Rezistent la căldură. Oțeluri speciale și aliaje. Producția și utilizarea aliajelor rezistente la căldură

Industria modernă nu poate fi imaginată fără un material precum oțelul. Cu aceasta, ne întâlnim practic la fiecare pas. Prin introducerea diferitelor elemente chimice în compoziția sa, proprietățile mecanice și operaționale pot fi îmbunătățite semnificativ.

Ce este Steel?

Oțelul este un aliaj care conține carbon și fier în compoziția sa. De asemenea, un astfel de aliaj (fotografia este situată mai jos) poate avea impurități ale altor elemente chimice.

Există mai multe stări structurale. În cazul în care conținutul de carbon este în intervalul de 0,025-0,8%, atunci datele se numesc preeutectoide și au structură perlită și ferită. Dacă oțelul este hipereutectoid, se pot observa fazele perlite și cementite. O caracteristică a structurii ferite este o plasticitate mare. Cementite are o fermitate considerabilă. Peritul formează ambele faze anterioare. Acesta poate avea o formă granulară (pe granulele de ferită sunt incluziuni de cementite, care au o formă circulară) și lamelară (ambele faze au forma de plăci). Dacă oțelul este încălzit peste temperatura la care se produc modificări polimorfe, structura se modifică la austenitic. Această fază are o plasticitate crescută. Dacă conținutul de carbon depășește 2,14%, atunci aceste materiale și aliaje se numesc fontă.

Tipuri de oțel

În funcție de oțel compozit poate fi carbon și aliat. Conținutul de carbon mai mic de 0,25% se caracterizează oțel cu conținut scăzut de carbon. Dacă cantitatea ajunge la 0,55%, atunci putem vorbi despre un aliaj de carbon mediu. Oțelul, care în compoziția sa are mai mult de 0,6% carbon, se numește carbon cu conținut ridicat de carbon. Dacă, pe măsură ce aliajul este fabricat, tehnologia implică introducerea unor elemente chimice specifice, atunci acest oțel se numește aliat. Introducerea diverselor componente își schimbă semnificativ proprietățile. Dacă numărul lor nu depășește 4%, atunci aliajul este slab aliat. Aliajul mediu și oțel de înaltă calitate are în mod corespunzător până la 11% și mai mult de 12% incluziuni. În funcție de sfera în care sunt utilizate aliajele de oțel, se disting tipurile acestora: oțelurile și aliajele instrumentale, structurale și speciale.

Tehnologie de fabricație

Procesul topirea oțelului destul de laborios. Acesta include mai multe etape. În primul rând, sunt necesare materii prime - minereu de fier. Prima etapă implică încălzirea până la o anumită temperatură. Se produc procese de oxidare. În a doua etapă, temperatura devine mult mai mare. Procesele de oxidare a carbonului sunt mai intense. Este posibil să îmbogățiți în continuare aliajul cu oxigen. Impuritățile inutile sunt îndepărtate în zgură. Următorul pas este eliminarea oxigenului din oțel, deoarece reduce semnificativ proprietățile mecanice. Acest lucru se poate face prin difuzie sau precipitare. Dacă procesul de dezoxidare nu are loc, oțelul rezultat se numește fierbere. Un aliaj calm nu emite gaze, oxigenul este complet eliminat. Poziția intermediară este ocupată de oțelurile cu o jumătate de cuarț. Producția de aliaje de fier are loc în cuptoare cu vatră deschisă, cuptoare de inducție, convertoare de oxigen.

Alierea oțelului

Pentru a obține acele sau alte proprietăți ale oțelului, în compoziția sa se introduc substanțe speciale de aliere. Principalele avantaje ale unui astfel de aliaj sunt rezistența crescută la diferite deformări, fiabilitatea pieselor și a altor elemente structurale fiind sporită semnificativ. În timpul stingerii, procentul de fisuri și alte defecte scade. Adesea, o astfel de metodă de saturare cu elemente diferite este utilizată pentru a conferi rezistență la coroziunea chimică. Dar există o serie de deficiențe. Acestea necesită o prelucrare suplimentară, probabilitatea de apariție a flocurilor este mare. În plus, costul materialului crește, de asemenea. Cele mai obișnuite elemente de aliere sunt cromul, nichelul, tungstenul, molibdenul, cobaltul. Domeniul aplicației lor este destul de mare. Aceasta este inginerie, și fabricarea de părți de conducte, centrale electrice, aviație și mult mai mult.

