Introdução a elementos no aço
Manganês (MN)
O manganês é usado para desoxidar os ferromanganeses na fabricação de aço e permanece em aço. O manganês pode remover o FeO em aço, melhorar a qualidade do aço e reduzir a fragilidade do aço. O manganês e a vulcanização se combinam para formar MNs, eliminar o efeito prejudicial do enxofre e melhorar o desempenho quente do aço. O conteúdo do manganês em aço carbono é geralmente controlado entre 0,25 e 0,80%. O manganês pode ser dissolvido em ferrita para formar ferrita de manganês, que desempenha o papel de fortalecer a ferrita. O manganês também pode ser dissolvido em Fe3C para formar cimentação de liga, melhorando assim a força do aço carbono. O manganês é um elemento de impureza benéfico e uma pequena quantidade de manganês não tem efeito significativo no desempenho do aço.
Silício (SI)
O silício também é adicionado ao aço como um desoxidador. O conteúdo do silício no aço carbono é geralmente controlado entre 0,03-0,4%, e a maior parte é dissolvida em ferrita, formando ferrita de silício, que desempenha o papel de fortalecer a ferrita e melhorar a força e a dureza do aço. Mas a plasticidade e a resistência diminuíram. A falta de silício não tem efeito significativo nas propriedades do aço.
Enxofre (s)
O enxofre é trazido para o aço por minério e combustível na fabricação de aço, o enxofre é insolúvel em ferro e a forma de diferentes FEs, FES e Fe, podem formar um ponto de fusão de 985 ℃ eutético, e são distribuídos nos limites dos grãos de austenita quando o aço é rolo e forjado a 1000-1200 ℃, o fusão de austenita, que o aço é rolo e forjado a 1000-1200 ℃ O fenômeno é chamado de fragilidade térmica, o enxofre é uma impureza prejudicial, de modo que o teor de carbono no aço deve ser estritamente controlado. O efeito prejudicial do enxofre pode ser eliminado aumentando o teor de Mn no aço. Como o manganês e o enxofre podem formar MNs com um ponto de fusão de 1620 ℃, o MNS tem uma certa plasticidade a altas temperaturas, para que a fragilidade térmica do aço possa ser evitada.
Fósforo (P)
O fósforo é introduzido no aço a partir de minério, onde é completamente dissolvido em ferrita, melhorando a força e a dureza da ferrita. Mas, ao mesmo tempo, a plasticidade do aço à temperatura ambiente cai acentuadamente e se torna quebradiça. Esse fenômeno é chamado de fragilidade fria. O fósforo também é uma impureza prejudicial e seu conteúdo em aço deve ser estritamente controlado.
Estrutura metalográfica em aço
Ferrite: A solução sólida intersticial de carbono no α-Fe é chamada ferrita. É frequentemente representado pelo símbolo F (ou α). A ferrita possui uma estrutura cúbica centrada no corpo, e sua capacidade de dissolver o carbono é ruim devido à sua pequena lacuna. A 727 ℃, o teor máximo de carbono dissolvido é de 0,0218%. Com a diminuição da temperatura, o teor de carbono dissolvido diminui gradualmente e, à temperatura ambiente, o teor de carbono dissolvido é de apenas 0,0008%. A ferrita possui baixa resistência, Δσb é 180-280mn/m2, Hb é de cerca de 80, mas possui boa ductilidade, δ é 50%.
Austenítico: A solução sólida intersticial de carbono formada em gama-Fe é chamada de ITS. É frequentemente representado pelo símbolo A (ou γ). A austenita possui uma estrutura de treliça cúbica centrada na face. Devido à sua grande lacuna de treliça eficaz, sua solubilidade de carbono é relativamente alta. A solubilidade máxima de carbono em 1148 ℃ é de 2,11%, o que diminui gradualmente com a diminuição da temperatura e atinge 0,77% em 727 ℃. As propriedades mecânicas da austenita dependem da quantidade de carbono dissolvido e do tamanho de um grão. Geralmente, a dureza da austenita é de 170-220hbs, o alongamento de δ é de 40 a 50%e existe austenita na faixa de temperatura sólida acima de 727 ℃. Austenita é propensa à formação de plástico.
Cementita (cimento): C e Fe composto (Fe3C) conhecido como cementita, o teor de carbono de 6,69%, o ponto de fusão da cementita é 1227 ℃, sua dureza é muito alta, cerca de 800HB, plástico e tenacidade de impacto é quase zero, a brittleness é ótima, portanto, não pode ser usada como fase de aço. Cementite é uma fase metaestável. Sob certas condições, ele se decomporá e formará carbono sem grafítico.
