Pengantar Elemen dalam Baja
Mangan (MN)
Mangan digunakan untuk mendeoksidasi Ferromangan dalam pembuatan baja dan tetap di baja. Mangan dapat menghapus FEO dalam baja, meningkatkan kualitas baja dan mengurangi kerapuhan baja. Mangan dan vulkanisasi bergabung untuk membentuk MNS, menghilangkan efek berbahaya sulfur, dan meningkatkan kinerja baja kerja yang panas. Kandungan mangan dalam baja karbon umumnya dikontrol antara 0,25 dan 0,80%. Mangan dapat dilarutkan dalam ferit untuk membentuk ferit mangan, yang memainkan peran memperkuat ferit. Mangan juga dapat dilarutkan dalam Fe3c untuk membentuk semen paduan, sehingga meningkatkan kekuatan baja karbon. Mangan adalah elemen pengotor yang menguntungkan, dan sejumlah kecil mangan tidak memiliki pengaruh signifikan terhadap kinerja baja.
Silikon (SI)
Silikon juga ditambahkan ke baja sebagai deoxidizer. Kandungan silikon dalam baja karbon biasanya dikendalikan antara 0,03-0,4%, dan sebagian besar dilarutkan dalam ferit, membentuk silikon ferit, yang memainkan peran memperkuat ferit dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja. Tetapi plastisitas dan ketangguhan telah menurun. Kurangnya silikon tidak memiliki efek signifikan pada sifat baja.
Belerang
Sulfur dibawa ke dalam baja oleh bijih dan bahan bakar dalam pembuatan baja, belerang tidak larut dalam besi, dan bentuk FE yang berbeda ada, Fe dan Fe dapat membentuk titik leleh 985 ℃ eutektik, dan didistribusikan pada batas gandum Austenit ketika baja digulung dan dipalsukan pada 1000-1200, akan merendahkan crystal pada baja yang digulung dan dipalsukan pada 1000-1200, akan merendahkan crystal pada baja pada 1000-1200 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ Fenomena disebut brittleness termal, belerang adalah pengotor yang berbahaya, sehingga kandungan karbon dalam baja harus dikontrol secara ketat. Efek berbahaya dari belerang dapat dihilangkan dengan meningkatkan kandungan Mn dalam baja. Karena mangan dan belerang dapat membentuk MN dengan titik leleh 1620 ℃, MNS memiliki plastisitas tertentu pada suhu tinggi, sehingga kerapuhan termal baja dapat dihindari.
Fosfor (P)
Fosfor diperkenalkan ke dalam baja dari bijih, di mana ia benar -benar larut dalam ferit, meningkatkan kekuatan dan kekerasan ferit. Tetapi pada saat yang sama, plastisitas baja pada suhu kamar turun tajam dan menjadi rapuh. Fenomena ini disebut kerapuhan dingin. Fosfor juga merupakan pengotor yang berbahaya, dan kandungannya dalam baja harus dikontrol secara ketat.
Struktur metalografi dalam baja
Ferit: Larutan padatan interstitial karbon dalam α-Fe disebut ferit. Ini sering diwakili oleh simbol F (atau α). Ferit memiliki struktur kubik yang berpusat pada tubuh, dan kemampuannya untuk melarutkan karbon buruk karena celah kecilnya. Pada 727 ℃, kandungan karbon terlarut maksimum adalah 0,0218%. Dengan penurunan suhu, kandungan karbon terlarut secara bertahap menurun, dan pada suhu kamar, kandungan karbon terlarut hanya 0,0008%. Ferit memiliki kekuatan rendah, ΔσB adalah 180-280mn/m2, HB adalah sekitar 80, tetapi memiliki keuletan yang baik, Δ 50%.
Austenitic: Larutan padatan interstitial karbon yang terbentuk dalam gamma-fe disebutnya. Ini sering diwakili oleh simbol A (atau γ). Austenite memiliki struktur kisi kubik yang berpusat pada wajah. Karena kesenjangan kisi yang besar, kelarutan karbonnya relatif tinggi. Kelarutan karbon maksimum pada 1148 ℃ adalah 2,11%, yang secara bertahap berkurang dengan penurunan suhu dan mencapai 0,77% pada 727 ℃. Sifat mekanis austenit tergantung pada jumlah karbon terlarut dan ukuran biji -bijian. Secara umum, kekerasan austenit adalah 170-220hbs, perpanjangan δ adalah 40-50%, dan austenite ada dalam kisaran suhu padat di atas 727 ℃. Austenite rentan terhadap pembentukan plastik.
Sementit (sementit): senyawa C dan Fe (Fe3c) yang dikenal sebagai sementit, kandungan karbon 6,69%, titik peleburan sementit adalah 1227 ℃, kekerasannya sangat tinggi, sekitar 800hb, plastik dan ketangguhan dampak hampir nol, kerapuhan kerapuhan, sehingga tidak dapat digunakan sebagai fase matrix, adalah fase karbon, adalah fase karbon. Sementit adalah fase metastabil. Dalam kondisi tertentu, ia akan membusuk dan membentuk karbon bebas grafit.
