Värmebeständiga legeringar. Specialstål och legeringar. Tillverkning och användning av värmebeständiga legeringar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Modern industri kan inte föreställas utan sådant material som stål. Vi stöter på det vid nästan varje tur. Genom att införa olika kemiska element i dess sammansättning kan mekaniska och operativa egenskaper förbättras avsevärt.

Vad är stål

Stål är en legering som innehåller kol och järn. Dessutom kan en sådan legering (bild nedan) ha föroreningar av andra kemiska grundämnen.

Det finns flera strukturella stater. Om kolh alten är i intervallet 0,025-0,8%, så kallas dessa stål hypoeutectoid och har perlit och ferrit i sin struktur. Om stålet är hypereutektoid kan perlitiska och cementitfaser observeras. En egenskap hos ferritstrukturen är dess höga plasticitet. Cementit har också avsevärd hårdhet. Perlit från båda tidigare faserna. Det kan ha en granulär form (inneslutningar av cementit är belägna längs ferritkornen, som har en rund form) och lamellär (båda faserna ser ut som plattor). Om stål värms över den temperatur vid vilkenpolymorfa modifieringar uppstår, strukturen ändras till austenitisk. Denna fas har ökat plasticiteten. Om kolh alten överstiger 2,14 % kallas sådana material och legeringar gjutjärn.

Ståltyper

Beroende på sammansättningen kan stål vara kol och legerat. Kolh alten mindre än 0,25 % kännetecknar mjukt stål. Om mängden når 0,55% kan vi prata om en legering med medium kol. Stål, som har mer än 0,6 % kol i sin sammansättning, kallas högkolh altigt stål. Om tekniken, i processen att tillverka en legering, involverar införandet av specifika kemiska element, kallas detta stål legerat. Införandet av olika komponenter förändrar avsevärt dess egenskaper. Om deras antal inte överstiger 4%, är legeringen låglegerad. Mellanlegerat och höglegerat stål har upp till 11 % respektive mer än 12 % av inneslutningarna. Beroende på det område där stållegeringar används finns det sådana typer av dem: verktygs-, konstruktions- och specialstål och legeringar.

Produktionsteknik

Processen att smälta stål är ganska mödosam. Den innehåller flera steg. Först och främst behöver du råvaror - järnmalm. Det första steget innebär uppvärmning till en viss temperatur. I detta fall uppstår oxidativa processer. I det andra steget blir temperaturen mycket högre. Processerna för koloxidation är mer intensiva. Ytterligare anrikning av legeringen med syre är möjlig. Onödiga föroreningar tas bort islagg. Nästa steg är att ta bort syre från stålet, eftersom det avsevärt minskar de mekaniska egenskaperna. Detta kan utföras på ett diffusions- eller utfällningssätt. Om deoxidationsprocessen inte inträffar, kallas det resulterande stålet kokande stål. Lugn legering avger inte gaser, syre avlägsnas helt. En mellanposition upptas av halvtysta stål. Tillverkningen av järnlegeringar sker i öppen spis, induktionsugnar, syreomvandlare.

Stållegering

För att erhålla vissa egenskaper hos stål införs speciella legeringsämnen i dess sammansättning. De främsta fördelarna med denna legering är ökat motstånd mot olika deformationer, tillförlitligheten hos delar och andra strukturella element ökar avsevärt. Härdning minskar andelen sprickor och andra defekter. Ofta används denna metod för mättnad med olika element för att ge motståndskraft mot kemisk korrosion. Men det finns också ett antal nackdelar. De kräver ytterligare bearbetning, sannolikheten för uppkomsten av flingor är hög. Dessutom ökar också kostnaden för materialet. De vanligaste legeringsämnena är krom, nickel, volfram, molybden, kobolt. Omfattningen av deras tillämpning är ganska stor. Detta inkluderar maskinteknik och tillverkning av delar till rörledningar, kraftverk, flyg och mycket mer.

