Εισαγωγή σε στοιχεία σε χάλυβα
Μαγγάνιο (MN)
Το μαγγάνιο χρησιμοποιείται για να αποξείψει τα σιδηρομαγγανέζικα στη χάλυβα και παραμένει σε χάλυβα. Το μαγγάνιο μπορεί να αφαιρέσει το FEO σε χάλυβα, να βελτιώσει την ποιότητα του χάλυβα και να μειώσει τη βύθιση του χάλυβα. Το μαγγάνιο και ο βουλκανισμός συνδυάζονται για να σχηματίσουν MNs, εξαλείφουν το επιβλαβές αποτέλεσμα του θείου και βελτιώνουν την καυτή απόδοση εργασίας του χάλυβα. Το περιεχόμενο του μαγγανίου σε ανθρακούχο χάλυβα ελέγχεται γενικά μεταξύ 0,25 και 0,80%. Το μαγγάνιο μπορεί να διαλυθεί σε φερρίτη για να σχηματίσει φερρίτη μαγγανίου, ο οποίος παίζει το ρόλο της ενίσχυσης του φερρίτη. Το μαγγάνιο μπορεί επίσης να διαλυθεί σε FE3C για να σχηματίσει τσιμέντο από κράμα, βελτιώνοντας έτσι τη δύναμη του ανθρακούχου χάλυβα. Το μαγγάνιο είναι ένα ευεργετικό στοιχείο ακαθαρσίας και μια μικρή ποσότητα μαγγανίου δεν έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση του χάλυβα.
Πυρίτιο (SI)
Το πυρίτιο προστίθεται επίσης στον χάλυβα ως αποξειδωτικό. Η περιεκτικότητα του πυριτίου στον ανθρακικό χάλυβα ελέγχεται συνήθως μεταξύ 0,03-0,4%και το μεγαλύτερο μέρος του διαλύεται σε φερρίτη, σχηματίζοντας φερρίτη πυριτίου, ο οποίος παίζει το ρόλο της ενίσχυσης του φερρίτη και τη βελτίωση της αντοχής και της σκληρότητας του χάλυβα. Αλλά η πλαστικότητα και η σκληρότητα έχουν μειωθεί. Η έλλειψη πυριτίου δεν έχει σημαντική επίδραση στις ιδιότητες του χάλυβα.
Θείο (ες)
Το θείο μεταφέρεται σε χάλυβα με μεταλλεύματα και καύσιμο κατά τη διάρκεια του χάλυβα, το θείο είναι αδιάλυτο σε σίδηρο και η μορφή διαφορετικών FES υπάρχει, το FES και το Fe μπορούν να σχηματίσουν ένα σημείο τήξης 985 ℃ eutectic και διανέμονται στα όρια των κόκκων του ωστενίτη όταν ο χάλυβας είναι τυλιγμένος και σφυρηλατείται σε 1000-1200 ℃ Το φαινόμενο ονομάζεται Θερμική Βρετανότητα, το θείο είναι μια επιβλαβή ακαθαρσία, οπότε η περιεκτικότητα σε άνθρακα στον χάλυβα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Το επιβλαβές αποτέλεσμα του θείου μπορεί να εξαλειφθεί αυξάνοντας την περιεκτικότητα MN στον χάλυβα. Επειδή το μαγγάνιο και το θείο μπορούν να σχηματίσουν MNs με σημείο τήξης 1620 ℃, το MNS έχει μια ορισμένη πλαστικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, έτσι ώστε να μπορεί να αποφευχθεί η θερμική ευγένεια του χάλυβα.
Φωσφόρος (Ρ)
Ο φωσφόρος εισάγεται σε χάλυβα από μεταλλεύματα, όπου διαλύεται πλήρως στο φερρίτη, βελτιώνοντας τη δύναμη και τη σκληρότητα του φερρίτη. Αλλά ταυτόχρονα, η πλαστικότητα του χάλυβα σε θερμοκρασία δωματίου πέφτει απότομα και γίνεται εύθραυστη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κρύα ευγένεια. Ο φωσφόρος είναι επίσης μια επιβλαβή ακαθαρσία και το περιεχόμενό του στον χάλυβα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.
