Хипоевтектоидна стомана: структура, свойства, производство и приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Употребата на въглеродни стомани е широко разпространена в строителството и индустрията. Групата на така нареченото техническо желязо има много предимства, които водят до повишаване на производителността на крайните продукти и конструкции. Наред с оптималните характеристики на якост и устойчивост на напрежение, тези сплави се отличават и с гъвкави динамични свойства. По-специално хипоевтектоидната стомана, която също съдържа значителен процент въглеродни смеси, се оценява за високата си пластичност. Но това не са всички предимства на това разнообразие от високоякостно желязо.

Обща информация за сплавта

Отличителна черта на стоманата е наличието на специални легирани примеси и въглерод в структурата. Всъщност хипоевтектоидната сплав се определя от съдържанието на въглерод. Тук е важно да се прави разлика между класически евтектоидни и ледебуритни стомани, които имат много общо с описаното разнообразие от техническо желязо. Ако разгледаме структурния клас стомана, тогава хипоевтектоидната сплав ще се отнася до евтектоиди, но съдържащи легирани ферити и перлити. Основната разлика от хиперевтектоидите е нивото на въглерод под 0,8%. Превишаване на товаиндикатор ни позволява да класифицираме стоманата като пълноценни евтектоиди. По някакъв начин обратното на хипоевтектоида е хиперевтектоидната стомана, която освен перлит съдържа и вторични примеси от карбиди. По този начин има два основни фактора, които позволяват да се разграничат хипоевтектоидните сплави от общата група евтектоиди. Първо, това е сравнително малко съдържание на въглерод, и второ, това е специален набор от примеси, чиято основа е ферит.

Производствена технология

Общият технологичен процес за производство на хипоевтектоидна стомана е подобен на производството на други сплави. Тоест се използват приблизително едни и същи техники, но в различни конфигурации. Хипоевтектоидната стомана изисква специално внимание по отношение на получаването на специфичната си структура. За това се използва технология, която осигурява разлагането на аустенита на фона на охлаждане. От своя страна аустенитът е комбинирана смес, включваща същия ферит и перлит. Чрез регулиране на интензивността на нагряване и охлаждане, технолозите могат да контролират дисперсията на тази добавка, което в крайна сметка влияе върху формирането на определени експлоатационни качества на материала.

Въглеродът, осигурен от перлита, остава същият. Въпреки че последващото отгряване може да коригира образуването на микроструктурата, съдържанието на въглерод ще бъде в диапазона от 0,8%. Задължителен етап в процеса на формиране на стоманена конструкция е нормализирането. Тази процедура е необходима за фракционна оптимизация на зърната на същитеаустенит. С други думи, феритните и перлитните частици се редуцират до оптимални размери, което допълнително подобрява техническите и физическите характеристики на стоманата. Това е сложен процес, при който много зависи от качеството на регулирането на отоплението. Ако температурният режим е превишен, тогава може да се получи обратният ефект - увеличаване на аустенитните зърна.

Отгряване на стомана

Практикува се използването на няколко метода на отгряване. Има фундаментална разлика между техниките за пълно и частично отгряване. В първия случай аустенитът се нагрява интензивно до критична температура, след което се извършва нормализиране чрез охлаждане. Тук се случва разлагането на аустенита. По правило пълното отгряване на стоманите се извършва в режим 700-800 °C. Топлинната обработка на това ниво просто активира процесите на разпад на феритните елементи. Скоростта на охлаждане също може да се регулира, например персоналът на фурната може да управлява вратата на камерата, като я затваря или отваря. Най-новите модели изотермични фурни в автоматичен режим могат да извършват бавно охлаждане в съответствие с дадена програма.