Martensit: Penggunaan metode pendinginan yang cepat, karena tingkat pendinginan, zat besi, dan atom karbon tidak dapat disebarkan, austenit hanya dapat dengan geser kisi yang tidak berbeda, ada kisi kubik yang berpusat pada wajah-Fe-Fe yang dipusatkan oleh α-Fe yang berpusat pada tubuh. Austenit ini secara langsung berubah menjadi larutan alpha-solid jenuh yang mengandung karbon, yang disebut martensit.
Ukuran butir austenit dan faktor -faktor yang mempengaruhi
Ukuran butir baja austenitik memiliki pengaruh besar pada struktur mikro dan sifat setelah pendinginan. Semakin halus ukuran butir austenit, semakin halus struktur setelah pendinginan, dan semakin baik kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan. Oleh karena itu, sangat penting untuk mendapatkan biji -bijian austenit halus dengan perlakuan panas untuk kinerja akhir dan kualitas benda kerja.
Semakin tinggi suhu austenitization, semakin jelas pertumbuhan ukuran butir baja. Pada suhu tertentu, semakin lama waktu penahanan, semakin baik pertumbuhan butiran austenite.
Kecenderungan pertumbuhan biji -bijian meningkat dengan meningkatnya kandungan karbon dalam baja. Tetapi ketika sementit berada di batas butir austenit, ia akan menghalangi pertumbuhan biji -bijian austenit.
Selain MN, P dan elemen lain meningkatkan kecenderungan pertumbuhan biji -bijian austenit, unsur -unsur lain yang membentuk elemen karbida (Ti, NB, ZB, dll.), Membentuk oksida dan nitrida (seperti AL), ketika mereka membentuk senyawa yang didistribusikan dalam batas -batas deger austenit, akan menghalangi pertumbuhan gandum austenit.
Elemen paduan yang biasa ditambahkan dalam baja paduan adalah Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, NB, Ni, Al, dan sebagainya. Di antara mereka, Ni, Si, AL, dan elemen lainnya tidak dapat membentuk senyawa dengan karbon. Elemen seperti NB, Ti, V, W, MO, CR, dan MN dapat membentuk senyawa dengan karbon. Elemen paduan ada dalam berbagai bentuk dalam baja. Oleh karena itu, peran utama baja juga berbeda. Peran utama memiliki aspek -aspek berikut:
Ketika kekuatan baja meningkat, elemen -elemen yang tidak dapat membentuk karbida terutama dilarutkan menjadi ferit untuk membentuk ferit paduan, dan larutan padat diperkuat. Elemen pembentuk karbida membentuk paduan karbida dengan karbon, yang memiliki kekerasan yang lebih tinggi dan efek penguatan dispersi yang lebih besar. Elemen apa pun yang ditambahkan ke baja meningkatkan kekuatannya.
Tingkatkan Hardenability Selain CO, sebagian besar elemen paduan ditambahkan ke baja, memperlambat dekomposisi austenite supercooled, sehingga kurva C di sebelah kanan, mengurangi laju pendinginan kritis, meningkatkan hardenability baja, (Ni, CR, CO) Ini adalah salah satu tujuan utama elemen paduan yang ditambahkan ke baja. Tetapi harus ditunjukkan bahwa efek ini hanya dapat dicapai ketika elemen paduan dilarutkan menjadi austenite.
Cegah pertumbuhan butiran austenit kecuali untuk MN, kecenderungan pertumbuhan gandum austenit paduan kecil, terutama karbida yang dihasilkan oleh elemen pembentuk karbida yang kuat (Ti, V, Zr, NB, dll.) Dapat sangat mencegah pertumbuhan biji -bijian austenit, dan dengan demikian memainkan peran biji -bijian.
Tingkatkan stabilitas tempering baja. Resistansi baja terhadap proses pelunakan selama tempering disebut stabilitas tempering. Banyak elemen paduan dapat meningkat dan memperlambat suhu presipitasi karbida dan dekomposisi austenit residual di martensit. Oleh karena itu, dibandingkan dengan baja karbon, baja paduan memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi ketika marah pada suhu yang sama. Sebaliknya, ketika mengalami kesedihan ke kekerasan yang sama, suhu tempering baja paduan tinggi, sehingga eliminasi tegangan internal lebih teliti, dan plastisitas, dan ketangguhan lebih tinggi. Elemen pembentuk karbida CR, MO, NB, dan V memiliki efek kuat pada stabilitas tempering.
