Hypoeutectoid stål: struktur, egenskaper, produktion och tillämpning

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

Användningen av kolstål är utbredd inom bygg och industri. Gruppen av så kallat tekniskt järn har många fördelar som leder till ökad prestanda hos slutprodukter och strukturer. Tillsammans med de optimala egenskaperna för styrka och motståndskraft mot spänningar utmärker sig dessa legeringar också av flexibla dynamiska egenskaper. Särskilt hypoeutektoid stål, som också innehåller en betydande andel kolblandningar, värderas för sin höga formbarhet. Men detta är inte alla fördelarna med denna variant av höghållfast järn.

Allmän information om legeringen

En utmärkande egenskap hos stål är närvaron av speciella legerade föroreningar och kol i strukturen. Egentligen bestäms den hypoeutektoida legeringen av kolh alten. Här är det viktigt att skilja mellan klassiska eutektoida och ledeburitstål, som har mycket gemensamt med den beskrivna varianten av tekniskt järn. Om vi betraktar den strukturella klassen av stål, kommer den hypoeutektoida legeringen att hänvisa till eutektoider, men som innehåller legerade ferriter och perliter. Den grundläggande skillnaden från hypereutektoider är kolh alten under 0,8%. Överskrider dettaindikator gör att vi kan klassificera stål som fullvärdiga eutektoider. På något sätt är motsatsen till hypoeutektoiden det hypereutektoida stålet, som förutom perlit även innehåller sekundära föroreningar av karbider. Det finns alltså två huvudfaktorer som gör det möjligt att skilja hypoeutektoida legeringar från den allmänna gruppen av eutektoider. För det första är detta en relativt liten kolh alt, och för det andra är detta en speciell uppsättning föroreningar, vars grund är ferrit.

Produktionsteknik

Den allmänna tekniska processen för tillverkning av hypoeutectoid stål liknar produktionen av andra legeringar. Det vill säga att ungefär samma tekniker används, men i olika konfigurationer. Hypoeutektoid stål kräver särskild uppmärksamhet när det gäller att få sin specifika struktur. För detta används en teknik för att säkerställa nedbrytningen av austenit mot bakgrund av kylning. I sin tur är austenit en kombinerad blandning, inklusive samma ferrit och perlit. Genom att reglera intensiteten av uppvärmning och kylning kan teknologer kontrollera spridningen av denna tillsats, vilket i slutändan påverkar bildningen av vissa prestandaegenskaper hos materialet.

Men kolet från perlit förblir detsamma. Även om efterföljande glödgning kan korrigera bildningen av mikrostrukturen, kommer kolh alten att ligga inom intervallet 0,8 %. Ett obligatoriskt steg i processen för bildning av stålkonstruktioner är normalisering. Denna procedur krävs för fraktionerad optimering av korn av densammaaustenit. Med andra ord reduceras ferrit- och perlitpartiklar till optimala storlekar, vilket ytterligare förbättrar stålets tekniska och fysiska prestanda. Detta är en komplex process där mycket beror på kvaliteten på värmeregleringen. Om temperaturregimen överskrids, kan den motsatta effekten mycket väl ges - en ökning av austenitkorn.

Stålglödgning

Användningen av flera glödgningsmetoder övas. Det finns en grundläggande skillnad mellan hel och partiell glödgningsteknik. I det första fallet värms austeniten intensivt till en kritisk temperatur, varefter normalisering utförs med hjälp av kylning. Det är här nedbrytningen av austenit sker. Som regel utförs fullständig glödgning av stål i läget 700-800 °C. Värmebehandling på denna nivå aktiverar bara processerna för sönderfall av ferritelement. Kylhastigheten kan också justeras, till exempel kan ugnspersonal manövrera kammardörren genom att stänga eller öppna den. De senaste modellerna av isotermiska ugnar i automatiskt läge kan utföra långsam kylning i enlighet med ett givet program.