Martensita: o uso de um método de refrigeração rápida, devido ao grau de sub-resfriamento, ferro e átomos de carbono, não pode ser difundido, a austenita só pode ser por tesouras de treliça não difundida, existe uma treliça cúbica centrada na face. Este austenita se transforma diretamente em uma solução alfa-sólida saturada contendo carbono, chamado martensita.
O tamanho do grão de austenita e seus fatores de influência
O tamanho do grão austenítico do aço tem uma grande influência na microestrutura e propriedades após o resfriamento. Quanto mais fino o tamanho do grão da austenita, mais fina a estrutura após o resfriamento e melhor a força, a plasticidade e a tenacidade. Portanto, é de grande importância obter grãos de austenita finos por tratamento térmico para o desempenho final e a qualidade da peça de trabalho.
Quanto maior a temperatura da austenitização, mais óbvio o crescimento do tamanho de grãos de aço. A uma certa temperatura, quanto mais tempo o tempo de retenção, mais favorável o crescimento de grãos de austenita.
A tendência de crescimento de grãos aumenta com o aumento do teor de carbono no aço. Mas quando a cimentite estiver no limite de grãos austenita, ele dificulta o crescimento de grãos austenita.
Além do MN, P e outros elementos aumentam a tendência do crescimento de grãos de austenita, outros elementos formando elementos de carboneto (Ti, NB, ZB, etc.), formando óxidos e nitretos (como AL), quando formam compostos distribuídos nos limites dos grãos de austenita, prejudicarão o crescimento do grão de austenita para o crescimento dos grãos variáveis.
Os elementos de liga comumente adicionados ao aço de liga são Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, NB, Ni, Al e assim por diante. Entre eles, Ni, Si, AL e outros elementos não podem formar compostos com carbono. Elementos como NB, Ti, V, W, Mo, Cr e Mn podem formar compostos com carbono. Os elementos de liga existem em diferentes formas no aço. Portanto, o principal papel do aço também é diferente. O papel principal tem os seguintes aspectos:
Quando a força do aço é aumentada, os elementos que não podem formar carboneto são dissolvidos principalmente em ferrita para formar ferrite de liga e a solução sólida é fortalecida. Os elementos de formação de carbonetos formam carboneto de liga com carbono, que tem dureza mais alta e maior efeito de fortalecimento da dispersão. Qualquer elemento adicionado ao aço aumenta sua força.
Melhorar a hardenabilidade Além do CO, a maioria dos elementos de liga adicionados ao aço, desacelerar a decomposição da austenita super -resfriada, de modo que o C curva à direita, reduza a taxa crítica de resfriamento, melhore a hardenabilidade do aço (Ni, Cr, Co) Este é um dos principais propósitos dos elementos de liga adicionados ao aço. Mas deve -se ressaltar que esse efeito só pode ser alcançado quando os elementos de liga são dissolvidos em austenita.
Evite o crescimento de grãos de austenita, exceto o Mn, a tendência de crescimento de grãos austenita de liga é pequena, especialmente o carboneto gerado pelo forte elementos formadores de carboneto (Ti, V, Zr, NB, etc.) pode impedir fortemente o crescimento de grãos austenita e, assim, desempenhar o papel de refinar o grão.
Aumente a estabilidade de temperamento do aço. A resistência do aço ao processo de amolecimento durante a temperatura é chamada de estabilidade de temperamento. Muitos elementos de liga podem aumentar e desacelerar a temperatura da precipitação de carboneto e decomposição residual de austenita em martensita. Portanto, em comparação com o aço carbono, o aço de liga tem maior dureza e força quando temperado na mesma temperatura. Pelo contrário, ao temperar com a mesma dureza, a temperatura de temperatura do aço da liga é alta, de modo que sua eliminação de tensão interna é mais completa, e a plasticidade e a tenacidade são mais altas. Os elementos formadores de carboneto CR, MO, NB e V têm fortes efeitos na estabilidade de temperamento.