Μεταλογραφική δομή σε χάλυβα
Ferrite: Το διάμεσο στερεό διάλυμα άνθρακα στην α-Fe ονομάζεται φερρίτη. Συχνά αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο F (ή α). Ο Ferrite έχει κυβική δομή με επίκεντρο το σώμα και η ικανότητά του να διαλύει τον άνθρακα είναι φτωχή λόγω του μικρού χάσματος του. Στα 727 ℃, η μέγιστη περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι 0,0218%. Με τη μείωση της θερμοκρασίας, η διαλυμένη περιεκτικότητα σε άνθρακα μειώνεται σταδιακά και σε θερμοκρασία δωματίου, η διαλυμένη περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι μόνο 0,0008%. Το Ferrite έχει χαμηλή αντοχή, το Δ ΣΒ είναι 180-280mn/m2, Hb είναι περίπου 80, αλλά έχει καλή ολκιμότητα, δ είναι 50%.
Austenitic: Το ενδιάμεσο στερεό διάλυμα άνθρακα που σχηματίζεται σε Gamma-Fe ονομάζεται. Συχνά αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο Α (ή γ). Το austenite έχει δομή πλέγματος με επίκεντρο το πρόσωπο. Λόγω του μεγάλου αποτελεσματικού χάσματος του πλέγματος, η διαλυτότητα του άνθρακα είναι σχετικά υψηλή. Η μέγιστη διαλυτότητα άνθρακα στα 1148 ℃ είναι 2,11%, η οποία μειώνεται σταδιακά με τη μείωση της θερμοκρασίας και φθάνει το 0,77% στα 727 ℃. Οι μηχανικές ιδιότητες του ωστενίτη εξαρτώνται από την ποσότητα του διαλυμένου άνθρακα και το μέγεθος ενός κόκκου. Γενικά, η σκληρότητα του ωστενίτη είναι 170-220hbs, η επιμήκυνση του δ είναι 40-50%και ο ωστενίτης υπάρχει στην περιοχή στερεάς θερμοκρασίας πάνω από 727 ℃. Ο ωστενίτης είναι επιρρεπής σε πλαστικό σχηματισμό.
Cementite (Cementite): Η ένωση C και Fe (Fe3C) γνωστή ως Cementite, η περιεκτικότητα σε άνθρακα 6,69%, το σημείο τήξης του Cementite είναι 1227 ℃, η σκληρότητα του είναι πολύ υψηλή, περίπου 800hb, η αντοχή του χάλυβα είναι σχεδόν μηδενική. Το Cementite είναι μια μεταστατική φάση. Υπό ορισμένες συνθήκες, θα αποσυντεθεί και θα σχηματίσει άνθρακα χωρίς γραφίτη.
Martensite: Η χρήση μιας μεθόδου ταχείας ψύξης, λόγω του βαθμού υποψυχής, σιδήρου και ατόμων άνθρακα δεν μπορεί να διαχυθεί, ο ωστενίτης μπορεί να μετατραπεί μόνο με διατμητική διάτμηση πλέγματος, υπάρχει γ-Fe-επικεντρωμένη στο κυβικό πλέγμα που αναδιατάνεται με το α-FE Cubic Lattice. Αυτός ο ωστενίτης μετατρέπεται άμεσα σε ένα κορεσμένο αλφα-στερεό διάλυμα που περιέχει άνθρακα, που ονομάζεται μαρτενσίτης.
Το μέγεθος των κόκκων του ωστενίτη και των παραγόντων επηρεασμού του
Το μέγεθος των ωστενιτικών κόκκων του χάλυβα έχει μεγάλη επίδραση στη μικροδομή και τις ιδιότητες μετά την ψύξη. Όσο πιο λεπτό είναι το μέγεθος των κόκκων του ωστενίτη, τόσο λεπτότερη είναι η δομή μετά την ψύξη, και τόσο καλύτερη είναι η δύναμη, η πλαστικότητα και η σκληρότητα. Ως εκ τούτου, έχει μεγάλη σημασία να αποκτήσετε λεπτές κόκκους ωστενίτη με θερμική επεξεργασία για την τελική απόδοση και την ποιότητα του τεμαχίου εργασίας.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία της ωστενικοποίησης, τόσο πιο προφανής είναι η ανάπτυξη του χάλυβα. Σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος συγκράτησης, τόσο πιο ευνοϊκή είναι η ανάπτυξη των κόκκων ωστενίτη.