Begreppet värmebeständighet och värmebeständighet

Begreppet värmebeständighet hänvisar till en metalls eller legerings förmåga att behålla alla sina egenskaper vid arbete vid höga temperaturer. I en sådan miljö, oftagaskorrosion observeras. Därför måste materialet också vara motståndskraftigt mot dess verkan, det vill säga vara värmebeständigt. Karakteriseringen av legeringar som används vid betydande temperaturer måste således innefatta båda dessa begrepp. Först då kommer sådana stål att ge den nödvändiga livslängden för delar, verktyg och andra strukturella element.

Funktioner hos värmebeständigt stål

I de fall temperaturen når höga värden krävs användning av legeringar som inte kommer att kollapsa och ge efter för deformation. I detta fall används värmebeständiga legeringar. Driftstemperaturen för sådana material är över 500ºС. Viktiga punkter som kännetecknar sådana stål är hög uthållighetsgräns, plasticitet, som kvarstår under lång tid, samt avslappningsstabilitet. Det finns ett antal element som avsevärt kan öka motståndet mot höga temperaturer: kobolt, volfram, molybden. Krom är också en nödvändig komponent. Det påverkar inte styrkan så mycket eftersom det ökar fjällmotståndet. Krom förhindrar också korrosionsprocesser. En annan viktig egenskap hos legeringar av denna typ är långsam krypning.

Klassificering av värmebeständiga stål efter struktur

Värmebeständiga och värmebeständiga legeringar är av ferritisk klass, martensitiska, austenitiska och med en ferritisk-martensitisk struktur. De förra innehåller cirka 30 % krom. Efter speciell bearbetning blir strukturen finkornig. Om uppvärmningstemperaturen överstiger 850ºС, då kornenöka, och sådana värmebeständiga material blir spröda. Den martensitiska klassen kännetecknas av följande kromh alt: från 4% till 12%. Nickel, volfram och andra grundämnen kan också förekomma i små mängder. Delar av turbiner och ventiler i bilar tillverkas av dem. Stål som har martensit och ferrit i sin struktur är lämpliga för drift vid konstant höga temperaturer och långvarig drift. Kromh alten når 14%. Austenit erhålls genom att införa nickel i värmebeständiga legeringar. Stål med liknande struktur har många kvaliteter.

Nickelbaserade legeringar

Nickel har ett antal användbara egenskaper. Det har en positiv effekt på stålets bearbetbarhet (både varmt och kallt). Om en del eller ett verktyg är designat för att fungera i en aggressiv miljö, ökar legeringen med detta element avsevärt korrosionsbeständigheten. Nickelbaserade värmebeständiga material delas in i följande grupper: värmebeständiga och faktiskt värmebeständiga. Den senare bör också ha minimala värmebeständiga egenskaper. Arbetstemperaturen når 1200ºС. Dessutom tillsätts krom eller titan. Karakteristiskt är att stål legerat med nickel har en liten mängd föroreningar som barium, magnesium, bor, så korngränserna är mer stärkta. Värmebeständiga legeringar av denna typ tillverkas i form av smide och valsade produkter. Det går även att gjuta delar. Deras huvudsakliga användningsområde är tillverkning av gasturbinelement. Nickelbaserade värmebeständiga legeringar innehåller upp till 30 % krom. De lämpar sig väl nog för stämpling, svetsning. Dessutom är skalmotståndet på en hög nivå. Detta gör det möjligt att använda dem i gasledningssystem.

Värmebeständigt titanlegeringsstål

Titan introduceras i en liten mängd (upp till 0,3%). I det här fallet ökar det legeringens styrka. Om dess innehåll är mycket högre, försämras vissa mekaniska egenskaper (hårdhet, styrka). Men plasticiteten ökar. Detta underlättar bearbetningen av stål. Med introduktionen av titan tillsammans med andra komponenter är det möjligt att avsevärt förbättra de värmebeständiga egenskaperna. Om det finns ett behov av att arbeta i en aggressiv miljö (särskilt när konstruktionen involverar svetsning), är legering med detta kemiska element motiverat.

