Hittebestendige legeringen. Speciale staalsoorten en legeringen. Productie en gebruik van hittebestendige legeringen
De moderne industrie kan niet worden ingebeeldzonder materiaal zoals staal. Hiermee komen we vrijwel bij elke stap tegen. Door verschillende chemische elementen in de samenstelling in te brengen, kunnen de mechanische en operationele eigenschappen aanzienlijk worden verbeterd.
Wat is staal?
Staal is een legering met koolstof en ijzer in zijn samenstelling. Ook een dergelijke legering (de foto bevindt zich hieronder) kan verontreinigingen van andere chemische elementen bevatten.
Er zijn verschillende structurele toestanden. Als het koolstofgehalte in het bereik van 0,025-0,8% ligt, worden de gegevens pre-eutectoïde genoemd en hebben perliet en ferriet in hun structuur. Als het staal hypereutectoïde is, kunnen perlitische en cementietfasen worden waargenomen. Een kenmerk van de ferrietstructuur is een grote plasticiteit. Cementiet heeft een aanzienlijke stevigheid. Perliet vormt de beide voorgaande fasen. Het kan een korrelige vorm hebben (op de korrels van ferriet zijn er insluitsels van cementiet, die een cirkelvorm hebben) en lamellair (beide fasen hebben de vorm van platen). Als het staal wordt verwarmd boven de temperatuur waarbij polymorfe modificaties optreden, verandert de structuur in austenitisch. Deze fase heeft een verhoogde plasticiteit. Als het koolstofgehalte hoger is dan 2,14%, worden dergelijke materialen en legeringen gietijzer genoemd.
Soorten staal
Afhankelijk van de samenstelling kan het staal zijnkoolstof en gelegeerd. Een koolstofgehalte van minder dan 0,25% is kenmerkend voor staal met een laag koolstofgehalte. Als de hoeveelheid 0,55% bedraagt, kunnen we spreken van een medium-koolstof-legering. Staal, dat in zijn samenstelling meer dan 0,6% koolstof bevat, wordt koolstofarm genoemd. Als, als de legering wordt vervaardigd, de technologie de introductie van specifieke chemische elementen impliceert, dan wordt dit staal gelegeerd genoemd. De introductie van verschillende componenten verandert de eigenschappen ervan aanzienlijk. Als hun aantal niet meer dan 4% is, is de legering laaggelegeerd. Laaggelegeerd en hooggelegeerd staal heeft respectievelijk tot 11% en meer dan 12% insluitsels. Afhankelijk van de bol waarin staallegeringen worden gebruikt, worden hun typen onderscheiden: instrumentele, structurele en speciale staalsoorten en legeringen.
Productie technologie
Het proces van het smelten van staal is nogal omslachtig. Het bevat verschillende fasen. Allereerst zijn grondstoffen nodig - ijzererts. De eerste fase omvat het opwarmen tot een bepaalde temperatuur. Oxidatieprocessen komen voor. In de tweede fase wordt de temperatuur veel hoger. De processen van koolstofoxidatie zijn intenser. Het is mogelijk om de legering verder te verrijken met zuurstof. Onnodige onzuiverheden worden in de slak verwijderd. De volgende stap is het verwijderen van zuurstof uit het staal, omdat het de mechanische eigenschappen aanzienlijk vermindert. Dit kan worden gedaan door diffusie of neerslag. Als het proces van deoxidatie niet optreedt, wordt het resulterende staal koken genoemd. Een kalme legering geeft geen gassen af, zuurstof is volledig verwijderd. Tussenliggende positie wordt ingenomen door half-kwarts staal. De productie van ijzerlegeringen vindt plaats in open haarden, inductieovens, zuurstofomzetters.
Legering van staal
Om deze of andere eigenschappen te verkrijgenstaal, speciale legeringsstoffen worden in de samenstelling opgenomen. De belangrijkste voordelen van een dergelijke legering zijn verhoogde weerstand tegen verschillende vervormingen, de betrouwbaarheid van onderdelen en andere structurele elementen is aanzienlijk toegenomen. Tijdens het afkoelen neemt het percentage scheuren en andere defecten af. Vaak wordt een dergelijke verzadigingsmethode met verschillende elementen gebruikt om weerstand te bieden tegen chemische corrosie. Maar er zijn een aantal tekortkomingen. Ze vereisen een aanvullende verwerking, de kans op het optreden van flokens is hoog. Bovendien nemen de kosten van het materiaal ook toe. De meest gebruikelijke legeringselementen zijn chroom, nikkel, wolfraam, molybdeen, kobalt. Het toepassingsgebied is vrij groot. Dit is engineering en de productie van delen van pijpleidingen, energiecentrales, luchtvaart en nog veel meer.
