa vaiheessa karkaistu teräs pääsee eroon ylimääräisestä ferriitistä. Kuten jo todettiin, sitä ei aina täysin eliminoida, kuten epätäydellisen hehkutuksen tapauksessa. Mutta klassinen hypoeutektoidinen metalliseos sisältää silti tämän austeniittikomponentin poistamisen. Seuraavassa vaiheessa olemassa oleva koostumus optimoidaan jo sillä odotuksella, että muodostuu optimoitu rakenne. Toisin sanoen lejeeringin hiukkasten määrä vähenee, kun lujuusominaisuudet paranevat.

Isoterminen muunnos austeniittien alijäähdytetyllä seoksella voidaan suorittaa eri tiloissa ja lämpötilataso on vain yksi teknikon ohjaamista parametreista. Vaihtelevat myös lämpö altistuksen huippuvälit, jäähdytysnopeus jne. Valitusta normalisointitavasta riippuen saadaan karkaistua terästä, jolla on tietyt tekniset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tässä vaiheessa on myös mahdollista asettaa erityisiä toimintaominaisuuksia. Silmiinpistävä esimerkki on pehmeän rakenteen omaava metalliseos, joka on saatu tehokkaaseen jatkokäsittelyyn. Mutta useimmitenvalmistajat keskittyvät edelleen loppukuluttajan tarpeisiin ja hänen vaatimuksiinsa metallin tärkeimmille teknisille ja toiminnallisille ominaisuuksille.

Teräsrakenne

Normaalointitila 700 °C:n lämpötilassa saa aikaan rakenteen muodostumisen, jolle ferriittien ja perliittien rakeet muodostavat perustan. Muuten, hypereutektoidisten terästen rakenteessa on sementiittiä ferriitin sijaan. Huoneenlämmössä, normaalitilassa, myös ylimääräisen ferriitin pitoisuus havaitaan, vaikka tämä osa minimoituu hiilen lisääntyessä. On tärkeää korostaa, että teräksen rakenne riippuu vähäisessä määrin hiilipitoisuudesta. Se ei käytännössä vaikuta pääkomponenttien käyttäytymiseen saman kuumennuksen aikana, ja melkein kaikki se on keskittynyt perliittiin. Itse asiassa perliittiä voidaan käyttää hiiliseoksen pitoisuuden määrittämiseen - yleensä tämä on merkityksetön arvo.

Toinen rakenteellinen vivahde on myös mielenkiintoinen. Tosiasia on, että perliitti- ja ferriittihiukkasilla on sama ominaispaino. Tämä tarkoittaa, että yhden näiden komponenttien määrästä kokonaismassassa voit selvittää, kuinka paljon se vie kokonaispinta-alan. Siten tutkitaan mikroleikkauspintoja. Riippuen moodista, jossa hypoeutektoidinen teräs kuumennettiin, muodostuu myös austeniittihiukkasten fraktioparametrit. Mutta tämä tapahtuu melkein yksilöllisessä muodossa yksilöllisten arvojen muodostuessa - toinen asia on, että eri indikaattoreiden rajat pysyvät vakioina.

Hypoeutektoidisen teräksen ominaisuudet

Tämä metalli kuuluuvähähiiliselle teräkselle, joten sinun ei pitäisi odottaa siltä erityistä suorituskykyä. Riittää, kun sanotaan, että lujuusominaisuuksiltaan tämä seos on huomattavasti huonompi kuin eutektoidit. Tämä johtuu rakenteellisista eroista. Tosiasia on, että ylimääräistä ferriittiä sisältävä hypoeutektoidinen teräsluokka on vahvuudeltaan huonompi kuin analogit, joiden rakennesarjassa on sementiittiä. Osittain tästä syystä teknikot suosittelevat rakennusteollisuudelle metalliseosten käyttöä, joiden valmistuksessa polttotoiminto ferriittien syrjäyttämisellä toteutettiin maksimaalisesti.