Conceptul de rezistență la căldură și rezistență la căldură

Conceptul de rezistență la căldură înseamnă capacitatea unui metal sau a aliajului de a-și păstra toate caracteristicile atunci când funcționează la temperaturi ridicate. Într-un astfel de mediu, coroziunea cu gaz este adesea observată. Prin urmare, materialul trebuie să aibă și rezistență la acțiunea sa, adică să fie rezistent la căldură. Astfel, caracteristicile aliajelor care sunt utilizate la o temperatură semnificativă trebuie să includă ambele concepte. Numai atunci oțelul va oferi resursele necesare de lucru pentru piese, unelte și alte elemente structurale.

Caracteristicile oțelului rezistent la căldură

În cazurile în care temperatura atinge valori ridicate, este necesară utilizarea unor aliaje, care nu se vor deteriora și se vor deforma. În acest caz se utilizează aliaje rezistente la căldură. Temperatura de funcționare pentru astfel de materiale este mai mare de 500ordm-C. Momente importante care caracterizează o astfel de oțel sunt rezistența ridicată, plasticitatea, care persistă pentru o lungă perioadă de timp, precum și stabilitatea de relaxare. Există o serie de elemente care pot îmbunătăți semnificativ rezistența la temperaturi ridicate: cobalt, tungsten, molibden. Cromul este o componentă obligatorie. Nu afectează puterea la fel de mult, deoarece îmbunătățește rezistența la scară. De asemenea, cromul previne procesele de coroziune. O altă caracteristică importantă a aliajelor de acest tip este creepul lent.

Clasificarea oțelurilor rezistente la căldură în funcție de structură

Rezistențele la căldură și căldura rezistentă sunt de o clasă feritică, martensitică, austenită și cu structură martensitică ferită. Primul are în componența lor aproximativ 30% crom. După un tratament special, structura devine fină. Dacă temperatura de încălzire depășește 850 ° C-C, boabele cresc și astfel de materiale rezistente la căldură devin fragile. Clasa martensitică este caracterizată de un conținut de crom: de la 4% la 12%. De asemenea, în cantități mici, pot fi prezente nichel, tungsten și alte elemente. Dintre acestea, sunt fabricate părți ale turbinelor, supape din mașini. Oțelurile care au martensite și ferite în structura lor sunt potrivite pentru funcționare la temperaturi ridicate ridicate și funcționare pe termen lung. Conținutul de crom ajunge la 14%. Austenita se obține prin introducerea de nichel în aliaje rezistente la căldură. Oțelul cu o structură similară are multe mărci.

Nichel pe bază de aliaje

Nichelul are o serie de proprietăți utile. Are un efect pozitiv asupra prelucrării oțelului (atât cald cât și rece). Dacă o componentă sau unealtă este proiectată să funcționeze într-un mediu agresiv, dopajul cu acest element crește în mod semnificativ rezistența la coroziune. Materialele rezistente la căldură pe bază de nichel sunt împărțite în următoarele grupe: temperatură ridicată și rezistentă la căldură. Acestea din urmă ar trebui să aibă, de asemenea, caracteristici minime rezistente la căldură. Temperaturile de lucru ajung la 1200ordm-C. În plus, se adaugă crom sau titan. Este caracteristic faptul că oțelul dopat de nichel are o cantitate mică de astfel de impurități ca bariu, magneziu, bor, astfel încât granițele granulelor sunt mai durite. Elementele de temperatură ridicată de acest tip sunt produse sub formă de piese forjate și produse laminate. Este, de asemenea, posibilă turnarea pieselor. Domeniul principal al aplicării lor este fabricarea componentelor turbinelor cu gaz. Rezistențele la cald rezistent la nichel au până la 30% crom în compoziție. Ele sunt foarte potrivite pentru perforare, sudare. În plus, rezistența la scară este la un nivel ridicat. Acest lucru face posibilă utilizarea acestora în sistemele de conducte de gaze.

Oțel rezistent la căldură, aliat cu titan

Titanul este introdus într-o cantitate mică (până la 0,3%). În acest caz, crește rezistența aliajului. Dacă conținutul său este mult mai mare, atunci unele proprietăți mecanice se deteriorează (duritate, rezistență). Dar plasticitatea creste in acelasi timp. Acest lucru facilitează prelucrarea oțelului. La introducerea titanului împreună cu alte componente, este posibilă îmbunătățirea semnificativă a caracteristicilor de rezistență la căldură. Dacă este nevoie să lucrați într-un mediu agresiv (mai ales când proiectarea implică sudarea), atunci este justificată doparea cu acest element chimic.