Koboltlegeringar

En stor mängd kobolt (upp till 80%) går till tillverkning av material som värmebeständiga och värmebeständiga legeringar, eftersom den sällan används i sin rena form. Dess introduktion ökar plasticiteten, såväl som motståndet vid arbete vid höga temperaturer. Och ju högre den är, desto högre mängd kobolt införs i legeringen. I vissa varumärken når innehållet upp till 30 %. En annan karakteristisk egenskap hos sådana stål är förbättringen av magnetiska egenskaper. Men på grund av den höga kostnaden för kobolt är dess användning ganska begränsad.

Molybdens inverkan på värmebeständiga legeringar

Detta kemiska element påverkar avsevärt hållfastheten hos materialet vid höga temperaturer.

Det är särskilt effektivt när det används tillsammans med andra element. Det ökar stålets hårdhet avsevärt (redan vid en h alt på 0,3%). Draghållfastheten ökar också. En annan positiv egenskap som värmebeständiga legeringar legerade med molybden har är en hög grad av motståndskraft mot oxidativa processer. Molybden bidrar till malningen av spannmål. Nackdelen är svårigheten att svetsa.

Andra specialstål och legeringar

För att utföra vissa uppgifter krävs material som har vissa egenskaper. Således kan vi prata om användningen av speciallegeringar, som kan vara både legerade och kol. I det senare uppnås uppsättningen av erforderliga egenskaper på grund av att tillverkningen av legeringar och deras bearbetning sker med hjälp av en speciell teknik. Även speciallegeringar och stål är indelade i struktur och verktyg. Bland huvuduppgifterna för denna typ av material kan följande särskiljas: motstånd mot korrosion och slitageprocesser, förmågan att arbeta i en aggressiv miljö och förbättrade mekaniska egenskaper. Denna kategori inkluderar både värmebeständiga stål och legeringar med höga driftstemperaturer och kryogena stål som tål upp till -296ºС.

Verktygsstål

Specialverktygsstål används vid tillverkning av verktyg. På grund av att deras arbetsförhållanden är olika, väljs material också individuellt. Eftersom kraven på verktyg är ganska höga, egenskaperna hos legeringar för derasproduktionen är lämplig: de måste vara fria från föroreningar från tredje part, inneslutningar, deoxidationsprocessen är väl genomförd och strukturen är homogen. Det är mycket viktigt för mätinstrument att ha stabila parametrar och motstå slitage. Om vi pratar om skärverktyg, så arbetar de vid förhöjda temperaturer (det finns uppvärmning av kanten), konstant friktion och deformation. Därför är det mycket viktigt för dem att behålla sin primära hårdhet när de värms upp. En annan typ av verktygsstål är snabbstål. I grund och botten är den dopad med volfram. Hårdheten bibehålls upp till en temperatur på cirka 600ºС. Det finns även formstål. De är designade för både varm- och kallformning.

Special Alloy Applications

Branscher som använder legeringar med speciella egenskaper är många. På grund av deras förbättrade egenskaper är de oumbärliga inom maskinteknik, konstruktion och oljeindustrin. Värmebeständiga och värmebeständiga legeringar används vid tillverkning av turbindelar, reservdelar för bilar. Stål som har höga korrosionsskyddsegenskaper är oumbärliga för tillverkning av rör, förgasarnålar, skivor och olika delar av den kemiska industrin. Järnvägsskenor, skopor, spår för fordon - slitstarka stål är grunden för allt detta. Vid massproduktion av bultar, muttrar och andra liknande delar används automatiska legeringar. Fjädrarna måste vara tillräckligt elastiska och slitstarka. Det är därförmaterial för dem är fjäderstål. För att förbättra denna kvalitet är de dessutom legerade med krom, molybden. Alla speciallegeringar och stål med en uppsättning specifika egenskaper kan minska kostnaderna för delar där icke-järnmetaller tidigare använts.