När det gäller ofullständig glödgning, produceras den genom uppvärmning med en temperatur över 800 °C. Det finns dock allvarliga begränsningar för tiden för att hålla den kritiska temperatureffekten. Av denna anledning inträffar ofullständig glödgning, som ett resultat av vilket ferriten inte försvinner. Följaktligen elimineras inte många brister i strukturen för det framtida materialet. Varför är sådan glödgning av stål nödvändig om det inte förbättrar det fysiskakvalitet? Faktum är att det är ofullständig värmebehandling som gör att du kan behålla en mjuk struktur. Slutmaterialet kanske inte krävs i varje applikation som är specifik för kolstål i sig, men kommer att möjliggöra enkel bearbetning. Den mjuka pro-eutektoidlegeringen är lätt att skära och billigare att tillverka.

Alloy normalization

Efter bränning kommer proceduren för ökad värmebehandling att vända. Det finns operationer för normalisering och uppvärmning. I båda fallen talar vi om en termisk effekt på arbetsstycket, vid vilken temperaturen kan överstiga 1000 °C. Men i sig sker normaliseringen av hypoeutektoida stål efter avslutad värmebehandling. I detta skede börjar kylningen under förhållanden med stillastående luft, under vilken exponering äger rum tills den fullständiga bildningen av finkornig austenit. Det vill säga uppvärmning är en slags förberedande operation innan legeringen förs in i ett normaliserat tillstånd. Om vi talar om specifika strukturella förändringar, uttrycks de oftast i en minskning av storleken på ferrit och perlit, såväl som i en ökning av deras hårdhet. Partiklarnas hållfasthetsegenskaper är ökade jämfört med de som uppnås genom glödgningsprocedurer.

Efter normalisering kan ytterligare en lång exponeringsuppvärmning följa. Arbetsstycket kyls sedan, och detta steg kan utföras på olika sätt. Det slutliga hypoeutektoida stålet erhålls antingen i luft eller ilångsamt kylande ugnar. Som praxis visar är legeringen av högsta kvalitet framställd med hjälp av normaliseringstekniken.

Temperaturens inverkan på legeringens struktur

Temperaturens ingripande i processen för bildning av stålkonstruktionen börjar från det ögonblick då ferritic-cementitmassan omvandlas till austenit. Med andra ord, perlit övergår i ett tillstånd av en funktionell blandning, vilket delvis blir grunden för bildandet av höghållfast stål. I nästa steg av värmebehandlingen blir det härdade stålet av med överskott av ferrit. Som redan noterats elimineras det inte alltid helt, som i fallet med ofullständig glödgning. Men den klassiska hypoeutektoida legeringen innebär fortfarande eliminering av denna austenitkomponent. I nästa steg är den befintliga sammansättningen redan optimerad med förväntningen om att bilda en optimerad struktur. Det vill säga, det sker en minskning av partiklarna i legeringen med förvärvet av ökade hållfasthetsegenskaper.

Isotermisk transformation med en underkyld blandning av austeniter kan utföras i olika lägen och temperaturnivån är bara en av parametrarna som styrs av teknologen. Toppintervall för termisk exponering, kylhastighet etc. varierar också Beroende på v alt normaliseringsläge erhålls härdat stål med vissa tekniska och fysiska egenskaper. Det är i detta skede som det också är möjligt att sätta särskilda driftsegenskaper. Ett slående exempel är en legering med mjuk struktur, erhållen med syftet att effektiv vidarebearbeta. Men oftasttillverkare fokuserar fortfarande på slutkonsumentens behov och hans krav på metallens huvudsakliga tekniska och driftsmässiga egenskaper.

Struktur av stål

Normaliseringsläget vid en temperatur på 700 °C orsakar bildandet av en struktur där kornen av ferriter och perliter kommer att utgöra basen. Förresten, hypereutektoida stål har cementit i sin struktur istället för ferrit. Vid rumstemperatur, i norm alt tillstånd, noteras också innehållet av överskott av ferrit, även om denna del minimeras när kolet ökar. Det är viktigt att betona att stålets struktur i liten utsträckning beror på kolh alten. Det påverkar praktiskt taget inte huvudkomponenternas beteende under samma uppvärmning, och nästan allt är koncentrerat i perlit. Egentligen kan perlit användas för att bestämma nivån av kolblandningsinnehåll - som regel är detta ett obetydligt värde.

En annan strukturell nyans är också intressant. Faktum är att perlit- och ferritpartiklar har samma specifika vikt. Detta innebär att med mängden av en av dessa komponenter i den totala massan kan du ta reda på vad den totala ytan upptar. Sålunda studeras mikrosektionsytor. Beroende på vilket sätt det hypoeutektoida stålet värmdes upp, bildas också fraktionsparametrarna för austenitpartiklar. Men detta sker nästan i ett individuellt format med bildandet av unika värden - en annan sak är att gränserna för olika indikatorer förblir standard.

