Zlitine odporne proti toploti. Posebna jekla in zlitine. Proizvodnja in uporaba toplotno odpornih zlitin

Sodobne industrije ni mogoče zamisliti brez materiala, kot je jeklo. S tem se srečujemo praktično na vsakem koraku. Z uvajanjem različnih kemijskih elementov v njegovo sestavo se lahko bistveno izboljšajo mehanske in operativne lastnosti.

Kaj je Steel?

Jeklo je zlitina, ki ima v svoji sestavi ogljik in železo. Tudi takšna zlitina (fotografija se nahaja spodaj) lahko vsebuje nečistoče drugih kemičnih elementov.

Obstaja več strukturnih držav. Če je vsebnost ogljika v razponu od 0,025-0,8%, se podatki imenujejo pre-evtektoidni in imajo v svoji strukturi perlit in ferit. Če je jeklo hipereutektoid, lahko opazimo perlitne in cementne faze. Značilnost feritne strukture je velika plastičnost. Cementit ima precejšnjo trdnost. Perlit oblikuje tako prejšnje faze. Lahko ima granularno obliko (na zrnih ferita so vključki cementita, ki imajo krožno obliko) in lamelne (obe fazi imata obliko plošč). Če se jeklo segreje nad temperaturo, pri kateri pride do polimorfnih sprememb, se struktura spremeni v avstenitno. Ta faza ima povečano plastičnost. Če vsebnost ogljika preseže 2,14%, se taki materiali in zlitine imenujeta lito železo.

Vrste jekla

Odvisno od sestava jekla je lahko ogljik in legiran. Vsebuje ogljik manj kot 0,25% nizkoogljično jeklo. Če njegova količina doseže 0,55%, lahko rečemo, da je zlitina srednje ogljika. Jeklo, ki ima v svoji sestavi več kot 0,6% ogljika, se imenuje ogljik. Če je izdelana zlitina, tehnologija pomeni uvedbo določenih kemičnih elementov, potem je to jeklo, ki se imenuje legirano. Uvedba različnih sestavnih delov bistveno spremeni njegove lastnosti. Če njihovo število ne presega 4%, je zlitina nizko legirana. Srednje legirani in visoko legirano jeklo ima do 11% in več kot 12% vključkov. Odvisno od sfera, v kateri se uporabljajo jeklene zlitine, se razlikujejo njihove vrste: instrumentalna, strukturna in posebna jekla in zlitine.

Proizvodna tehnologija

Postopek taljenje jekla precej težko. Vključuje več stopenj. Najprej so potrebne surovine - železova ruda. Prva stopnja vključuje segrevanje do določene temperature. Pojavljajo se oksidacijski procesi. Na drugi stopnji temperatura postane veliko višja. Postopki oksidacije ogljika so bolj intenzivni. Zlitino je mogoče dodatno obogatiti s kisikom. Nepotrebne nečistoče odstranimo v žlindro. Naslednji korak je odstraniti kisik iz jekla, saj bistveno zmanjša mehanske lastnosti. To lahko storimo z difuzijo ali padavinami. Če se postopek deoksidacije ne pojavi, se dobljeno jeklo imenuje vrenje. Mirna zlitina ne oddaja plinov, kisik je popolnoma odstranjen. Vmesni položaj zasedajo polkartizna jekla. Proizvodnja železovih zlitin se pojavlja v odprtih ogrevalnih pečeh, indukcijskih pečeh, pretvornikih kisika.

Legiranje jekla

Da bi dobili te ali druge lastnosti jekla, se v njeno sestavo uvedejo posebne legirne snovi. Glavne prednosti takšne zlitine so večja odpornost proti različnim deformacijam, občutno povečana zanesljivost delov in drugih konstrukcijskih elementov. Pri kaljenju se odstotek razpok in drugih napak zmanjša. Pogosto se tak način nasičenja z različnimi elementi uporablja za odpornost proti kemični koroziji. Toda obstajajo številne pomanjkljivosti. Potrebujejo dodatno obdelavo, verjetnost pojavljanja flokens je visoka. Poleg tega se stroški materiala povečujejo. Najpogostejši legirni elementi so krom, nikelj, volfram, molibden, kobalt. Območje njihove uporabe je precej veliko. To je inženiring in proizvodnja delov cevovodov, elektrarn, letalstva in še veliko več.

