Varmebestandige legeringer. Spesialstål og legeringer. Produksjon og bruk av varmebestandige legeringer

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Moderne industri kan ikke tenkes uten slike materialer som stål. Vi møter det på nesten hver eneste sving. Ved å introdusere ulike kjemiske elementer i sammensetningen, kan mekaniske og operasjonelle egenskaper forbedres betydelig.

Hva er stål

Stål er en legering som inneholder karbon og jern. Dessuten kan en slik legering (bildet nedenfor) ha urenheter av andre kjemiske elementer.

Det er flere strukturelle stater. Hvis karboninnholdet er i området 0,025-0,8 %, kalles disse stålene hypoeutectoid og har perlitt og ferritt i strukturen. Hvis stålet er hypereutektoid, kan perlitiske og sementittfaser observeres. Et trekk ved ferrittstrukturen er dens høye plastisitet. Sementitt har også betydelig hardhet. Perlitt fra begge tidligere faser. Den kan ha en granulær form (inneslutninger av sementitt er plassert langs ferrittkornene, som har en rund form) og lamellær (begge faser ser ut som plater). Hvis stål varmes opp over temperaturen sompolymorfe modifikasjoner oppstår, strukturen endres til austenittisk. Denne fasen har økt plastisiteten. Hvis karboninnholdet overstiger 2,14 %, kalles slike materialer og legeringer støpejern.

Ståltyper

Avhengig av sammensetningen kan stål være karbon og legert. Karboninnholdet mindre enn 0,25 % kjennetegner bløtt stål. Hvis mengden når 0,55%, kan vi snakke om en middels karbonlegering. Stål, som har mer enn 0,6 % karbon i sammensetningen, kalles høykarbonstål. Hvis teknologien i prosessen med å produsere en legering involverer innføring av spesifikke kjemiske elementer, kalles dette stålet legert. Innføringen av ulike komponenter endrer egenskapene betydelig. Hvis antallet ikke overstiger 4%, er legeringen lavlegert. Mellomlegert og høylegert stål har henholdsvis opptil 11 % og mer enn 12 % av inneslutninger. Avhengig av området hvor stållegeringer brukes, finnes det slike typer av dem: verktøy-, konstruksjons- og spesialstål og legeringer.

Produksjonsteknologi

Prosessen med å smelte stål er ganske arbeidskrevende. Det inkluderer flere stadier. Først av alt trenger du råvarer - jernmalm. Det første trinnet innebærer oppvarming til en viss temperatur. I dette tilfellet oppstår oksidative prosesser. I det andre trinnet blir temperaturen mye høyere. Prosessene med karbonoksidasjon er mer intensive. Ytterligere anrikning av legeringen med oksygen er mulig. Unødvendige urenheter fjernes innslagg. Det neste trinnet er å fjerne oksygen fra stålet, da det reduserer de mekaniske egenskapene betydelig. Dette kan utføres på en diffusjons- eller utfellende måte. Hvis deoksidasjonsprosessen ikke skjer, kalles det resulterende stålet kokende stål. Rolig legering avgir ikke gasser, oksygen fjernes helt. En mellomstilling er okkupert av semi-stille stål. Produksjonen av jernlegeringer skjer i åpen ildsted, induksjonsovner, oksygenomformere.

Stållegering

For å oppnå visse egenskaper til stål, introduseres spesielle legeringsstoffer i sammensetningen. De viktigste fordelene med denne legeringen er økt motstand mot forskjellige deformasjoner, påliteligheten til deler og andre strukturelle elementer øker betydelig. Herding reduserer prosentandelen av sprekker og andre defekter. Ofte brukes denne metoden for metning med forskjellige elementer for å gi motstand mot kjemisk korrosjon. Men det er også en rekke ulemper. De krever ytterligere behandling, sannsynligheten for utseende av flak er høy. I tillegg øker også kostnadene for materialet. De vanligste legeringselementene er krom, nikkel, wolfram, molybden, kobolt. Omfanget av søknaden deres er ganske stort. Dette inkluderer maskinteknikk og produksjon av deler til rørledninger, kraftverk, luftfart og mye mer.