O endurecimento secundário quando o teor de W, Mo, Cr, V é mais alto, na faixa de temperatura de temperatura de 500-600 ℃, a dureza não reduz, mas aumenta o fenômeno conhecido como endurecimento secundário de temperamento. Existem duas razões para isso: primeiro, quando a moda a essa temperatura, carbonetos especiais finos e dispersos, como MO2C, W2C e VC, precipitará fora da martensita, que desempenha o papel do endurecimento da dispersão; Segundo, quando a temperatura a essa temperatura, parte do carboneto é precipitada no austenita residual, o que reduz o teor de carbono e aumenta a temperatura do ponto de EM, para que a austenita residual possa ser convertida em martensita (extinção secundária) a uma temperatura mais alta durante o processo de resfriamento para aumentar a dureza do aço.
A fragilidade de temperamento ocorre quando o aço da liga é temperado em uma certa faixa de temperatura após a têmpera, o que é chamado de hábilidade de temperamento. A diminuição da resistência em 350-400 ℃ é chamada de primeiro tipo de brandtlessidade. Essa fragilidade ocorre independentemente do aço carbono ou do aço de liga e é independente da taxa de resfriamento. Esse tipo de fragilidade do temperamento não pode ser eliminada após a produção, também conhecida como clritura irreversível de temperatura. Para evitar a ocorrência dessa fragilidade de temperamento, a temperatura geralmente não é feita dentro dessa faixa de temperatura.
A diminuição da tenacidade que ocorre após o resfriamento lento após 500-600 ℃ A temperamento é chamado de fragilidade de temperamento tipo II (fragilidade de temperamento de alta temperatura). Os aços de liga contendo Cr, Mn e Ni são mais propensos a esse tipo de fragilidade. Esse tipo de fragilidade de temperamento não ocorrerá se esfriar rapidamente após a temperatura; Se o resfriamento lento após a temperatura, ocorreu a fragilidade, desde que reaqueça até a temperatura de temering e o resfriamento rápido, a tempestade da fragilidade pode ser completamente eliminada, portanto, também é chamada de fragilidade reversível.
Aço resistente ao calor
A resistência ao calor do aço inclui resistência a oxidação de alta temperatura e força de alta temperatura.
A resistência a oxidação de um metal, geralmente refere -se à formação de um filme denso de óxido após a oxidação rápida em altas temperaturas, cobrindo a superfície do metal, para que o aço não continue a oxidar. A superfície oxidada do aço carbono a altas temperaturas gera FeO poroso solto, que é fácil de floco, e os átomos de oxigênio continuam a se difundir através do FEO, para que o aço continue a oxidar. Elementos de liga como Cr, Si e Al são adicionados ao aço, de modo que, quando o aço estiver em contato com o oxigênio em alta temperatura, filmes densos de oxidação, como CR2O3, SiO2 e AL2O3, com pontos de fusão alta são formados na superfície, o que é difícil de continuar o processo de oxidação de aço em alta temperatura.
A força de alta temperatura (resistência térmica) do aço é a resistência à fluência a altas temperaturas. Para melhorar a resistência térmica dos elementos de aço, Cr, Mo, V, Ni e outros elementos de liga, geralmente são adicionados ao aço, que podem se dissolver na matriz para fortalecer a solução sólida e melhorar a temperatura da recristalização, aumentando assim a força de alta temperatura do aço. A adição de NB, V, Ti e outros elementos de liga também pode formar carbonetos com alta dureza e boa estabilidade térmica, que são distribuídas na matriz e desempenham um papel no fortalecimento da dispersão. Além disso, a estrutura de austenita tem melhor resistência à fluência que a ferrita e o melhor tamanho de grão que o grão fino. Obviamente, não pode ser muito grosseiro, o que afetará a força.
Aço resistente ao calor martensítico
CR e SI foram adicionados para melhorar a resistência da oxidação em altas temperaturas. A adição de MO pode fortalecer a matriz e evitar tempear a fragilidade. A adição de V pode formar carboneto disperso e melhorar a força de alta temperatura. A adição de W pode precipitar carboneto estável e aumentar significativamente a temperatura de recristalização. A temperatura operacional desse tipo de aço não excede 700 ℃.
Aço resistente ao calor austenítico
O aço austenítico resistente ao calor possui alto teor de Cr, o que pode melhorar sua resistência à força de alta temperatura e resistência a oxidação. O conteúdo de Ni também é alto e pode formar uma estrutura de austenita estável. A resistência ao calor desse tipo de aço é melhor que a do aço martensítico resistente ao calor, e a deformação a frio e o desempenho da soldagem são muito bons, geralmente trabalhando em 600-700 ℃.