Pengenalan kepada Elemen dalam Keluli
Mangan (MN)
Mangan digunakan untuk deoxidize Ferromanganese dalam pembuatan keluli dan kekal dalam keluli. Mangan boleh mengeluarkan Feo dalam keluli, meningkatkan kualiti keluli dan mengurangkan kelembutan keluli. Mangan dan vulcanisasi bergabung untuk membentuk MNS, menghapuskan kesan berbahaya sulfur, dan meningkatkan prestasi kerja panas keluli. Kandungan mangan dalam keluli karbon umumnya dikawal antara 0.25 dan 0.80%. Mangan boleh dibubarkan dalam ferit untuk membentuk ferit mangan, yang memainkan peranan menguatkan ferit. Mangan juga boleh dibubarkan dalam Fe3C untuk membentuk simen aloi, dengan itu meningkatkan kekuatan keluli karbon. Mangan adalah elemen kekotoran yang bermanfaat, dan sedikit mangan tidak mempunyai kesan yang signifikan terhadap prestasi keluli.
Silikon (SI)
Silikon juga ditambah kepada keluli sebagai deoxidizer. Kandungan silikon dalam keluli karbon biasanya dikawal antara 0.03-0.4%, dan kebanyakannya dibubarkan dalam ferit, membentuk ferit silikon, yang memainkan peranan menguatkan ferit dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan keluli. Tetapi keplastikan dan ketangguhan telah menurun. Kekurangan silikon tidak mempunyai kesan yang signifikan terhadap sifat -sifat keluli.
Sulfur (s)
Sulfur dibawa ke dalam keluli dengan bijih dan bahan bakar dalam pembuatan keluli, sulfur tidak larut dalam besi, dan bentuk FES yang berlainan wujud, fes dan fe boleh membentuk titik lebur 985 ℃ eutektik, dan diedarkan pada batas-keluli yang diluluskan oleh keluli. Rapuh, fenomena ini dipanggil kelembutan termal, sulfur adalah kekotoran yang berbahaya, jadi kandungan karbon dalam keluli mesti dikawal ketat. Kesan berbahaya sulfur boleh dihapuskan dengan meningkatkan kandungan MN dalam keluli. Kerana mangan dan sulfur boleh membentuk MNS dengan titik lebur 1620 ℃, MNS mempunyai kepekaan tertentu pada suhu tinggi, jadi kelembutan haba keluli dapat dielakkan.
Fosforus (P)
Fosforus diperkenalkan ke dalam keluli dari bijih, di mana ia dibubarkan sepenuhnya dalam ferit, meningkatkan kekuatan dan kekerasan ferit. Tetapi pada masa yang sama, keplastikan keluli pada suhu bilik jatuh dengan tajam dan menjadi rapuh. Fenomena ini dipanggil keberanian sejuk. Fosforus juga merupakan kekotoran yang berbahaya, dan kandungannya dalam keluli mesti dikawal ketat.
Struktur metallografi dalam keluli
Ferrite: Penyelesaian pepejal interstisial karbon dalam α-Fe dipanggil ferit. Ia sering diwakili oleh simbol F (atau α). Ferrite mempunyai struktur padu berpusatkan badan, dan keupayaannya untuk membubarkan karbon adalah miskin kerana jurangnya yang kecil. Pada 727 ℃, kandungan karbon terlarut maksimum ialah 0.0218%. Dengan penurunan suhu, kandungan karbon terlarut secara beransur -ansur berkurangan, dan pada suhu bilik, kandungan karbon terlarut hanya 0.0008%. Ferrite mempunyai kekuatan yang rendah, ΔσB adalah 180-280mn/m2, Hb adalah kira-kira 80, tetapi ia mempunyai kemuluran yang baik, δ adalah 50%.
Austenitic: Penyelesaian pepejal interstisial karbon yang terbentuk dalam gamma-fe dipanggilnya. Ia sering diwakili oleh simbol A (atau γ). Austenite mempunyai struktur kisi padu berpusatkan muka. Oleh kerana jurang kekisi yang berkesan, kelarutan karbonnya agak tinggi. Kelarutan karbon maksimum pada 1148 ℃ adalah 2.11%, yang secara beransur -ansur berkurangan dengan penurunan suhu dan mencapai 0.77% pada 727 ℃. Ciri -ciri mekanikal austenit bergantung kepada jumlah karbon terlarut dan saiz bijirin. Umumnya, kekerasan austenit adalah 170-220HBs, pemanjangan δ adalah 40-50%, dan austenit wujud dalam julat suhu pepejal di atas 727 ℃. Austenite terdedah kepada pembentukan plastik.
Cementite (Cementite): C dan Fe Compound (Fe3C) yang dikenali sebagai Cementite, kandungan karbon sebanyak 6.69%, titik lebur simen adalah 1227 ℃, kekerasannya sangat tinggi, kira -kira 800HB, plastik dan kesan ketangguhan hampir sifar, keteru Cementite adalah fasa metastable. Di bawah keadaan tertentu, ia akan mengurai dan membentuk karbon bebas grafit.
