Einführung in Elemente in Stahl
Mangan (MN)
Mangan wird verwendet, um Ferromangan in Stahlherstellung zu desoxidieren und bleibt in Stahl. Mangan kann Feo in Stahl entfernen, die Stahlqualität verbessern und die Sprödigkeit von Stahl verringern. Mangan und Vulkanisation verbinden sich zu MNS, beseitigen die schädliche Wirkung von Schwefel und verbessern die heiße Arbeitsleistung von Stahl. Der Gehalt an Mangan in Kohlenstoffstahl wird im Allgemeinen zwischen 0,25 und 0,80%kontrolliert. Mangan kann in Ferrit gelöst werden, um Manganferrit zu bilden, das die Rolle der Stärkung des Ferrits spielt. Mangan kann auch in Fe3C gelöst werden, um eine Legierungszementierung zu bilden, wodurch die Stärke von Kohlenstoffstahl verbessert wird. Mangan ist ein vorteilhaftes Verunreinigungselement, und eine kleine Menge Mangan hat keinen signifikanten Einfluss auf die Leistung von Stahl.
Silizium (Si)
Silizium wird dem Stahl auch als Desoxidator hinzugefügt. Der Gehalt an Silizium in Kohlenstoffstahl wird normalerweise zwischen 0,03 und 0,4%kontrolliert, und das meiste davon wird in Ferrit gelöst und bildet Siliziumferrit, was die Rolle der Stärkung des Ferrits und der Verbesserung der Festigkeit und Härte von Stahl spielt. Aber Plastizität und Zähigkeit haben abgenommen. Das Fehlen von Silizium hat keinen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften des Stahls.
Schwefel (en)
Schwefel wird durch Erz und Kraftstoff in Stahl in Stahl gebracht, Schwefel ist in Eisen unlöslich, und die Form von verschiedenen Fe existiert, Fe und Fe können einen Schmelzpunkt von 985 ℃ eutektisch bilden, und sind verteilt, und sind auf den Korngrenzen von Austenit verteilt, wenn der Stahl mit 1000 bis 14 ℃ geschmolzen ist. Das Phänomen wird als thermische Brechung bezeichnet, Schwefel ist eine schädliche Verunreinigung, daher muss der Kohlenstoffgehalt in Stahl streng kontrolliert werden. Die schädliche Wirkung von Schwefel kann durch Erhöhen des Mn -Gehalts im Stahl eliminiert werden. Da Mangan und Schwefel MNS mit einem Schmelzpunkt von 1620 ℃ bilden können, hat MNS bei hohen Temperaturen eine bestimmte Plastizität, sodass die thermische Sprödigkeit von Stahl vermieden werden kann.
Phosphor (p)
Phosphor wird aus dem Erz in Stahl eingeführt, wo es vollständig in Ferrit gelöst ist und die Festigkeit und Härte von Ferrit verbessert. Gleichzeitig sinkt die Plastizität von Stahl bei Raumtemperatur stark und wird spröde. Dieses Phänomen wird als kalte Brödeln genannt. Phosphor ist auch eine schädliche Unreinheit, und sein Inhalt in Stahl muss streng kontrolliert werden.
Metallographiestruktur in Stahl
Ferrit: Die interstitielle feste Lösung von Kohlenstoff in α-FE wird als Ferrit bezeichnet. Es wird oft durch das Symbol F (oder α) dargestellt. Ferrit hat eine körperzentrierte Kubikstruktur und seine Fähigkeit, Kohlenstoff aufzulösen, ist aufgrund seiner geringen Lücke schlecht. Bei 727 ℃ beträgt der maximale gelöste Kohlenstoffgehalt 0,0218%. Mit der Abnahme der Temperatur nimmt der gelöste Kohlenstoffgehalt allmählich ab und bei Raumtemperatur beträgt der gelöste Kohlenstoffgehalt nur 0,0008%. Ferrit hat eine geringe Stärke, Δσb beträgt 180-280 mn/m2, Hb etwa 80, aber es hat eine gute Duktilität, δ beträgt 50%.
