Introduzione agli elementi in acciaio
Manganese (MN)
Il manganese viene utilizzato per desossidare i ferromanganesi in acciaio e rimane in acciaio. Il manganese può rimuovere FEO in acciaio, migliorare la qualità dell'acciaio e ridurre la fragilità dell'acciaio. Il manganese e la vulcanizzazione si combinano per formare MNS, eliminano l'effetto dannoso dello zolfo e migliorano le prestazioni di lavoro a caldo dell'acciaio. Il contenuto di manganese in acciaio al carbonio è generalmente controllato tra lo 0,25 e lo 0,80%. Il manganese può essere sciolto nella ferrite per formare la ferrite di manganese, che svolge il ruolo di rafforzamento della ferrite. Il manganese può anche essere sciolto in Fe3c per formare la cementazione in lega, migliorando così la resistenza dell'acciaio al carbonio. Il manganese è un elemento di impurità benefica e una piccola quantità di manganese non ha alcun effetto significativo sulle prestazioni dell'acciaio.
Silicio (SI)
Il silicio viene anche aggiunto all'acciaio come desossidante. Il contenuto di silicio in acciaio al carbonio è generalmente controllato tra lo 0,03-0,4%e la maggior parte viene sciolta nella ferrite, formando ferrite di silicio, che svolge il ruolo del rafforzamento della ferrite e nel miglioramento della forza e della durezza dell'acciaio. Ma la plasticità e la tenacità sono diminuite. La mancanza di silicio non ha alcun effetto significativo sulle proprietà dell'acciaio.
Zolfo (i)
Sulfur is brought into steel by ore and fuel in steelmaking, sulfur is insoluble in iron, and the form of different FeS exists, FeS and Fe can form a melting point of 985℃ eutectic, and are distributed on the grain boundaries of austenite when the steel is rolled and forged at 1000-1200℃, will melt the eutectic crystal on the grain boundaries, is the steel brittle, this phenomenon è chiamato fragilità termica, lo zolfo è un'impurità dannosa, quindi il contenuto di carbonio in acciaio deve essere strettamente controllato. L'effetto dannoso dello zolfo può essere eliminato aumentando il contenuto di Mn nell'acciaio. Poiché il manganese e lo zolfo possono formare MNS con un punto di fusione di 1620 ℃, MNS ha una certa plasticità ad alte temperature, quindi può essere evitata la fragilità termica dell'acciaio.
Fosforo (P)
Il fosforo viene introdotto in acciaio dal minerale, dove viene completamente sciolto nella ferrite, migliorando la forza e la durezza della ferrite. Ma allo stesso tempo, la plasticità dell'acciaio a temperatura ambiente scende bruscamente e diventa fragile. Questo fenomeno si chiama freddo fresco. Il fosforo è anche un'impurità dannosa e il suo contenuto in acciaio deve essere strettamente controllato.
Struttura metallografica in acciaio
Ferrite: la soluzione solida interstiziale di carbonio in α-Fe è chiamata ferrite. È spesso rappresentato dal simbolo F (o α). La ferrite ha una struttura cubica centrata sul corpo e la sua capacità di dissolvere il carbonio è scarsa a causa del suo piccolo divario. A 727 ℃, il contenuto massimo di carbonio disciolto è dello 0,0218%. Con la diminuzione della temperatura, il contenuto di carbonio disciolto diminuisce gradualmente e a temperatura ambiente il contenuto di carbonio disciolto è solo dello 0,0008%. La ferrite ha una bassa resistenza, Δσb è 180-280mn/m2, Hb è di circa 80, ma ha una buona duttilità, Δ è del 50%.
Austenitico: la soluzione solida interstiziale di carbonio formata in gamma-fe è chiamata IT. È spesso rappresentato dal simbolo A (o γ). Austenite ha una struttura reticolare cubica centrata sul viso. A causa del suo grande divario reticolare efficace, la sua solubilità al carbonio è relativamente alta. La massima solubilità al carbonio a 1148 ℃ è del 2,11%, che diminuisce gradualmente con la diminuzione della temperatura e raggiunge lo 0,77% a 727 ℃. Le proprietà meccaniche dell'austenite dipendono dalla quantità di carbonio disciolto e dalle dimensioni di un grano. Generalmente, la durezza dell'austenite è di 170-220HB, l'allungamento di Δ è del 40-50%ed esiste l'austenite nell'intervallo di temperatura solida superiore a 727 ℃. L'austenite è soggetta alla formazione di plastica.
Cementite (cementite): composto C e Fe (FE3C) noto come cementite, contenuto di carbonio del 6,69%, il punto di fusione della cementite è 1227 ℃, la sua durezza è molto elevata, circa 800Hb, la plastica e la resistenza all'impatto sono quasi zero, la fragilità è eccezionale, quindi non può essere utilizzata come fase di matrice di matrice, è la fase di rafforzamento principale. La cementite è una fase metastabile. In determinate condizioni, si decomponderà e formerà carbonio senza grafitico.