Що се отнася до непълното отгряване, то се получава чрез нагряване с температура над 800 °C. Съществуват обаче сериозни ограничения за времето на задържане на критичния температурен ефект. Поради тази причина се получава непълно отгряване, в резултат на което феритът не изчезва. Следователно много недостатъци в структурата на бъдещия материал не се елиминират. Защо е необходимо такова отгряване на стомани, ако не подобрява физкачество? Всъщност непълната топлинна обработка ви позволява да поддържате мека структура. Крайният материал може да не се изисква във всяко приложение, специфично за въглеродните стомани като такова, но ще позволи лесна механична обработка. Меката проевтектоидна сплав е лесна за рязане и по-евтина за производство.

Нормализация на сплав

След изпичането идва ред на процедурите за повишена термична обработка. Има операции по нормализиране и нагряване. И в двата случая говорим за термичен ефект върху детайла, при който температурата може да надвиши 1000 °C. Но само по себе си нормализирането на хипоевтектоидните стомани настъпва след приключване на топлинната обработка. На този етап започва охлаждане при условия на неподвижен въздух, по време на което излагането се извършва до пълното образуване на дребнозърнест аустенит. Тоест нагряването е вид подготвителна операция преди привеждането на сплавта в нормализирано състояние. Ако говорим за специфични структурни промени, то най-често те се изразяват в намаляване на размера на ферита и перлита, както и в увеличаване на тяхната твърдост. Силните качества на частиците се повишават в сравнение с тези, постигнати чрез процедури на отгряване.

След нормализиране може да последва друга процедура на нагряване с продължителна експозиция. След това детайлът се охлажда и тази стъпка може да се извърши по различни начини. Крайната хипоевтектоидна стомана се получава или на въздух, или навътребавно охлаждащи се фурни. Както показва практиката, най-висококачествената сплав се формира с помощта на пълната технология на нормализиране.

Ефектът на температурата върху структурата на сплавта

Намесата на температурата в процеса на формиране на стоманената конструкция започва от момента на превръщане на феритно-цементитната маса в аустенит. С други думи, перлитът преминава в състояние на функционална смес, която отчасти става основа за образуването на високоякостна стомана. В следващия етап на термична обработка закалената стомана се освобождава от излишния ферит. Както вече беше отбелязано, той не винаги е напълно елиминиран, както в случай на непълно отгряване. Но класическата хипоевтектоидна сплав все още включва елиминирането на този аустенитен компонент. На следващия етап съществуващата композиция вече е оптимизирана с очакването за формиране на оптимизирана структура. Тоест има намаляване на частиците на сплавта с придобиване на повишени якостни свойства.

Изотермичната трансформация със свръхохладена смес от аустенити може да се извърши в различни режими и температурното ниво е само един от параметрите, контролирани от технолога. Различни са и пиковите интервали на термично излагане, скорост на охлаждане и пр. В зависимост от избрания режим на нормализиране се получава закалена стомана с определени технически и физически характеристики. На този етап също е възможно да се задават специални оперативни свойства. Ярък пример е сплав с мека структура, получена с цел ефективна по-нататъшна обработка. Но най-честопроизводителите все още се фокусират върху нуждите на крайния потребител и неговите изисквания за основните технически и експлоатационни качества на метала.

Стоманена структура

Режимът на нормализиране при температура от 700 °C предизвиква образуването на структура, в която зърната от ферити и перлити ще формират основата. Между другото, хиперевтектоидните стомани имат в структурата си цементит вместо ферит. При стайна температура, в нормално състояние, се отбелязва и съдържанието на излишен ферит, въпреки че тази част е сведена до минимум с увеличаване на въглерода. Важно е да се подчертае, че структурата на стоманата зависи в малка степен от съдържанието на въглерод. Той практически не влияе върху поведението на основните компоненти при едно и също нагряване и почти целият е концентриран в перлит. Всъщност перлитът може да се използва за определяне на нивото на съдържанието на въглеродна смес - като правило това е незначителна стойност.