Pengerasan sekunder ketika konten W, MO, CR, V lebih tinggi, dalam kisaran suhu temper 500-600, kekerasan tidak berkurang, tetapi meningkatkan fenomena yang dikenal sebagai pengerasan tempering sekunder. Ada dua alasan untuk ini: pertama, ketika tempering pada suhu ini, halus, karbida khusus yang tersebar, seperti MO2C, W2C, dan VC, akan memicu martensit, yang memainkan peran pengerasan dispersi; Kedua, ketika mengalami temper pada suhu ini, bagian karbida diendapkan dalam sisa austenit, yang mengurangi kandungan karbon dan meningkatkan suhu titik MS, sehingga sisa austenit dapat diubah menjadi martensit (pendinginan sekunder) pada suhu yang lebih tinggi selama proses pendinginan untuk meningkatkan kekerasan baja.
Tempering Brittleness terjadi ketika baja paduan marah dalam kisaran suhu tertentu setelah pendinginan, yang disebut kerapuhan tempering. Penurunan ketangguhan pada 350-400 ℃ disebut tipe pertama dari kerapuhan amarah. Kerapuhan ini terjadi terlepas dari baja karbon atau baja paduan dan tidak tergantung pada laju pendinginan. Jenis kerapuhan amarah ini tidak dapat dihilangkan setelah produksi, juga dikenal sebagai kerapuhan amarah yang tidak dapat diubah. Untuk menghindari terjadinya kerapuhan tempering seperti itu, tempering umumnya tidak dilakukan dalam kisaran suhu ini.
Penurunan ketangguhan yang terjadi setelah pendinginan lambat setelah 500-600 ℃ tempering disebut tipe II tempering brittleness (brittleness tempering suhu tinggi). Baja paduan yang mengandung CR, MN, dan Ni paling rentan terhadap kerapuhan temperamen semacam ini. Jenis kerapuhan tempering ini tidak akan terjadi jika mendingin dengan cepat setelah tempering; Jika pendinginan lambat setelah tempering, kerapuhan telah terjadi, selama pemanasan kembali ke suhu temper dan pendinginan cepat, maka kerapuhan tempering dapat sepenuhnya dihilangkan, sehingga juga disebut kerapuhan tempering yang dapat dibalik.
Baja tahan panas
Tahan panas baja termasuk ketahanan oksidasi suhu tinggi dan kekuatan suhu tinggi.
Resistensi oksidasi logam, biasanya mengacu pada pembentukan film oksida padat setelah oksidasi cepat pada suhu tinggi, menutupi permukaan logam, sehingga baja tidak akan terus teroksidasi. Permukaan teroksidasi baja karbon pada suhu tinggi menghasilkan FEO berpori longgar, yang mudah dikupas, dan atom oksigen terus berdifusi melalui FEO sehingga baja terus teroksidasi. Elemen paduan seperti CR, SI, dan AL ditambahkan ke baja, sehingga ketika baja bersentuhan dengan oksigen pada suhu tinggi, film oksidasi padat seperti CR2O3, SiO2, dan Al2O3 dengan titik leleh yang tinggi terbentuk di permukaan, yang membuatnya sulit untuk melanjutkan proses oksidasi baja dalam gas temperature tinggi.
Kekuatan suhu tinggi (kekuatan termal) baja adalah ketahanan terhadap creep pada suhu tinggi. Untuk meningkatkan kekuatan termal baja, CR, MO, V, NI, dan elemen paduan lainnya biasanya ditambahkan ke baja, yang dapat larut ke dalam matriks untuk memperkuat larutan padat dan meningkatkan suhu rekristalisasi, sehingga meningkatkan kekuatan baja suhu tinggi. Menambahkan elemen NB, V, TI dan paduan lainnya juga dapat membentuk karbida dengan kekerasan tinggi dan stabilitas termal yang baik, yang didistribusikan pada matriks dan memainkan peran dalam penguatan dispersi. Selain itu, struktur austenite memiliki ketahanan creep yang lebih baik daripada ferit dan ukuran butir yang lebih baik daripada biji -bijian halus. Tentu saja, itu tidak terlalu kasar, yang akan mempengaruhi kekuatan.
Baja tahan panas martensit
CR dan SI ditambahkan untuk meningkatkan resistensi oksidasi pada suhu tinggi. Menambahkan MO dapat memperkuat matriks dan menghindari kerapuhan yang sedang marah. Menambahkan V dapat membentuk karbida terdispersi dan meningkatkan kekuatan suhu tinggi. Menambahkan W dapat mengendapkan karbida yang stabil dan meningkatkan suhu rekristalisasi secara signifikan. Suhu operasi jenis baja ini tidak melebihi 700 ℃.
Baja tahan panas austenitik
Baja tahan panas austenitik memiliki kandungan CR tinggi, yang dapat meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi. Konten Ni juga tinggi dan dapat membentuk struktur austenit yang stabil. Resistensi panas dari jenis baja ini lebih baik daripada baja tahan panas martensit, dan deformasi dingin dan kinerja pengelasan sangat baik, umumnya bekerja pada 600-700 ℃.