Austenitisch: Die in Gamma-Fe gebildete interstitielle feste Lösung von Kohlenstoff wird als ITS bezeichnet. Es wird oft durch das Symbol A (oder γ) dargestellt. Austenit hat eine Gesichts-kubische Gitterstruktur. Aufgrund seiner großen effektiven Gitterlücke ist seine Kohlenstofflöslichkeit relativ hoch. Die maximale Kohlenstofflöslichkeit bei 1148 ℃ beträgt 2,11%, was mit Abnahme der Temperatur allmählich abnimmt und 0,77% bei 727 ℃ erreicht. Die mechanischen Eigenschaften von Austenit hängen von der Menge des gelösten Kohlenstoffs und der Größe eines Getreides ab. Im Allgemeinen beträgt die Härte von Austenit 170-220 HBs, die Dehnung von δ 40-50%und Austenit existiert im festen Temperaturbereich über 727 ℃. Austenit ist anfällig für Plastikform.
Zementit (Zementit): C- und Fe -Verbindung (Fe3c), bekannt als Zementit, der Kohlenstoffgehalt von 6,69%, der Schmelzpunkt von Zementit ist 1227 ℃, seine Härte ist sehr hoch, etwa 800 HB, Plastik und Aufprallzählung ist fast null Null. Die Sprödigkeit ist groß, so dass die Matrix -Phase des Kohlenstoffstahls nicht der Hauptverstärkung der Kohlenstoffhilfe ist. Zementit ist eine metastabile Phase. Unter bestimmten Bedingungen zersetzt es sich und bildet graphitischfreies Kohlenstoff.
Martensit: Die Verwendung einer schnellen Kühlmethode aufgrund des Grades der Unterkühlung, Eisen- und Kohlenstoffatome kann nicht diffundiert werden. Austenit kann nur durch nicht diffuse Gitterscherung erfolgen. Es gibt γ-Fe-Gesichts-kubisches Gitter, das zu α-fe-körpergerätem kubischem Gitter neu zentriert ist. Dieser Austenit verwandelt sich direkt in eine gesättigte Alpha-Solid-Lösung, die Kohlenstoff enthält, die als Martensit bezeichnet wird.
Die Korngröße von Austenit und seine Einflussfaktoren
Die austenitische Korngröße von Stahl hat einen großen Einfluss auf die Mikrostruktur und Eigenschaften nach dem Abkühlen. Je feiner die Korngröße von Austenit ist, desto feiner die Struktur nach dem Abkühlen und desto besser die Stärke, Plastizität und Zähigkeit. Daher ist es von großer Bedeutung, durch Wärmebehandlung für die endgültige Leistung und Qualität des Werkstücks feine Austenitkörner zu erhalten.
Je höher die Temperatur der Austenitisierung, desto offensichtlicher ist das Korngrößenwachstum von Stahl. Bei einer bestimmten Temperatur, desto länger die Haltezeit, desto günstiger ist das Wachstum von Austenitkörnern.
Die Tendenz des Kornwachstums nimmt mit zunehmender Kohlenstoffgehalt im Stahl zu. Aber wenn sich der Zementit in der Austenit -Getreidegrenze befindet, wird er das Wachstum von Austenitkörnern behindern.
Zusätzlich zu MN, P und anderen Elementen erhöhen die Tendenz des Wachstums von Austenitkorn, andere Elemente, die Carbidelemente bilden (Ti, NB, ZB usw.), die Oxide und Nitride bilden (wie Al), wenn sie Verbindungen in Austenitgrenzen verteilt und Austenit -Grain -Grain -Wachstum zu Variationsgräben verteilt werden.