Egenskaper hos hypoeutectoid stål

Denna metall tillhörtill lågkolh altiga stål, så du bör inte förvänta dig speciell prestanda från det. Det räcker med att säga att när det gäller hållfasthetsegenskaper är denna legering betydligt sämre än eutektoider. Detta beror på skillnader i struktur. Faktum är att den hypoeutektoida klassen av stål med innehåll av överskott av ferriter är sämre i styrka än analoger som har cementit i strukturen. Delvis av denna anledning rekommenderar teknologer att man använder legeringar för byggnadsindustrin, i vars produktion bränningsoperationen med förskjutning av ferriter genomfördes maxim alt.

Om vi talar om de positiva exceptionella egenskaperna hos detta material, så är de plasticitet, motståndskraft mot naturliga biologiska destruktionsprocesser, etc. Samtidigt kan härdning av hypoeutektoida stål tillföra ett antal ytterligare kvaliteter till metall. Det kan till exempel vara både ökad termisk motståndskraft och frånvaron av en predisposition för korrosionsprocesser, såväl som en hel rad skyddsegenskaper som är inneboende i konventionella lågkol-legeringar.

Användningsområden

Trots en liten minskning av hållfasthetsegenskaperna på grund av att metallen tillhör klassen ferritiska stål, är detta material vanligt i olika områden. Till exempel inom maskinteknik används delar gjorda av hypoeutektoida stål. En annan sak är att högklasser av legeringar används, vid tillverkningen av vilka avancerade tekniker för bränning och normalisering användes. Dessutom är strukturen hos hypoeutectoid stål med en reducerad ferrith alt ganskatillåter användning av metall vid produktion av byggnadskonstruktioner. Dessutom gör den överkomliga kostnaden för vissa stålkvaliteter av denna typ att du kan räkna med betydande besparingar. Ibland, vid tillverkning av byggmaterial och stålmoduler, krävs inte ökad hållfasthet alls, men slitstyrka och elasticitet är nödvändiga. I sådana fall är användningen av hypoeutektoida legeringar motiverad.

Produktion

Många företag är engagerade i tillverkning, beredning och produktion av hypoeutectoid metall i Ryssland. Till exempel producerar Ural Non-Ferrous Metals Plant (UZTSM) flera stålkvaliteter av denna typ samtidigt, vilket erbjuder konsumenten olika uppsättningar av tekniska och fysiska egenskaper. Ural Steel Plant tillverkar ferritiska stål, som inkluderar högkvalitativa legerade komponenter. Dessutom finns speciella legeringsmodifieringar tillgängliga i sortimentet, inklusive värmebeständiga, högkromh altiga och rostfria metaller.

Metalloinvest kan också pekas ut bland de största tillverkarna. Vid detta företags anläggningar produceras konstruktionsstål med en hypoeutektoid struktur, designade för användning i konstruktion. För närvarande arbetar företagets stålfabrik enligt nya standarder, vilket gör det möjligt att förbättra den svaga punkten hos ferritlegeringar - styrkaindikatorn. I synnerhet arbetar företagets teknologer med att öka spänningsintensitetsfaktorn, för att optimera materialets slaghållfasthet och utmattningshållfasthet. Detta gör att vi kan erbjuda nästan universella legeringar.

Slutsats

Det finns flera tekniska och operativa egenskaper hos industri- och byggnadsmetaller som anses vara grundläggande och regelbundet förbättras. Men när konstruktioner och tekniska processer blir mer komplexa uppstår också nya krav på elementbasen. I detta avseende manifesterar sig hypoeutectoid stål tydligt, i vilket olika prestandakvaliteter är koncentrerade. Användningen av denna metall är inte motiverad i fall där en del med flera ultrahöga prestanda behövs, utan i situationer där speciella atypiska uppsättningar av olika egenskaper krävs. I det här fallet exemplifierar metallen kombinationen av flexibilitet och duktilitet med optimal slaghållfasthet och de grundläggande skyddsegenskaper som finns i de flesta kollegeringar.