Интересен е и друг структурен нюанс. Факт е, че перлитните и феритните частици имат еднакво специфично тегло. Това означава, че по количеството на един от тези компоненти в общата маса можете да разберете каква обща площ заема. По този начин се изследват повърхностите на микросечения. В зависимост от режима, в който е нагрята хипоевтектоидната стомана, се формират и фракционните параметри на аустенитните частици. Но това се случва почти в индивидуален формат с формиране на уникални стойности - друго е, че границите за различни показатели остават стандартни.

Свойства на хипоевтектоидната стомана

Този метал принадлежидо нисковъглеродни стомани, така че не трябва да очаквате от него специални характеристики. Достатъчно е да се каже, че по отношение на якостните характеристики тази сплав е значително по-ниска от евтектоидите. Това се дължи на различията в структурата. Факт е, че хипоевтектоидният клас стомана със съдържание на излишни ферити е по-нисък по сила от аналозите, които имат циментит в структурния набор. Отчасти поради тази причина технолозите препоръчват използването на сплави за строителната индустрия, при производството на които операцията по изпичане с изместване на ферити е реализирана максимално.

Ако говорим за положителните изключителни свойства на този материал, то те са пластичност, устойчивост на естествени биологични процеси на разрушаване и др. В същото време втвърдяването на хипоевтектоидни стомани може да добави редица допълнителни качества към метални. Например, това може да бъде както повишена термична устойчивост, така и липса на предразположение към корозионни процеси, както и цял набор от защитни свойства, присъщи на конвенционалните нисковъглеродни сплави.

Области на приложение

Въпреки леко намаляване на якостните свойства поради факта, че металът принадлежи към класа феритни стомани, този материал е често срещан в различни области. Например в машиностроенето се използват части от хипоевтектоидни стомани. Друго нещо е, че се използват висококачествени сплави, при производството на които са използвани съвременни технологии за изпичане и нормализиране. Също така структурата на хипоевтектоидната стомана с намалено съдържание на ферит е достапозволява използването на метал при производството на строителни конструкции. Освен това достъпната цена на някои марки стомана от този тип ви позволява да разчитате на значителни спестявания. Понякога при производството на строителни материали и стоманени модули изобщо не се изисква повишена якост, но са необходими устойчивост на износване и еластичност. В такива случаи използването на хипоевтектоидни сплави е оправдано.

Производство

Много предприятия се занимават с производство, подготовка и производство на хипоевтектоиден метал в Русия. Например, Уралският завод за цветни метали (UZTSM) произвежда няколко марки стомана от този тип наведнъж, предлагайки на потребителя различни набори от технически и физически свойства. Уралският стоманодобив произвежда феритни стомани, които включват висококачествени легирани компоненти. Освен това в асортимента се предлагат специални модификации на сплав, включително топлоустойчиви, високохромирани и неръждаеми метали.

Металоинвест също може да бъде отделен сред най-големите производители. В мощностите на тази фирма се произвеждат конструкционни стомани с хипоевтектоидна структура, предназначени за използване в строителството. В момента стоманодобивният завод на предприятието работи по нови стандарти, което позволява да се подобри слабото място на феритните сплави - индикаторът за якост. По-специално, технолозите на компанията работят за увеличаване на коефициента на интензивност на напрежението, за оптимизиране на якостта на удар и устойчивостта на умора на материала. Това ни позволява да предлагаме почти универсални сплави.

Заключение

Има няколко технически и експлоатационни свойства на промишлени и строителни метали, които се считат за основни и редовно се подобряват. Въпреки това, тъй като дизайните и технологичните процеси стават по-сложни, възникват и нови изисквания към елементната база. В това отношение ясно се проявява хипоевтектоидната стомана, в която са концентрирани различни експлоатационни качества. Използването на този метал е оправдано не в случаите, когато е необходима част с няколко ултра-високи характеристики, а в ситуации, когато се изискват специални нетипични набори с различни свойства. В този случай металът е пример за комбинация от гъвкавост и пластичност с оптимална устойчивост на удар и основните защитни качества, открити в повечето въглеродни сплави.