Het concept van hittebestendigheid en hittebestendigheid
Het concept van hittebestendigheid is implicietHet vermogen van een metaal of een legering om alle eigenschappen te behouden bij gebruik bij hoge temperaturen. In een dergelijke omgeving wordt vaak gascorrosie waargenomen. Daarom moet het materiaal bestand zijn tegen en weerstand bieden aan de werking ervan, dat wil zeggen hittebestendig zijn. De kenmerken van legeringen die bij een significante temperatuur worden gebruikt, moeten dus beide concepten omvatten. Alleen dan zal dergelijk staal de noodzakelijke bron van werk leveren voor onderdelen, gereedschappen en andere structurele elementen.
Kenmerken van hittebestendig staal
In gevallen waar de temperatuur hoog wordtwaarden, is het noodzakelijk om legeringen te gebruiken die niet kapot gaan en vervormen. In dit geval worden hittebestendige legeringen gebruikt. De bedrijfstemperatuur voor dergelijke materialen ligt boven 500 ° C. Belangrijke momenten die kenmerkend zijn voor dergelijk staal zijn hoge uithoudingsvermogen, plasticiteit, die aanhoudt voor een lange tijd, evenals ontspanningsstabiliteit. Er zijn een aantal elementen die de weerstand tegen hoge temperaturen aanzienlijk kunnen verbeteren: kobalt, wolfraam, molybdeen. Chromium is een verplicht onderdeel. Het heeft geen invloed op de sterkte, omdat het de weerstand van de schaal verbetert. Ook voorkomt chroom corrosieprocessen. Een ander belangrijk kenmerk van legeringen van dit type is langzaam kruipen.
Classificatie van hittebestendig staal door structuur
Hittebestendige en hittebestendige legeringen zijnferritische klasse, martensitisch, austeniet en met een ferritisch-martensitische structuur. De eerste hebben in hun samenstelling ongeveer 30% chroom. Na een speciale behandeling wordt de structuur fijnkorrelig. Als de verwarmingstemperatuur hoger is dan 850 ° C, nemen de korrels toe en worden dergelijke hittebestendige materialen broos. De martensitische klasse wordt gekenmerkt door een chroomgehalte: van 4% tot 12%. Ook in kleine hoeveelheden kunnen nikkel, wolfraam en andere elementen aanwezig zijn. Hiervan worden delen van turbines, kleppen in auto's vervaardigd. Staalsoorten met martensiet en ferriet in hun structuur zijn geschikt voor gebruik bij constante hoge temperaturen en langdurig gebruik. Het chroomgehalte bereikt 14%. Austeniet wordt verkregen door nikkel in hittebestendige legeringen te brengen. Staal met een vergelijkbare structuur heeft veel merken.
Op nikkel gebaseerde legeringen
Nikkel heeft een aantal nuttige eigenschappen. Het heeft een positief effect op de bewerkbaarheid van staal (zowel warm als koud). Als een onderdeel of gereedschap is ontworpen om te werken in een agressieve omgeving, verhoogt dotering met dit element de weerstand tegen corrosie aanzienlijk. Hittebestendige materialen op basis van nikkel worden onderverdeeld in de volgende groepen: hoge temperatuur en feitelijk hittebestendig. Deze laatste moeten ook minimale hittebestendige eigenschappen hebben. Bedrijfstemperaturen bereiken 1200 ° C. Bovendien wordt chroom of titanium toegevoegd. Het is kenmerkend dat nikkel-gedoopt staal een kleine hoeveelheid van dergelijke onzuiverheden heeft zoals barium, magnesium, boor, zodat de korrelgrenzen meer gehard zijn. Legeringen met een hoge temperatuur van dit type worden geproduceerd in de vorm van smeedstukken en gewalste producten. Het is ook mogelijk om onderdelen te gieten. Het belangrijkste toepassingsgebied is de vervaardiging van gasturbinecomponenten. Hittebestendige legeringen op nikkelbasis hebben tot 30% chroom in de samenstelling. Ze zijn goed geschikt voor ponsen, lassen. Bovendien bevindt de schaalweerstand zich op een hoog niveau. Dit maakt het mogelijk om ze te gebruiken in gaspijpleidingsystemen.