Konseptet med varmemotstand og varmemotstand

Konseptet med varmebestandighet refererer til evnen til et metall eller en legering til å beholde alle sine egenskaper ved arbeid ved høye temperaturer. I slike omgivelser, oftegasskorrosjon observeres. Derfor må materialet også være motstandsdyktig mot sin handling, det vil si være varmebestandig. Karakteriseringen av legeringer som brukes ved betydelige temperaturer må derfor inkludere begge disse konseptene. Først da vil slike stål gi nødvendig levetid for deler, verktøy og andre strukturelle elementer.

Funksjoner av varmebestandig stål

I tilfeller hvor temperaturen når høye verdier, kreves det bruk av legeringer som ikke vil kollapse og bukke under for deformasjon. I dette tilfellet brukes varmebestandige legeringer. Driftstemperaturen for slike materialer er over 500ºС. Viktige punkter som kjennetegner slike stål er høy utholdenhetsgrense, plastisitet, som vedvarer i lang tid, samt avspenningsstabilitet. Det er en rekke elementer som kan øke motstanden mot høye temperaturer betydelig: kobolt, wolfram, molybden. Krom er også en nødvendig komponent. Det påvirker ikke styrken så mye som det øker skalamotstanden. Krom forhindrer også korrosjonsprosesser. En annen viktig egenskap ved legeringer av denne typen er langsom kryping.

Klassifisering av varmebestandige stål etter struktur

Varmebestandige og varmebestandige legeringer er av ferritisk klasse, martensittisk, austenittisk og med ferritisk-martensittisk struktur. Førstnevnte inneholder omtrent 30 % krom. Etter spesiell bearbeiding blir strukturen finkornet. Hvis oppvarmingstemperaturen overstiger 850ºС, så korneneøke, og slike varmebestandige materialer blir sprø. Den martensittiske klassen er preget av følgende krominnhold: fra 4 % til 12 %. Nikkel, wolfram og andre grunnstoffer kan også være tilstede i små mengder. Deler av turbiner og ventiler i biler er laget av dem. Stål som har martensitt og ferritt i strukturen er egnet for drift ved konstant høye temperaturer og langvarig drift. Krominnholdet når 14%. Austenitt oppnås ved å introdusere nikkel i varmebestandige legeringer. Stål med lignende struktur har mange kvaliteter.

Nikkelbaserte legeringer

Nikkel har en rekke nyttige egenskaper. Det har en positiv effekt på bearbeidbarheten til stål (både varmt og kaldt). Hvis en del eller verktøy er designet for å fungere i et aggressivt miljø, øker legering med dette elementet korrosjonsmotstanden betydelig. Nikkelbaserte varmebestandige materialer deles inn i følgende grupper: varmebestandige og faktisk varmebestandige. Sistnevnte bør også ha minimum varmebestandige egenskaper. Arbeidstemperaturer når 1200ºС. I tillegg tilsettes krom eller titan. Karakteristisk har stål legert med nikkel en liten mengde urenheter som barium, magnesium, bor, så korngrensene er mer styrket. Varmebestandige legeringer av denne typen produseres i form av smiing og valsede produkter. Det er også mulig å støpe deler. Deres hovedanvendelsesområde er produksjon av gassturbinelementer. Nikkelbaserte varmebestandige legeringer inneholder opptil 30 % krom. De egner seg godt nok til stempling, sveising. I tillegg er skalamotstanden på et høyt nivå. Dette gjør det mulig å bruke dem i gassrørledningssystemer.

Varmebestandig titanlegeringsstål

Titan introduseres i en liten mengde (opptil 0,3%). I dette tilfellet øker det styrken til legeringen. Hvis innholdet er mye høyere, forringes noen mekaniske egenskaper (hardhet, styrke). Men plastisiteten øker. Dette letter bearbeidingen av stål. Med introduksjonen av titan sammen med andre komponenter er det mulig å forbedre de varmebestandige egenskapene betydelig. Hvis det er behov for å jobbe i et aggressivt miljø (spesielt når designet involverer sveising), er legering med dette kjemiske elementet berettiget.