Koncept toplotne upornosti in toplotne upornosti

Koncept toplotne upornosti pomeni sposobnost kovine ali zlitine, da obdrži vse njene značilnosti pri delovanju pri visokih temperaturah. V takšnem okolju pogosto opazimo plinsko korozijo. Zato mora gradivo imeti in odpornost na njegovo delovanje, to je toplotno odpornost. Tako morajo značilnosti zlitin, ki se uporabljajo pri znatni temperaturi, vključiti oba koncepta. Le taka jekla bo zagotovila potreben vir dela za dele, orodja in druge strukturne elemente.

Značilnosti toplotno odpornega jekla

V primerih, ko temperatura doseže visoke vrednosti, je potrebna uporaba zlitin, ki se ne razgradijo in deformirajo. V tem primeru se uporabijo toplotno odporne zlitine. Delovna temperatura za takšne materiale je nad 500ordm-C. Pomembni momenti, ki so značilni za takšno jeklo, so visoka vzdržljivost, plastičnost, ki traja dlje časa, pa tudi stabilnost sprostitve. Obstaja več elementov, ki lahko bistveno izboljšajo odpornost na visoke temperature: kobalt, volfram, molibden. Krom je obvezna sestavina. To ne vpliva na moč toliko, saj izboljša odpornost na lestvico. Krom preprečuje tudi korozijske procese. Druga pomembna značilnost tovrstnih zlitin je počasen lezenje.

Razvrščanje toplotno obstojnih jekel po strukturi

Toplotno obstojne in toplotno odporne zlitine so feritne, martenzitske, avstenitne in feritno-martenzitne strukture. Prvi imajo v svoji sestavi okrog 30% kroma. Po posebni obdelavi struktura postane drobnozrnata. Če temperatura ogrevanja preseže 850 ojm-C, se zrna povečajo in takšni toplotno odporni materiali postanejo krhki. Za martenzitno vrsto je značilna vsebnost kroma: od 4% do 12%. Tudi v manjših količinah so prisotni nikelj, volfram in drugi elementi. Od teh so izdelani deli turbin, ventili v avtomobilih. Jekla, ki imajo v svoji strukturi martenzit in ferit, so primerna za delovanje pri stalnih visokih temperaturah in dolgotrajnem obratovanju. Vsebnost kroma doseže 14%. Austenit se pridobiva z uvajanjem niklja v toplotno odporne zlitine. Jeklo s podobno strukturo ima veliko znamk.

Zlitine na osnovi niklja

Nikelj ima številne uporabne lastnosti. Pozitivno vpliva na obdelavo jekla (vroče in hladne). Če je del ali orodje zasnovano za delo v agresivnem okolju, doping s tem elementom znatno poveča odpornost na korozijo. Toplotno odporni materiali na osnovi niklja so razdeljeni v naslednje skupine: visokotemperaturni in dejansko toplotno odporni. Slednji morajo imeti tudi minimalne toplotno odporne lastnosti. Delovne temperature segajo do 1200ordm-C. Poleg tega dodamo krom ali titan. Značilno je, da ima nikelj-dopirano jeklo majhno količino takšnih nečistoč kot barij, magnezij, bor, zato so meje zrn bolj utrjene. Visokotemperaturne zlitine te vrste so izdelane v obliki odkovkov in valjanih izdelkov. Možno je tudi litje delov. Glavno področje njihove uporabe je proizvodnja komponent plinskih turbin. Toplotno odporne zlitine na osnovi niklja imajo v sestavi do 30% kroma. So primerni za izsekavanje, varjenje. Poleg tega je odpornost na lestvico na visoki ravni. To jim omogoča uporabo v plinovodnih sistemih.

Jeklo, odporno na toploto, legirano z titanom

Titan je uveden v majhni količini (do 0,3%). V tem primeru povečuje trdnost zlitine. Če je njegova vsebnost veliko višja, se nekatere mehanske lastnosti poslabšajo (trdota, moč). Toda plastičnost se hkrati poveča. To olajša obdelavo jekla. Pri uvajanju titana skupaj z drugimi komponentami je možno znatno izboljšati značilnosti toplotne upornosti. Če obstaja potreba po delovanju v agresivnem okolju (zlasti če načrt vključuje varjenje), je doping s tem kemičnim elementom upravičen.