Aliaje de cobalt

O cantitate mare de cobalt (până la 80%) se referă la producerea unor astfel de materiale, cum ar fi aliajele rezistente la căldură și căldura rezistentă, deoarece în formă pură este rar utilizată. Introducerea sa mărește plasticitatea, precum și rezistența la muncă la temperaturi ridicate. Și cu cât este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de cobalt introdusă în aliaj. În unele mărci, conținutul său atinge 30%. O altă caracteristică caracteristică a acestor oțeluri este îmbunătățirea proprietăților magnetice. Cu toate acestea, datorită costului ridicat al cobaltului, utilizarea sa este destul de limitată.

Efectul molibdenului asupra aliajelor cu temperatură ridicată

Acest element chimic afectează semnificativ rezistența materialului la temperaturi ridicate. Este deosebit de eficientă utilizarea acestuia împreună cu alte elemente. Se mărește semnificativ duritatea oțelului (chiar și la un conținut de 0,3%). Puterea maximă crește, de asemenea. O altă caracteristică pozitivă, care are aliaje de temperatură înaltă, dopate cu molibden - un grad mare de rezistență la procesele oxidative. Molibdenul promovează rafinarea boabelor. Dezavantajul este dificultatea sudurii.

Alte oteluri și aliaje speciale

Pentru a efectua anumite sarcini, aveți nevoie de materiale care au anumite proprietăți. Astfel, putem vorbi despre utilizarea unor aliaje speciale, care pot fi dopate și carbon. În cele din urmă, setul de caracteristici cerute este atins datorită faptului că producția de aliaje și prelucrarea lor are loc în spatele unei tehnologii speciale. Totuși aliajele speciale și oțelul sunt împărțite în structură și scule. Printre sarcinile principale pentru acest tip de materiale se pot identifica următoarele: rezistența la procesele de coroziune și uzură, capacitatea de a lucra într-un mediu agresiv, caracteristicile mecanice crescute. Această categorie include atât oțelurile rezistente la căldură, cât și aliajele cu o temperatură ridicată de funcționare, precum și oțelurile criogenice care sunt capabile să reziste până la -296cc-C.

Oțel pentru scule

Pentru fabricarea uneltelor în producție se utilizează oțel special pentru scule. Având în vedere faptul că condițiile de muncă sunt diferite, materialele sunt, de asemenea, selectate individual. Deoarece instrumentele sunt destul cerințe ridicate și caracteristicile aliajelor pentru producerea lor, după caz: trebuie să fie libere de impurități exterioare, incluziuni procesului de dezoxidare este bine realizată și o structură omogenă. Pentru instrumentele de măsurare este foarte important să se aibă parametri stabili și să se contracare uzura. Dacă vorbim despre unelte de tăiere, ele lucrează în condiții de temperaturi ridicate (se încălzește marginea), frecare constantă și deformare. Prin urmare, este foarte important pentru ei să mențină duritatea inițială atunci când este încălzită. Un alt tip de oțel de scule este de mare viteză. Practic, este dopat cu tungsten. Duritatea este menținută la o temperatură de aproximativ 600 ° C-C. Există, de asemenea, oțeluri ștampilate. Ele sunt concepute atât pentru deformarea la cald, cât și la rece.

Domeniul de aplicare al aliajelor în scopuri speciale

Industriile în care sunt utilizate aliaje cu caracteristici speciale sunt multe. Având în vedere calitățile lor îmbunătățite, acestea sunt indispensabile în inginerie, construcții, industria petrolieră. Rezistente la căldură și aliaje rezistente la căldură sunt utilizate la fabricarea pieselor de turbine, piese de schimb pentru autoturisme. Oțelurile care au o rezistență ridicată la coroziune sunt indispensabile pentru producerea de țevi, ace de carburator, discuri, tot felul de elemente chimice. Șine pentru căi ferate, găleți, omizi pentru transport - baza pentru toate acestea este oțel rezistent la uzură. Aliajele automatelor sunt utilizate în producția în masă a șuruburilor, piulițelor și a altor părți similare. Arcurile trebuie să fie suficient de rezistente și rezistente la uzură. Prin urmare, materialul pentru ele este oțel de primăvară. Pentru a îmbunătăți această calitate, acestea sunt în plus aliate cu crom, molibden. Toate aliajele speciale și oțelurile cu un anumit set de caracteristici pot reduce costul pieselor în cazul metalelor neferoase utilizate anterior.