Jos puhumme tämän materiaalin positiivisista poikkeuksellisista ominaisuuksista, niin ne ovat plastisuus, kestävyys luonnollisille biologisille tuhoutumisprosesseille jne. Samanaikaisesti hypoeutektoidisten terästen karkaisu voi lisätä useita lisäominaisuuksia metalli. Se voi olla esimerkiksi sekä lisääntynyt lämmönkestävyys että alttiuden puuttuminen korroosioprosesseille sekä joukko suojaavia ominaisuuksia, jotka ovat luontaisia tavanomaisille vähähiiliselle metalliseoksille.

Sovellusalueet

Vaikka lujuusominaisuuksien lievä heikkeneminen johtuu siitä, että metalli kuuluu ferriittisten terästen luokkaan, tämä materiaali on yleinen eri alueilla. Esimerkiksi koneenrakennuksessa käytetään hypoeutektoidisista teräksistä valmistettuja osia. Toinen asia on, että käytetään korkealaatuisia metalliseoksia, joiden valmistuksessa käytettiin edistyneitä poltto- ja normalisointitekniikoita. Myös hypoeutektoidisen teräksen rakenne, jonka ferriittipitoisuus on pienempi, on melkoinenmahdollistaa metallin käytön rakennusrakenteiden valmistuksessa. Lisäksi joidenkin tämäntyyppisten teräslaatujen kohtuuhintaiset kustannukset antavat sinun luottaa merkittäviin säästöihin. Joskus rakennusmateriaalien ja teräsmoduulien valmistuksessa ei tarvita lisättyä lujuutta ollenkaan, mutta kulutuskestävyys ja joustavuus ovat välttämättömiä. Tällaisissa tapauksissa hypoeutektoidisten metalliseosten käyttö on perusteltua.

Tuotanto

Monet yritykset harjoittavat hypoeutektoidisen metallin valmistusta, valmistelua ja tuotantoa Venäjällä. Esimerkiksi Ural Non-Ferrous Metals Plant (UZTSM) tuottaa useita tämän tyyppisiä teräslajeja kerralla tarjoten kuluttajalle erilaisia teknisiä ja fysikaalisia ominaisuuksia. Ural Steel Plant valmistaa ferriittisiä teräksiä, jotka sisältävät korkealaatuisia seostettuja komponentteja. Lisäksi valikoimasta on saatavana erikoismetallimuunnoksia, mukaan lukien lämmönkestävät, korkeakromi- ja ruostumattomat metallit.

Metalloinvest voidaan myös nostaa esiin suurimpien tuottajien joukossa. Tämän yrityksen tiloissa valmistetaan rakenneteräksiä, joilla on hypoeutektoidinen rakenne ja jotka on suunniteltu käytettäväksi rakentamisessa. Tällä hetkellä yrityksen terästehdas toimii uusien standardien mukaan, mikä mahdollistaa ferriittiseosten heikkouden - lujuusindikaattorin - parantamisen. Yrityksen teknikot työskentelevät erityisesti lisätäkseen jännitysintensiteettitekijää, optimoidakseen materiaalin iskunkestävyyttä ja väsymiskestävyyttä. Tämän ansiosta voimme tarjota lähes universaaleja metalliseoksia.

Johtopäätös

Teollisuus- ja rakennusmetalleilla on useita teknisiä ja toiminnallisia ominaisuuksia, joita pidetään perusarvoina ja joita parannetaan säännöllisesti. Suunnitelmien ja teknisten prosessien monimutkaistuessa kuitenkin syntyy uusia vaatimuksia elementtipohjalle. Tässä suhteessa hypoeutektoidinen teräs ilmenee selvästi, johon keskittyvät erilaiset suorituskykyominaisuudet. Tämän metallin käyttö ei ole perusteltua tapauksissa, joissa tarvitaan usean erittäin suorituskykyisen osaa, vaan tilanteissa, joissa vaaditaan erityisiä epätyypillisiä eri ominaisuuksilla varustettuja sarjoja. Tässä tapauksessa metalli on esimerkki joustavuuden ja taipuisuuden yhdistelmästä optimaalisen iskunkestävyyden ja useimpien hiiliseosten perussuojaominaisuuksien kanssa.