Kobaltovih zlitin

Veliko količino kobalta (do 80%) gre za proizvodnjo takšnih materialov kot toplotno odporne in toplotno odporne zlitine, saj se v čisti obliki le redko uporablja. Njegov uvod povečuje plastičnost, pa tudi odpornost na delo z visokimi temperaturami. In višje je, večja je količina kobalta, vnesenega v zlitino. V nekaterih blagovnih znamkah njegova vsebina doseže 30%. Druga značilnost takšnih jekel je izboljšanje magnetnih lastnosti. Vendar pa je zaradi visokih stroškov kobalta njegova uporaba precej omejena.

Vpliv molibdena na visoko temperaturne zlitine

Ta kemični element bistveno vpliva na trdnost materiala pri visokih temperaturah. Zlasti učinkovita je njegova uporaba skupaj z drugimi elementi. Znatno poveča trdoto jekla (tudi pri vsebnosti 0,3%). Končna moč se poveča tudi. Druga pozitivna lastnost, ki ima visoko temperaturne zlitine, dopirane z molibdenom - velika stopnja odpornosti na oksidativne procese. Molibden spodbuja prefinjenost zrnja. Pomanjkljivost je težava varjenja.

Druga posebna jekla in zlitine

Za izvajanje določenih nalog potrebujete materiale, ki imajo določene lastnosti. Tako lahko govorimo o uporabi posebnih zlitin, ki so lahko dopirane in ogljika. V slednjem je dosežen niz zahtevanih značilnosti zaradi dejstva, da proizvodnja zlitin in njihova obdelava poteka za posebno tehnologijo. Še vedno posebne zlitine in jeklo so razdeljene na strukturo in orodje. Med glavnimi nalogami za to vrsto materialov je mogoče ugotoviti naslednje: odpornost na korozijske procese in obrabo, sposobnost delovanja v agresivnem okolju, povečane mehanske lastnosti. Ta kategorija vključuje tako toplotno obstojna jekla in zlitine z visoko delovno temperaturo in kriogena jekla, ki lahko prenesejo do -296ordm-C.

Orodno jeklo

Za izdelavo orodij v proizvodnji se uporablja posebno orodno jeklo. Glede na to, da so delovne razmere drugačne, so materiali izbrani tudi posamezno. Ker so zahteve za orodja dovolj visoke, so lastnosti zlitin za njihovo proizvodnjo enake: ne smejo biti tujih nečistoč, vključkov, postopek deoksidacije je dobro izveden in struktura je homogena. Za merilne instrumente je zelo pomembno, da imajo stabilne parametre in preprečujejo obrabo. Če govorimo o rezalnih orodjih, delajo v pogojih povišanih temperatur (segrevanje roba), stalno trenje in deformacije. Zato je zelo pomembno, da ohranijo začetno trdoto pri segrevanju. Druga vrsta orodnega jekla je hitra. V bistvu je dopiran z volframom. Trdota se vzdržuje na temperaturi okoli 600 ° C-C. Obstajajo tudi žigosana jekla. Namenjeni so tako vročim kot hladnim deformacijam.

Področje uporabe zlitin za posebne namene

Industrije, v katerih se uporabljajo zlitine s posebnimi lastnostmi, so številne. Glede na njihove izboljšane kvalitete so nepogrešljivi v tehniki, gradbeništvu, naftni industriji. Toplotno odporne in toplotno odporne zlitine se uporabljajo pri izdelavi delov turbin, rezervnih delov za avtomobile. Jekla, ki imajo visoko odpornost proti koroziji, so nepogrešljiva za izdelavo cevi, igel za uplinjač, ​​diskov, vseh vrst kemičnih elementov. Steze za železnico, žlice, gosenice za prevoz - osnova za vse to je jekleno odporno na obrabo. Zlitine avtomatov se uporabljajo pri množični proizvodnji vijakov, orehov in drugih podobnih delov. Vzmeti morajo biti dovolj odporne in odporne proti obrabi. Zato je material zanje vzmetno jeklo. Da bi izboljšali to kakovost, so dodatno legirani s kromom, molibdenom. Vse posebne zlitine in jekla z nizom nekaterih lastnosti lahko zmanjšajo stroške delov, kjer so prej uporabljali barvne kovine.