Η τάση ανάπτυξης των κόκκων αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα στον χάλυβα. Αλλά όταν ο τσιμεντίτης βρίσκεται στο όριο των ωστενίτη κόκκων, θα εμποδίσει την ανάπτυξη κόκκων ωστενίτη.
Εκτός από το MN, το P και άλλα στοιχεία αυξάνουν την τάση της ανάπτυξης των ωστενίτη, άλλα στοιχεία που σχηματίζουν στοιχεία καρβιδίου (Ti, NB, ZB κ.λπ.), που σχηματίζουν οξείδια και νιτρίδια (όπως AL), όταν σχηματίζουν ενώσεις που διανέμονται σε όρια ωστενίτη κόκκων, θα εμποδίσουν την αύξηση των ωστενών σε μεταβλητές βαθμοί.
Τα στοιχεία κράματος που συνήθως προστίθενται σε κράμα χάλυβα είναι MN, SI, CR, MO, W, V, TI, NB, NI, AL και ούτω καθεξής. Μεταξύ αυτών, τα NI, SI, AL και άλλα στοιχεία δεν μπορούν να σχηματίσουν ενώσεις με άνθρακα. Στοιχεία όπως NB, TI, V, W, MO, CR και MN μπορούν να σχηματίσουν ενώσεις με άνθρακα. Τα στοιχεία κράματος υπάρχουν σε διαφορετικές μορφές στον χάλυβα. Επομένως, ο κύριος ρόλος του χάλυβα είναι επίσης διαφορετικός. Ο κύριος ρόλος έχει τις ακόλουθες πτυχές:
Όταν αυξάνεται η αντοχή του χάλυβα, τα στοιχεία που δεν μπορούν να σχηματίσουν καρβίδιο διαλύονται κυρίως σε φερρίτη για να σχηματίσουν φερρίτη κράματος και το στερεό διάλυμα ενισχύεται. Τα στοιχεία σχηματισμού καρβιδίου σχηματίζουν καρβίδιο κράματος με άνθρακα, το οποίο έχει υψηλότερη σκληρότητα και μεγαλύτερη επίδραση ενίσχυσης διασποράς. Οποιοδήποτε στοιχείο προστίθεται στον χάλυβα αυξάνει τη δύναμή του.
Βελτιώστε τη σκληρότητα Εκτός από το CO, τα περισσότερα στοιχεία κράματος που προστίθενται στον χάλυβα, επιβραδύνουν την αποσύνθεση του υπερψυσωμένου ωστενίτη, έτσι ώστε η καμπύλη C προς τα δεξιά, να μειώσει τον κρίσιμο ρυθμό ψύξης, να βελτιώσει τη σκληρότητα του χάλυβα (Ni, Cr, CO). Αλλά πρέπει να επισημανθεί ότι αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί μόνο όταν τα στοιχεία κράματος διαλύονται σε ωστενίτη.
Αποτρέψτε την ανάπτυξη κόκκων ωστενίτη εκτός από το MN, η τάση ανάπτυξης των κόκκων με αυστενίτη είναι μικρή, ειδικά το καρβίδιο που παράγεται από τα ισχυρά στοιχεία σχηματισμού καρβιδίου (Ti, V, Zr, NB κ.λπ.) μπορούν να αποτρέψουν έντονα την ανάπτυξη των ωστενίτη και έτσι να διαδραματίσουν το ρόλο της διύλισης των σιτηρών.