Martensite: l'uso di un metodo di raffreddamento rapido, a causa del grado di sottoinvoltura, ferro e atomi di carbonio non può essere diffuso, l'austenite può essere solo con taglio reticolare non diffuso, c'è un reticolo cubico centrato sul viso γ-FE rianimato cubico rimodellato a un reticolo cubico incentrato sul corpo. Questa austenite si trasforma direttamente in una soluzione alfa-solida satura contenente carbonio, chiamata martensite.
La dimensione del grano di austenite e i suoi fattori influenzanti
La dimensione del grano austenitico dell'acciaio ha una grande influenza sulla microstruttura e sulle proprietà dopo il raffreddamento. Più fine è la dimensione del grano di austenite, più fine è la struttura dopo il raffreddamento e migliore è la forza, la plasticità e la tenacità. Pertanto, è di grande significato ottenere granuli di austenite fini mediante il trattamento termico per le prestazioni finali e la qualità del pezzo.
Maggiore è la temperatura di austenitizzazione, più evidente è la crescita della dimensione del grano dell'acciaio. A una certa temperatura, più tempo è il tempo di mantenimento, più favorevole è la crescita dei cereali di austenite.
La tendenza alla crescita del grano aumenta con l'aumento del contenuto di carbonio nell'acciaio. Ma quando la cementite è nel confine del grano austenite, ostacolerà la crescita del grano di austenite.
Oltre a Mn, P e altri elementi aumentano la tendenza della crescita del grano di austenite, altri elementi che formano elementi in carburo (TI, NB, ZB, ecc.), Formando ossidi e nitruri (come Al), quando formano composti distribuiti in confini di grano austenite, ostacoleranno la crescita del grano austenite a gradi vari.
Gli elementi in lega comunemente aggiunti in acciaio in lega sono Mn, Si, Cr, MO, W, V, Ti, NB, NI, AL e così via. Tra questi, Ni, Si, Al e altri elementi non possono formare composti con il carbonio. Elementi come NB, Ti, V, W, MO, CR e Mn possono formare composti con carbonio. Elementi di lega esistono in diverse forme in acciaio. Pertanto, anche il ruolo principale dell'acciaio è diverso. Il ruolo principale ha i seguenti aspetti:
Quando la resistenza dell'acciaio viene aumentata, gli elementi che non possono formare il carburo vengono principalmente sciolti nella ferrite per formare la ferrite in lega e la soluzione solida viene rafforzata. Gli elementi che formano in carburo formano carburo in lega con carbonio, che ha una maggiore durezza e un maggiore effetto di rafforzamento della dispersione. Qualunque elemento venga aggiunto all'acciaio aumenta la sua resistenza.
Migliora la intensità oltre a CO, la maggior parte degli elementi in lega aggiunti all'acciaio, rallenta la decomposizione dell'austenite super raffreddata, in modo che la curva C a destra, riduca la velocità di raffreddamento critico, migliorasse l'interruzione dell'acciaio (Ni, CR, CO) Questo è uno degli scopi principali degli elementi in allei aggiunti all'acciaio. Ma va sottolineato che questo effetto può essere raggiunto solo quando gli elementi in lega vengono sciolti in austenite.
Prevenire la crescita del grano di austenite ad eccezione di Mn, la tendenza alla crescita del grano austenite in lega è piccola, in particolare il carburo generato dai forti elementi di formazione del carburo (TI, V, Zr, NB, ecc.) Può prevenire fortemente la crescita del grano austenite e quindi svolgere il ruolo di raffinazione del grano.
Aumenta la stabilità di temperamento dell'acciaio. La resistenza dell'acciaio al processo di ammorbidimento durante il temperamento è chiamata stabilità di tempera. Molti elementi in lega possono aumentare e rallentare la temperatura delle precipitazioni in carburo e la decomposizione residua di austenite in martensite. Pertanto, rispetto all'acciaio al carbonio, l'acciaio in lega ha una maggiore durezza e resistenza quando è temperato alla stessa temperatura. Al contrario, quando si riduce alla stessa durezza, la temperatura di tempera dell'acciaio in lega è elevata, quindi la sua eliminazione di stress interno è più approfondita e la plasticità e la tenacità è maggiore. Elementi che formano in carburo CR, MO, NB e V hanno forti effetti sulla stabilità di tempera.