Koboltlegeringer

En stor mengde kobolt (opptil 80%) går til produksjon av materialer som varmebestandige og varmebestandige legeringer, siden det sjelden brukes i sin rene form. Introduksjonen øker plastisiteten, så vel som motstanden når du arbeider ved høye temperaturer. Og jo høyere den er, jo høyere er mengden kobolt introdusert i legeringen. I noen merker når innholdet 30 %. Et annet karakteristisk trekk ved slike stål er forbedringen i magnetiske egenskaper. Men på grunn av de høye kostnadene for kobolt er bruken ganske begrenset.

påvirkning av molybden på varmebestandige legeringer

Dette kjemiske elementet påvirker materialets styrke betydelig ved høye temperaturer.

Den er spesielt effektiv når den brukes sammen med andre elementer. Det øker hardheten til stål betydelig (allerede ved et innhold på 0,3%). Strekkfastheten øker også. En annen positiv egenskap som varmebestandige legeringer legert med molybden har er en høy grad av motstand mot oksidative prosesser. Molybden bidrar til maling av korn. Ulempen er vanskeligheten med å sveise.

Andre spesialstål og legeringer

For å utføre visse oppgaver kreves materialer som har bestemte egenskaper. Dermed kan vi snakke om bruk av spesielle legeringer, som kan være både legert og karbon. I sistnevnte oppnås settet med nødvendige egenskaper på grunn av det faktum at produksjonen av legeringer og deres behandling skjer ved hjelp av en spesiell teknologi. Selv spesielle legeringer og stål er delt inn i struktur og verktøy. Blant hovedoppgavene for denne typen materialer kan følgende skilles ut: motstand mot korrosjon og slitasjeprosesser, evnen til å jobbe i et aggressivt miljø og forbedrede mekaniske egenskaper. Denne kategorien inkluderer både varmebestandige stål og legeringer med høye driftstemperaturer, og kryogene stål som tåler opptil -296ºС.

Verktøystål

Spesialverktøystål brukes i produksjon av verktøy. På grunn av det faktum at deres arbeidsforhold er forskjellige, velges materialer også individuelt. Siden kravene til verktøy er ganske høye, er egenskapene til legeringer for deresproduksjonen er hensiktsmessig: de må være fri for tredjeparts urenheter, inneslutninger, deoksidasjonsprosessen er godt utført, og strukturen er homogen. Det er svært viktig for måleinstrumenter å ha stabile parametere og motstå slitasje. Hvis vi snakker om skjæreverktøy, fungerer de ved forhøyede temperaturer (det er oppvarming av kanten), konstant friksjon og deformasjon. Derfor er det veldig viktig for dem å opprettholde sin primære hardhet når de varmes opp. En annen type verktøystål er høyhastighetsstål. I utgangspunktet er det dopet med wolfram. Hardheten opprettholdes opp til en temperatur på omtrent 600ºС. Det finnes også formstål. De er designet for både varm og kald forming.

Spesiallegeringsapplikasjoner

Bransjene som bruker legeringer med spesielle egenskaper er mange. På grunn av deres forbedrede kvaliteter er de uunnværlige i maskinteknikk, konstruksjon og oljeindustrien. Varmebestandige og varmebestandige legeringer brukes til fremstilling av turbindeler, reservedeler til biler. Stål som har høye anti-korrosjonsegenskaper er uunnværlige for produksjon av rør, forgassernåler, disker og ulike elementer i den kjemiske industrien. Jernbaneskinner, skuffer, skinner for kjøretøy - slitesterkt stål er grunnlaget for alt dette. Ved masseproduksjon av bolter, muttere og andre lignende deler brukes automatiske legeringer. Fjærene må være tilstrekkelig elastiske og slitesterke. Derformateriale for dem er fjærstål. For å forbedre denne kvaliteten er de i tillegg legert med krom, molybden. Alle spesiallegeringer og stål med et sett med spesifikke egenskaper kan redusere kostnadene for deler der ikke-jernholdige metaller tidligere ble brukt.