Αυξήστε τη σταθερότητα της σταθερότητας του χάλυβα. Η αντίσταση του χάλυβα στη διαδικασία μαλάκυνσης κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης ονομάζεται σταθερότητα σκλήρυνσης. Πολλά στοιχεία κράματος μπορούν να αυξηθούν και να επιβραδύνουν τη θερμοκρασία των βροχοπτώσεων του καρβιδίου και την υπολειμματική αποσύνθεση ωστενίτη στο μαρτενσίτη. Ως εκ τούτου, σε σύγκριση με τον ανθρακούχο χάλυβα, το κράμα χάλυβα έχει υψηλότερη σκληρότητα και αντοχή όταν μετριάζεται στην ίδια θερμοκρασία. Αντίθετα, όταν ανέρχονται στην ίδια σκληρότητα, η θερμοκρασία της θερμοκρασίας του χάλυβα κράματος είναι υψηλή, οπότε η εσωτερική απομάκρυνσή του είναι πιο διεξοδική και η πλαστικότητα και η σκληρότητα είναι υψηλότερη. Στοιχεία σχηματισμού καρβιδίου CR, MO, NB και V έχουν ισχυρές επιδράσεις στη σταθερότητα της σκλήρυνσης.
Δευτερεύουσα σκλήρυνση Όταν το περιεχόμενο W, MO, CR, V είναι υψηλότερη, στην περιοχή θερμοκρασίας 500-600 ℃, η σκληρότητα δεν μειώνεται, αλλά αυξάνει το φαινόμενο που είναι γνωστό ως δευτερεύουσα σκλήρυνση. Υπάρχουν δύο λόγοι γι 'αυτό: πρώτον, όταν η ανάκτηση αυτής της θερμοκρασίας, λεπτό, διασκορπισμένο ειδικά καρβίδια, όπως MO2C, W2C και VC, θα κατακρημνίσει από το μαρτενσίτη, ο οποίος παίζει το ρόλο της σκλήρυνσης διασποράς. Δεύτερον, κατά την ανάκτηση αυτής της θερμοκρασίας, ένα μέρος του καρβιδίου κατακρημνίζεται στο υπολειμματικό ωστενίτη, γεγονός που μειώνει την περιεκτικότητα σε άνθρακα και αυξάνει τη θερμοκρασία του σημείου MS, έτσι ώστε ο υπολειμματικός ωστενίτης να μπορεί να μετατραπεί σε μαρτενσίτη (δευτερογενή απόσβεση) σε υψηλότερη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψύξης για να αυξήσει τη σκληρότητα του χάλυβα.
Η μέτρηση της βαρύτητας εμφανίζεται όταν ο χάλυβας κράματος μετριάζεται σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασίας μετά την απόσβεση, η οποία ονομάζεται Greding Brittleness. Η μείωση της ανθεκτικότητας στα 350-400 ℃ ονομάζεται ο πρώτος τύπος τζαμιού. Αυτή η ευκαμψία εμφανίζεται ανεξάρτητα από τον άνθρακα χάλυβα ή το κράμα χάλυβα και είναι ανεξάρτητο από το ρυθμό ψύξης. Αυτό το είδος της ευελιξίας δεν μπορεί να εξαλειφθεί μετά την παραγωγή, επίσης γνωστό ως μη αναστρέψιμη ευγένεια. Για να αποφευχθεί η εμφάνιση τέτοιου μεγέθους, η σκλήρυνση γενικά δεν γίνεται μέσα σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας.
Η μείωση της ανθεκτικότητας που συμβαίνει μετά από αργή ψύξη μετά από 500-600 ℃ Η σκλήρυνση ονομάζεται Βεφτό της Τύπου II (υψηλής θερμοκρασίας αναστροφής της ευγένειας). Οι χάλυβες κράματος που περιέχουν CR, MN και NI είναι πιο επιρρεπείς σε αυτό το είδος της ευελιξίας. Αυτό το είδος της βαρύτητας δεν θα συμβεί αν κρυώσει γρήγορα μετά τη σκλήρυνση. Εάν η αργή ψύξη μετά τη σκλήρυνση, έχει σημειωθεί ευελιξία, εφόσον η αναθέρμανση της θερμοκρασίας και η γρήγορη ψύξη, τότε η σκλήρυνση της ευγένειας μπορεί να εξαλειφθεί πλήρως, οπότε ονομάζεται επίσης αναστρέψιμη αναστροφή της βαρύτητας.
Χάλυβα ανθεκτικό στη θερμότητα
Η αντοχή στη θερμότητα του χάλυβα περιλαμβάνει αντίσταση οξείδωσης υψηλής θερμοκρασίας και αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία.