L'indurimento secondario quando il contenuto W, MO, CR, V è più elevato, nell'intervallo di temperatura di temperatura 500-600 ℃, la durezza non si riduce, ma aumenta il fenomeno noto come indurimento del temperamento secondario. Ci sono due ragioni per questo: in primo luogo, quando si tempera a questa temperatura, carburi speciali dispersi, come MO2C, W2C e VC, precipiteranno fuori da Martensite, che svolge il ruolo di indurimento della dispersione; In secondo luogo, quando si tempera a questa temperatura, parte del carburo viene precipitata nell'austenite residua, che riduce il contenuto di carbonio e aumenta la temperatura del punto MS, in modo che l'austenite residua possa essere convertita in martensite (tempra secondaria) a una temperatura più elevata durante il processo di raffreddamento per aumentare la durezza dell'acciaio.
La fragilità di temperamento si verifica quando l'acciaio in lega è temperato in un certo intervallo di temperatura dopo l'estinzione, che si chiama tempra. La diminuzione della tenacità a 350-400 ℃ è chiamata primo tipo di fragilità. Questa fragilità si verifica indipendentemente dall'acciaio al carbonio o dall'acciaio in lega ed è indipendente dalla velocità di raffreddamento. Questo tipo di fragilità non può essere eliminato dopo la produzione, noto anche come fragilità irreversibile. Per evitare il verificarsi di tale fragilità di tempera, il temperamento non è generalmente fatto all'interno di questo intervallo di temperatura.
La diminuzione della tenacità che si verifica dopo il raffreddamento lento dopo 500-600 ℃ il temperamento è chiamata fragilità di temperatura di tipo II (fragilità di temperatura ad alta temperatura). Gli acciai in lega contenenti CR, Mn e Ni sono più inclini a questo tipo di tempra. Questo tipo di fragilità di temperamento non si verificherà se si raffredda rapidamente dopo il temperamento; Se si è verificato un raffreddamento lento dopo il temperamento, si è verificata fragilità, fintanto che il riscaldamento alla temperatura di tempera e il raffreddamento rapido, allora la fragilità di temperamento può essere completamente eliminata, quindi è anche chiamato fragilità reversibile di temperamento.
Acciaio resistente al calore
La resistenza al calore dell'acciaio comprende resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e resistenza ad alta temperatura.
La resistenza all'ossidazione di un metallo, di solito si riferisce alla formazione di un film di ossido denso dopo una rapida ossidazione ad alte temperature, che copre la superficie del metallo, in modo che l'acciaio non continui a ossidarsi. La superficie ossidata dell'acciaio al carbonio ad alte temperature genera FEO poroso sciolto, che è facile da sfaldare, e gli atomi di ossigeno continuano a diffondersi attraverso il FEO in modo che l'acciaio continui a ossidarsi. Elementi in lega come CR, Si e Al vengono aggiunti all'acciaio, in modo che quando l'acciaio è in contatto con ossigeno ad alta temperatura, si formano film di ossidazione densi come CR2O3, SiO2 e AL2O3 con elevati punti di fusione sulla superficie, il che rende difficile continuare il processo di ossidazione dell'acciaio in gas ad alta temperatura.
La resistenza ad alta temperatura (resistenza termica) dell'acciaio è la resistenza a strisciare ad alte temperature. Per migliorare la resistenza termica dell'acciaio, CR, MO, V, NI e altri elementi di lega vengono generalmente aggiunti all'acciaio, che possono dissolversi nella matrice per rafforzare la soluzione solida e migliorare la temperatura di ricristallizzazione, migliorando così la resistenza ad alta temperatura dell'acciaio. L'aggiunta di NB, V, TI e altri elementi legati può anche formare carburi con alta durezza e buona stabilità termica, che sono distribuite sulla matrice e svolgono un ruolo nel rafforzamento della dispersione. Inoltre, la struttura austenite ha una migliore resistenza alla ferrite e una migliore dimensione del grano rispetto al grano fine. Certo, non può essere troppo grossolano, il che influenzerà la forza.
Acciaio resistente al calore martensitico
CR e SI sono stati aggiunti per migliorare la resistenza all'ossidazione ad alte temperature. L'aggiunta di MO può rafforzare la matrice ed evitare la tempra. L'aggiunta di V può formare carburo disperso e migliorare la resistenza ad alta temperatura. L'aggiunta di W può precipitare in carburo stabile e aumentare significativamente la temperatura di ricristallizzazione. La temperatura operativa di questo tipo di acciaio non supera i 700 ℃.
Acciaio austenitico resistente al calore
L'acciaio resistente al calore austenitico ha un alto contenuto di CR, che può migliorare la sua resistenza all'elevata temperatura e la resistenza all'ossidazione. Anche il contenuto di Ni è elevato e può formare una struttura austenite stabile. La resistenza al calore di questo tipo di acciaio è migliore di quella dell'acciaio resistente al calore martensitico e le prestazioni di deformazione e saldatura fredda sono molto buone, generalmente funzionanti a 600-700 ℃.