A szén és az állandó szennyeződések hatása az acél szerkezetére és tulajdonságaira
A szén és az állandó szennyeződések hatása az acél szerkezetére és tulajdonságaira.
A széntartalomnak az acél alapvető mechanikai tulajdonságaira gyakorolt hatását az 1. ábrán mutatjuk be. 33. A széntartalom növekedésével az acél szerkezete megváltozik. Acél tartalmazó szén-kevesebb mint 0,8%, áll ferrit és a perlit, ha a C-tartalom egyenlő 0,8%, az acél áll perlit növelésével széntartalma több mint 0,8% az acél más, mint a perlit cementit megjelenik másodlagos. A kémiai összetétel megváltozása az acél szerkezetében és tulajdonságaiban megváltozik. A széntartalom növekedése az erő növeléséhez és a duktilitás csökkenéséhez vezet.
A kapott mechanikai tulajdonságok hőkezelés nélküli melegen hengerelt termékekre vonatkoznak, azaz E. perlit + ferrit vagy perlit + cementitikus szerkezettel. A széntartalom növekedésével a sűrűség jelentősen eltér 7,85 és 7,7 g / cm3 között. a kényszerítő erő, az elektromos ellenállás 3-ról 18 Oe-ra, 0,12-0,23 O mmmmkv / m-re emelkedik, a C változása 0,2-1,6%.
Az acél törékeny fázisa cementit. A széntartalom növekedése perlit-alapú szerkezetek (ferrit + cementit) kialakulását eredményezi acélban, és C = 0,8% -nál az acél szakítószilárdsága csökkenni kezd és a keménység tovább növekszik. Az erő tulajdonságainak megőrzése érdekében a hőkezelés után nem szemcsés, hanem granulált cementit kívánnak elérni.
Ábra. 33. A széntartalomnak az acél mechanikai tulajdonságaira gyakorolt hatása.
Mangán - deoxidáció alatt acélba kerül a vas-oxid káros hatásának kiküszöbölésére. Az Mn növeli a melegen hengerelt acél szilárdságát, megkeményedését és elasztikus tulajdonságait. Több mint 1,5% -os tartalommal jelentik a hajlamosságot a kíméletesség javítására. Több mint 13% -os tartalommal, acéltartalmú szerkezetet, ütésállóságot és nagy kopásállóságot biztosít. Fűtött, segít a gabona növekedésében. Cremium - be van vezetve a deoxidációhoz. Teljesen oldható ferritben. Növeli az erőt, a tartósságot és fékezhető és rugalmas tulajdonságokkal rendelkezik. Több mint 2% - csökkenti a duktilitást. Növeli a keményedést, de növeli a kioltást, a normalizációt és a hőkezelést.
Ф о с о о р - A ferritben való feloldás az acél hideg törékenységét okozza. A C és P kombinált hatása (P nem több, mint 1,2%) előállít foszfid-eutektikus olvadás T <1100 ° C-on, a foszfor káros adalékszer. Azonban megnöveli a megmunkálhatóságot vágással és növeli a korrózióállóságot réz jelenlétében.
A Cepa nem oldódik a vasban, Fe formában vas-szulfiddal. Az utolsó rész az eutektikus olvadáspontja 988 C. A jelenléte a szemcsék és rideg legkoplavyascheysya eutektikumok a szemcsehatárokon az acél teszi hőmérsékleten 800 C-on vagy magasabb (a régióban a hőmérséklet piros hő) - egy R C n o l o m kb percig. A t.zh. idő, a kén növeli a megmunkálhatóságot vágással. A kén káros hatását semlegesíti a mangán bevezetése, amely vele együtt MnS szulfidot is tartalmaz. MnS, amikor deformált forró prések és homorú lencséket hoz létre. A kritikus termékekhez nem engedhető meg acélból való jelenléte, mint más zárványok. Az MnS általában acél olvasztásakor salakká alakul.
V o d o rd, a z ot, k és az élvonal - feloldódnak acélban. Az oxigén és a nitrogén kemény, kemény deformáló káros zárványok. A hidrogén okozza a nyájat. És általában a gázok - a deformáció öregedésének hatása, csökkenti a fáradtság jellemzőit (viszkozitást és hideg-törékenységi küszöböt). A nem fémes zárványok a nyomáskezelés után létrehoznak - egy állapotot (vagy stresszt), ami a tulajdonságok erős anizotrópiáját okozza. A gázok feloldódásának káros hatásainak kiküszöbölésére vákuumos öntvényeket és speciális deoxidációs módszereket alkalmaznak.
Az acélok összetétele, minősége és szerkezeti osztályozása.