Die in Legierungsstahl üblicherweise hinzugefügten Legierungselemente sind MN, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, NB, Ni, Al und so weiter. Unter ihnen können NI, Si, AL und andere Elemente keine Verbindungen mit Kohlenstoff bilden. Elemente wie NB, Ti, V, W, Mo, Cr und Mn können Verbindungen mit Kohlenstoff bilden. Legierungselemente existieren in verschiedenen Formen in Stahl. Daher ist auch die Hauptaufgabe von Stahl unterschiedlich. Die Hauptaufgabe hat die folgenden Aspekte:
Wenn die Stärke des Stahls erhöht wird, werden die Elemente, die kein Carbid bilden können, hauptsächlich in Ferrit gelöst, um Legierungsferrit zu bilden, und die feste Lösung wird gestärkt. Carbidbildende Elemente bilden Legierungskarbid mit Kohlenstoff, was eine höhere Härte und eine stärkere Dispersionsstärkungswirkung aufweist. Welches Element dem Stahl hinzugefügt wird, erhöht seine Festigkeit.
Verbesserung der Härtbarkeit Zusätzlich zu CO, die meisten Legierungselemente, die Stahl zugesetzt werden, verlangsamen Sie die Zersetzung von Supercooled Austenit, so dass die C -Kurve rechts die kritische Kühlrate verringert, die Härtbarkeit von Stahl verbessert (Ni, Cr, CO). Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass dieser Effekt nur erreicht werden kann, wenn die Legierungselemente in Austenit aufgelöst werden.
Verhindern Sie das Wachstum von Austenitkörnern, bis bei Mn ist die Tendenz von Legierung der Austenit -Kornwachstum gering, insbesondere das von dem starken Carbid bildende Elemente (Ti, V, Zr, NB usw.) kann das Wachstum von Austenitkörnern stark verhindern und damit die Rolle der Verfeinerung von Getreide spielen.
Erhöhen Sie die Temperierungsstabilität von Stahl. Der Widerstand von Stahl gegen den Enthärtungsprozess während des Temperierens wird als Temperierungsstabilität bezeichnet. Viele Legierungselemente können die Temperatur der Carbidniederschläge und der restlichen Austenit -Zersetzung in Martensit erhöhen und verlangsamen. Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl hat Legierungsstahl daher eine höhere Härte und Festigkeit, wenn sie bei gleicher Temperatur gemildert ist. Im Gegenteil, wenn die Temperaturtemperatur von Legierungsstahl auf die gleiche Härte übereinstimmt, ist die Ausscheidung der inneren Spannung gründlicher und die Plastizität und die Zähigkeit höher. Carbidbildungselemente CR, MO, NB und V haben starke Auswirkungen auf die Temperierungsstabilität.
Sekundäre Verhärtung Wenn W, Mo, Cr, V-Gehalt im 500-600 ℃ Temperaturtemperaturbereich höher ist, verringert sich die Härte nicht, sondern erhöht das als sekundäre Temperaturhärtung bekannte Phänomen. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens, wenn es bei dieser Temperatur, fein, dispergierte spezielle Carbide wie MO2C, W2C und VC, werden aus Martensit ausfällt, was die Rolle der Dispersionshärten spielt. Zweitens wird beim Temperieren bei dieser Temperatur im Rest -Austenit ein Teil des Carbids ausgefällt, wodurch der Kohlenstoffgehalt verringert und die Temperatur des MS -Punktes erhöht wird, so dass der Rest -Austenit während des Kühlprozesses in Martensit (sekundäres Löschung) bei einer höheren Temperatur umgewandelt werden kann, um die Härte des Stahls zu erhöhen.
Die temperierende Sprödigkeit tritt auf, wenn der Legierungsstahl nach dem Löschen in einem bestimmten Temperaturbereich gemildert wird, was als temperamentvolle Brechtigkeit bezeichnet wird. Die Abnahme der Zähigkeit bei 350-400 ℃ wird als erste Art der Temperatur als die Sprödigkeit bezeichnet. Diese Sprödigkeit tritt unabhängig von Kohlenstoffstahl oder Legierungsstahl auf und ist unabhängig von der Kühlrate. Diese Art von Temperatur kann nach der Produktion nicht beseitigt werden, auch als irreversible Temperatur bekannt. Um das Auftreten einer solchen temperamentvollen Sprödigkeit zu vermeiden, erfolgt die Temperierung im Allgemeinen nicht in diesem Temperaturbereich.