Η αντοχή στην οξείδωση ενός μετάλλου, συνήθως αναφέρεται στον σχηματισμό ενός πυκνού μεμβράνης οξειδίου μετά από ταχεία οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, καλύπτοντας την μεταλλική επιφάνεια, έτσι ώστε ο χάλυβας να μην συνεχίσει να οξειδώνεται. Η οξειδωμένη επιφάνεια του ανθρακούχου χάλυβα σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργεί χαλαρό πορώδες FeO, το οποίο είναι εύκολο να απομακρυνθεί και τα άτομα οξυγόνου συνεχίζουν να διαχέονται μέσω FeO έτσι ώστε ο χάλυβας να συνεχίζει να οξειδώνεται. Στοιχεία κράματος όπως CR, SI και Al προστίθενται στον χάλυβα, έτσι ώστε όταν ο χάλυβας έρχεται σε επαφή με οξυγόνο σε υψηλή θερμοκρασία, οι πυκνές μεμβράνες οξείδωσης όπως το CR2O3, το SiO2 και το AL2O3 με υψηλά σημεία τήξης σχηματίζονται στην επιφάνεια, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συνέχιση της διαδικασίας οξειδώσεως του χάλυβα σε αέριο υψηλής θερμοκρασίας.
Η αντοχή υψηλής θερμοκρασίας (θερμική αντοχή του χάλυβα είναι η αντίσταση στην ερπυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες. Για να βελτιωθεί η θερμική αντοχή των χάλυβα, Cr, Mo, V, Ni και άλλα στοιχεία κράματος προστίθενται συνήθως στον χάλυβα, τα οποία μπορούν να διαλύονται στη μήτρα για να ενισχύσουν το στερεό διάλυμα και να βελτιώσουν τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης, ενισχύοντας έτσι την αντοχή υψηλής θερμοκρασίας του χάλυβα. Η προσθήκη NB, V, TI και άλλα στοιχεία κράματος μπορούν επίσης να σχηματίσουν καρβίδια με υψηλή σκληρότητα και καλή θερμική σταθερότητα, τα οποία διανέμονται στη μήτρα και παίζουν ρόλο στην ενίσχυση της διασποράς. Επιπλέον, η δομή ωστενίτη έχει καλύτερη αντοχή ερπυσμού από το φερρίτη και το καλύτερο μέγεθος των κόκκων από τους λεπτούς κόκκους. Φυσικά, δεν μπορεί να είναι πολύ χονδροειδές, πράγμα που θα επηρεάσει τη δύναμη.
Μαρνσίτη ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα
CR και SI προστέθηκαν για να βελτιωθεί η αντίσταση οξείδωσης σε υψηλές θερμοκρασίες. Η προσθήκη MO μπορεί να ενισχύσει τη μήτρα και να αποφύγει τη μέτρηση της ευγένειας. Η προσθήκη V μπορεί να σχηματίσει διασκορπισμένο καρβίδιο και να βελτιώσει τη δύναμη υψηλής θερμοκρασίας. Η προσθήκη W μπορεί να κατακρημνίσει σταθερά καρβίδιο και να αυξήσει σημαντικά τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης. Η θερμοκρασία λειτουργίας αυτού του είδους χάλυβα δεν υπερβαίνει τα 700 ℃.
Ωστενιτικό χάλυβα ανθεκτικό στη θερμότητα
Ο ωστενιτικός χάλυβας ανθεκτικός στη θερμότητα έχει υψηλή περιεκτικότητα σε CR, η οποία μπορεί να βελτιώσει την αντοχή της υψηλής θερμοκρασίας και την αντοχή στην οξείδωση. Το περιεχόμενο NI είναι επίσης υψηλό και μπορεί να σχηματίσει μια σταθερή δομή ωστενίτη. Η αντοχή στη θερμότητα αυτού του είδους χάλυβα είναι καλύτερη από αυτή του μαρτενιθιτικού ανθεκτικού στη θερμότητα χάλυβα και η ψυχρή παραμόρφωση και η απόδοση συγκόλλησης είναι πολύ καλές, γενικά εργάζονται σε 600-700 ℃.