Martensit: Penggunaan kaedah penyejukan yang cepat, kerana tahap atom bawah, besi, dan karbon tidak dapat disebarkan, austenit hanya boleh dengan ricih kisi yang tidak digabungkan, terdapat kisi padu padu γ-Fe yang dihapuskan untuk α-fe cubic catered cubic. Austenit ini secara langsung berubah menjadi larutan alpha-pepejal tepu yang mengandungi karbon, yang dipanggil martensit.
Saiz bijirin austenit dan faktor pengaruhnya
Saiz keluli austenit mempunyai pengaruh yang besar terhadap mikrostruktur dan sifat selepas penyejukan. Lebih halus saiz bijirin austenit, semakin halus struktur selepas penyejukan, dan lebih baik kekuatan, kepekaan, dan ketangguhan. Oleh itu, adalah sangat penting untuk mendapatkan bijirin austenit yang baik dengan rawatan haba untuk prestasi akhir dan kualiti bahan kerja.
Semakin tinggi suhu austenitisasi, semakin jelas pertumbuhan saiz bijirin keluli. Pada suhu tertentu, semakin lama masa pegangan, semakin baik pertumbuhan bijirin austenit.
Kecenderungan pertumbuhan bijirin meningkat dengan peningkatan kandungan karbon dalam keluli. Tetapi apabila simen berada di sempadan bijian austenit, ia akan menghalang pertumbuhan bijirin austenit.
Sebagai tambahan kepada Mn, P dan unsur -unsur lain meningkatkan kecenderungan pertumbuhan bijirin austenit, unsur -unsur lain yang membentuk unsur -unsur karbida (Ti, Nb, Zb, dan lain -lain), membentuk oksida dan nitrida (seperti AL), apabila mereka membentuk sebatian yang diedarkan dalam sempadan bijirin austenit.
Unsur -unsur aloi yang biasanya ditambah dalam keluli aloi adalah Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, Nb, Ni, Al, dan sebagainya. Antaranya, Ni, Si, Al, dan unsur -unsur lain tidak dapat membentuk sebatian dengan karbon. Unsur -unsur seperti Nb, Ti, V, W, Mo, Cr, dan Mn boleh membentuk sebatian dengan karbon. Elemen aloi wujud dalam pelbagai bentuk dalam keluli. Oleh itu, peranan utama keluli juga berbeza. Peranan utama mempunyai aspek berikut:
Apabila kekuatan keluli meningkat, unsur -unsur yang tidak dapat membentuk karbida terutama dibubarkan menjadi ferit untuk membentuk ferit aloi, dan penyelesaian pepejal diperkuat. Unsur-unsur pembentukan karbida membentuk karbida aloi dengan karbon, yang mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dan kesan pengukuhan penyebaran yang lebih besar. Apa sahaja elemen yang ditambah kepada keluli meningkatkan kekuatannya.
Meningkatkan kebolehkerjaan sebagai tambahan kepada CO, kebanyakan elemen aloi yang ditambah kepada keluli, melambatkan penguraian austenite supercooled, supaya lengkung C ke kanan, mengurangkan kadar penyejukan kritikal, meningkatkan kebolehkerjaan keluli, (Ni, Cr, Co) Ini adalah salah satu tujuan utama unsur -unsur aloi yang ditambah kepada keluli. Tetapi harus ditunjukkan bahawa kesan ini hanya dapat dicapai apabila unsur -unsur pengaliran dibubarkan ke dalam austenit.
Mencegah pertumbuhan bijirin austenit kecuali MN, kecenderungan pertumbuhan bijirin aloi adalah kecil, terutamanya karbida yang dihasilkan oleh unsur -unsur pembentukan karbida yang kuat (Ti, V, Zr, Nb, dan lain -lain) dapat menghalang pertumbuhan bijirin austenit, dan dengan itu memainkan peranan bijirin.
Meningkatkan kestabilan keluli. Rintangan keluli ke proses pelembutan semasa pembajaan dipanggil kestabilan pembajaan. Banyak elemen aloi dapat meningkatkan dan melambatkan suhu pemendakan karbida dan penguraian austenit sisa dalam martensit. Oleh itu, berbanding dengan keluli karbon, keluli aloi mempunyai kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi apabila marah pada suhu yang sama. Sebaliknya, apabila membasmi kekerasan yang sama, suhu pembiakan keluli aloi adalah tinggi, jadi penghapusan tekanan dalamannya lebih teliti, dan keplastikan, dan ketangguhan lebih tinggi. Unsur-unsur pembentukan karbida Cr, Mo, NB, dan V mempunyai kesan yang kuat terhadap kestabilan pembajaan.