Die Abnahme der Zähigkeit, die nach einer langsamen Abkühlung nach 500-600 ℃ Temperierung auftritt, wird als Temperatur von Typ-II (Hochtemperatur-Temperaturenmacht) bezeichnet. Die Legierungsstähle, die CR, Mn und Ni enthalten, sind für diese Art von Temperaturmürren am anfälligsten. Diese Art von Temperierung wird nicht auftreten, wenn sie nach dem Temperieren schnell abkühlt. Wenn sich nach dem Temperieren langsam abkühlt, ist die Sprödigkeit aufgetreten, solange das Wiedererwärmen der Temperatur und die schnelle Abkühlung das Temperieren der Sprödigkeit vollständig beseitigt werden kann, so dass es auch als reversible Temperaturfürst bezeichnet wird.
Hitzebeständiger Stahl
Die Wärmebeständigkeit von Stahl umfasst Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit.
Die Oxidationsbeständigkeit eines Metalls bezieht sich normalerweise auf die Bildung eines dichten Oxidfilms nach schneller Oxidation bei hohen Temperaturen, die die Metalloberfläche bedecken, so dass der Stahl nicht weiter oxidieren wird. Die oxidierte Oberfläche von Kohlenstoffstahl bei hohen Temperaturen erzeugt lose poröse Feo, die leicht abblättern kann, und Sauerstoffatome diffundieren weiterhin durch Feo, so dass der Stahl weiter oxidiert. Legierungselemente wie CR, Si und Al werden dem Stahl hinzugefügt, so dass bei hoher Temperatur in Kontakt mit Sauerstoff in Kontakt sind dicht Oxidationsfilme wie CR2O3, SiO2 und Al2O3 mit hohen Schmelzpunkten auf der Oberfläche gebildet, wodurch es schwierig ist, den Oxidationsprozess des Stahles in Hochschweremperaturgas zu fortzusetzen.
Die Hochtemperaturstärke (Wärmefestigkeit) des Stahls ist der Widerstand gegen Kriechen bei hohen Temperaturen. Um die Wärmefestigkeit von Stahl, CR, Mo, V, Ni und anderen Legierungselementen zu verbessern, werden normalerweise dem Stahl zugesetzt, was sich in die Matrix auflösen kann, um die feste Lösung zu stärken und die Rekristallisierungstemperatur zu verbessern, wodurch die Hochtemperaturstärke von Stahl verbessert wird. Das Hinzufügen von NB, V, TI und anderen Legierungselementen kann auch Carbide mit hoher Härte und guter thermischer Stabilität bilden, die auf der Matrix verteilt sind und eine Rolle bei der Stärkung der Dispersion spielen. Darüber hinaus hat die Austenitstruktur einen besseren Kriechwiderstand als Ferrit und eine bessere Korngröße als feines Korn. Natürlich kann es nicht zu grob sein, was die Stärke beeinflusst.
Martensitic Wärmefestes Stahl
CR und Si wurden zugesetzt, um die Oxidationsresistenz bei hohen Temperaturen zu verbessern. Das Hinzufügen von MO kann die Matrix stärken und das Temperieren der Sprödigkeit vermeiden. Das Hinzufügen von V kann verteiltes Carbid bilden und die Hochtemperaturstärke verbessern. Das Hinzufügen von W kann stabiles Carbid ausfällt und die Rekristallisierungstemperatur erheblich erhöhen. Die Betriebstemperatur dieser Art von Stahl überschreitet 700 ℃ nicht.
Austenitischer hitzebeständiger Stahl
Austenitischer hitzebeständiger Stahl hat einen hohen CR-Gehalt, der seine Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessern kann. Der Ni -Inhalt ist ebenfalls hoch und kann eine stabile Austenitstruktur bilden. Der Wärmebeständigkeit dieser Art von Stahl ist besser als die martensitische hitzebeständige Stahl, und die Kaltverformung und die Schweißleistung sind sehr gut und arbeiten im Allgemeinen bei 600-700 ℃.