Hittebestendig staal gelegeerd met titanium
Titanium wordt geïntroduceerd in een kleine hoeveelheid (tot 0,3%). In dit geval verhoogt het de sterkte van de legering. Als het gehalte veel hoger is, verslechteren sommige mechanische eigenschappen (hardheid, sterkte). Maar de plasticiteit op hetzelfde moment neemt toe. Dit vergemakkelijkt de verwerking van staal. Bij de introductie van titanium samen met andere componenten is het mogelijk om de hittebestendigheidskenmerken aanzienlijk te verbeteren. Als het nodig is om in een agressieve omgeving te werken (vooral als het ontwerp lassen betreft), dan is doping met dit chemische element gerechtvaardigd.
Kobalt-legeringen
Een grote hoeveelheid kobalt (tot 80%) gaat naarproductie van materialen zoals hittebestendige en hittebestendige legeringen, omdat het in zijn pure vorm zelden wordt gebruikt. De introductie ervan verhoogt de plasticiteit, evenals de weerstand tegen werken met hoge temperaturen. En hoe hoger het is, hoe hoger de hoeveelheid kobalt die in de legering wordt geïntroduceerd. In sommige merken bereikt de inhoud ervan 30%. Een ander kenmerkend kenmerk van dergelijke staalsoorten is de verbetering van magnetische eigenschappen. Vanwege de hoge kosten van kobalt is het gebruik echter eerder beperkt.
Effect van molybdeen op legeringen op hoge temperatuur
Dit chemische element beïnvloedt de sterkte van het materiaal bij hoge temperaturen aanzienlijk.
Andere speciale staalsoorten en legeringen
Voor het uitvoeren van bepaalde taken zijn vereistmaterialen die bepaalde eigenschappen hebben. We kunnen dus praten over het gebruik van speciale legeringen, die zowel kunnen worden gedoteerd als koolstof. In het laatste geval wordt het stel vereiste eigenschappen bereikt vanwege het feit dat de productie van legeringen en hun verwerking plaatsvindt achter een speciale technologie. Nog speciale legeringen en staal zijn onderverdeeld in constructie en gereedschap. Een van de belangrijkste taken voor dit soort materialen kan worden geïdentificeerd: weerstand tegen corrosieprocessen en slijtage, het vermogen om in een agressieve omgeving te werken, verhoogde mechanische eigenschappen. Deze categorie omvat zowel hittebestendig staal als legeringen met een hoge bedrijfstemperatuur en cryogene staalsoorten die bestand zijn tegen -296 ° C.
Gereedschapstaal
Voor productietools in productieeen speciaal gereedschapsstaal wordt gebruikt. Gezien het feit dat de werkomstandigheden anders zijn, worden de materialen ook afzonderlijk geselecteerd. Aangezien de vereisten voor de gereedschappen hoog genoeg zijn, zijn de kenmerken van de legeringen voor hun productie hetzelfde: ze moeten vrij zijn van vreemde onzuiverheden, insluitsels, het deoxidatieproces is goed uitgevoerd en de structuur is homogeen. Voor meetinstrumenten is het erg belangrijk om stabiele parameters te hebben en slijtage tegen te gaan. Als we het hebben over snijgereedschappen, werken ze in omstandigheden van verhoogde temperaturen (er is verwarming van de rand), constante wrijving en vervorming. Daarom is het erg belangrijk dat ze de initiële hardheid behouden bij verhitting. Een ander soort gereedschapsstaal is snel. In principe is het gedoteerd met wolfraam. De hardheid wordt op een temperatuur van ongeveer 600 ° C gehouden. Er zijn ook gestempelde staalsoorten. Ze zijn ontworpen voor zowel warme als koude vervorming.
Het toepassingsgebied van legeringen voor speciale doeleinden
De industrieën waarin legeringen meespeciale kenmerken, ingesteld. Gezien hun verbeterde kwaliteiten zijn ze onmisbaar in de bouw, de bouw en de olie-industrie. Hittebestendige en hittebestendige legeringen worden gebruikt bij de vervaardiging van onderdelen van turbines, reserveonderdelen voor auto's. Staalsoorten met een hoge corrosiebestendigheid zijn onmisbaar voor de productie van pijpen, carburateurnaalden, schijven, allerlei soorten chemische elementen. Rails voor het spoor, emmers, rupsen voor transport - de basis voor dit alles is slijtvast staal. Legeringen van automaten worden gebruikt bij de massaproductie van bouten, moeren en andere soortgelijke onderdelen. Veren moeten voldoende veerkrachtig en slijtvast zijn. Daarom is het materiaal voor hen verenstaal. Om deze kwaliteit te verbeteren, zijn ze extra gelegeerd met chroom, molybdeen. Alle speciale legeringen en staalsoorten met een aantal specifieke kenmerken kunnen de kosten verlagen van onderdelen waar eerder non-ferro metalen werden gebruikt.