Kandungan sekunder apabila kandungan W, Mo, Cr, V lebih tinggi, dalam julat suhu 500-600 ℃, kekerasan tidak mengurangkan, tetapi meningkatkan fenomena yang dikenali sebagai pengerasan penyerapan sekunder. Terdapat dua sebab untuk ini: Pertama, apabila membakar pada suhu ini, halus, tersebar karbida khas, seperti MO2C, W2C, dan VC, akan mendakan keluar dari martensit, yang memainkan peranan penyerapan penyebaran; Kedua, apabila pembakaran pada suhu ini, sebahagian daripada karbida dicetuskan dalam austenit sisa, yang mengurangkan kandungan karbon dan meningkatkan suhu titik MS, supaya austenit sisa dapat ditukar menjadi martensit (pelindapkejutan sekunder) pada suhu yang lebih tinggi semasa proses penyejukan untuk meningkatkan keseragaman keluli.
Kelembutan yang membosankan berlaku apabila keluli aloi terkena suhu suhu tertentu selepas pelindapkejutan, yang dipanggil kelembutan tempering. Pengurangan ketangguhan pada 350-400 ℃ dipanggil jenis pertama keteguhan temperatur. Kelembutan ini berlaku tanpa mengira keluli karbon atau keluli aloi dan bebas daripada kadar penyejukan. Ketidaksuburan seperti ini tidak dapat dihapuskan selepas pengeluaran, juga dikenali sebagai kelembutan yang tidak dapat dipulihkan. Untuk mengelakkan berlakunya keburukan seperti itu, pembajaan umumnya tidak dilakukan dalam julat suhu ini.
Penurunan ketangguhan yang berlaku selepas penyejukan perlahan selepas 500-600 ℃ pembajaan dipanggil jenis kelembutan jenis II (kekejaman suhu tinggi). Keluli aloi yang mengandungi Cr, Mn, dan Ni paling mudah terdedah kepada kelembutan seperti ini. Jenis kelembutan semacam ini tidak akan berlaku jika ia sejuk dengan cepat selepas pembakaran; Sekiranya penyejukan perlahan selepas pembiakan, kelembutan telah berlaku, selagi memanaskan semula suhu pembiakan dan penyejukan yang cepat, maka kelembutan yang membosankan dapat dihapuskan sepenuhnya, jadi ia juga dipanggil keburukan pembasmian yang boleh diterbalikkan.
Keluli tahan haba
Rintangan haba keluli termasuk rintangan pengoksidaan suhu tinggi dan kekuatan suhu tinggi.
Rintangan pengoksidaan logam, biasanya merujuk kepada pembentukan filem oksida padat selepas pengoksidaan pesat pada suhu tinggi, yang meliputi permukaan logam, supaya keluli tidak akan terus mengoksida. Permukaan keluli karbon yang teroksida pada suhu tinggi menghasilkan FEO berliang longgar, yang mudah dimatikan, dan atom oksigen terus meresap melalui FEO supaya keluli terus mengoksidakan. Unsur-unsur aloi seperti Cr, Si, dan Al ditambah ke keluli, supaya apabila keluli bersentuhan dengan oksigen pada suhu tinggi, filem pengoksidaan padat seperti CR2O3, SiO2, dan Al2O3 dengan titik lebur yang tinggi terbentuk di permukaan, yang menjadikannya sukar untuk meneruskan proses pengoksidaan keluli dalam gas suhu tinggi.
Kekuatan suhu tinggi (kekuatan haba) keluli adalah rintangan terhadap rayapan pada suhu tinggi. Untuk meningkatkan kekuatan terma keluli, Cr, Mo, V, Ni, dan unsur-unsur aloi lain biasanya ditambah kepada keluli, yang boleh membubarkan ke dalam matriks untuk mengukuhkan penyelesaian pepejal dan meningkatkan suhu recrystallization, dengan itu meningkatkan kekuatan suhu tinggi keluli. Menambah unsur -unsur pengaliran NB, V, Ti dan lain -lain juga boleh membentuk karbida dengan kekerasan yang tinggi dan kestabilan haba yang baik, yang diedarkan pada matriks dan memainkan peranan dalam pengukuhan penyebaran. Di samping itu, struktur austenit mempunyai rintangan yang lebih baik daripada saiz ferit dan lebih baik daripada bijirin halus. Sudah tentu, ia tidak boleh terlalu kasar, yang akan menjejaskan kekuatan.
Keluli tahan panas martensit
Cr dan Si ditambah untuk meningkatkan rintangan pengoksidaan pada suhu tinggi. Menambah MO dapat menguatkan matriks dan mengelakkan keburukan yang membosankan. Menambah V boleh membentuk karbida tersebar dan meningkatkan kekuatan suhu tinggi. Menambah W dapat mendakan karbida yang stabil dan meningkatkan suhu penghabluran semula dengan ketara. Suhu operasi keluli jenis ini tidak melebihi 700 ℃.
Keluli tahan panas austenit
Keluli tahan haba austenit mempunyai kandungan CR yang tinggi, yang dapat meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan rintangan pengoksidaannya. Kandungan Ni juga tinggi dan boleh membentuk struktur austenit yang stabil. Rintangan haba jenis keluli ini lebih baik daripada keluli tahan panas martensit, dan ubah bentuk sejuk dan prestasi kimpalan sangat baik, umumnya bekerja pada 600-700 ℃.