Szerint a modern szabványok, szén-és ötvözött acélok vannak osztva: strukturális ötvözött acélok, acél közönséges minőségű, a minőségi szén szerkezeti acél, magas megmunkálhatósága (géppisztoly) acél, rugóacél - rugóacél, csapágy acél, szén szerszámacél szerszámacél-ötvözeteket, acélöntvény , korrózióálló acél, poracél.
A széndioxid-tartalom alacsony szén-dioxid-tartalomra 0,2-0,2% -ra, közepes szén-dioxidra és magas szén-dioxid-acélra 0,6-1,7% C-ra van osztva.
Struktúra - doeutectoid (ferrit + perlit), eutektoid (perlit) és hypereutectoid (perlit + cementit) acél.
Az olvasztás módszerével az acélok forrók, félig nyugodt és nyugodt acélok. A forrázó acél rudak nagyszámú gázbuborékot tartalmaznak a szerkezetben
A szerkezeti acélokat (gépipar) a technológiai jellemzők cementált (általában nem több, mint 0,2%), javított (karbantartás alatt álló) és automatikus acélok között választják el.
A szénacélokat rendeltetésszerű használatuk szerint osztályozzák. Ez az acél általános célú ST0 St1kp, StGps (GOST 380-88), a nem-ligáit öntvények 15 L, 50L, 35L (GOSZT 977-79) Leaf - Spring 65, 70, 80, 85 (GOST 1459-79) fokozott és magas megmunkálhatósága A11, A20, A30, A40G (GOST 1414-75), közepes-alacsony edzhetõség NIPROM, 50PST, kiváló minőségű szerkezeti acél 05, 08, 10, 15, 55PP, 60 (GOST 1050 -74).
Az ötvözőelemek hatása az acél szerkezetére és fázisátalakítására.
A mirigyben feloldódó összes elem befolyásolja a polimorfizmust, azaz a polimorfizmust. tegye az A3 és A4 pontokat. A legtöbb elem vagy növeli az A4 pontot, és csökkenti az A3 pontot, ezáltal kiterjeszti a γ-módosítás meglétének tartományát, vagy csökkentette az A4-t és növelte A3-ját, szűkítve a γ-módosítás mértékét. Aranitikus, ferrites és átmeneti acélok képződnek. Ezt a 4. ábrán mutatjuk be. 34.
Az ötvözőelemek feloldódnak ferritben (helyettesítés és bevezetés). A ferrit tulajdonságai változóak. A keménység és az erő növekedni fog. Az ütésállóság is növekszik, de csak a nikkel (legfeljebb 5%) és a króm, a mangán csak 1,0-1,5% -os koncentrációban stabil. Az ötvözőelemek cementben vagy széndioxid-kötésben oldódhatnak. Az ötvözetelemek az acélokban két csoportra oszthatók: karbidképző (Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr, Ti) és karbidképző (Ni, Si, Cu, Co, Al). A karbidok növelik a keménység, a kopásállóság, a deformációval szembeni ellenállást.
Az acélban lévő karbidok összetétele és szerkezete sokrétű, és a "keményfázisú" közös név egyesíti őket. A dopping elemek a vas-cementit diagram S és E pontját balra forgatják, ami az acél alapjait tartalmazza.
Az acélok hőkezelésének alapjai
Fázisváltozások vas-szén ötvözetekből szilárd állapotban. Fázisváltások acélmelegítéssel.
Amikor az acélt felmelegítik, a következő átalakítások fordulnak elő:
1. A perlit átalakítása ausztenitbe, amely A1 fölött áramlik, a stabil ausztenit-perlit-egyensúly hőmérséklete fölött van; Ezen a hőmérsékleten az ausztenit a három alapszerkezet minimális szabad energiája.
2. ausztenit a perlit előforduló alábbi A1:
A perlit az ausztenitbe való átalakítása teljes összhangban a Fe-C állapotdiagrammal csak nagyon lassú fűtéssel valósítható meg. Valódi fűtés esetén az átalakulás késleltetett, az átalakulás csak túlmelegedési hőmérsékleteken történik (valamivel magasabb, mint a Fe-C diagramban). A kritikus pont felett megújulva a perlitt különböző mértékben, a túlmelegedés mértékétől függően, az ausztenitbe alakul.
Ábra. 35. A perlit átalakítása ausztenitbe 0,86% C-t tartalmazó acélkoncentrikus hőmérsékleten.
Az ausztenit szemek növekedése. Finom szemcsézett és durva szemcsés acélok.
Az első szemek a ferrit és a cementitermék határán vannak kialakítva - a perlit szerkezeti alkotóelemei. 1 cm-es négyzetben. a ferrit és cementit közötti terület néhány négyzetméter. aminek következtében az átalakulás nagyszámú szemek kialakulásával kezdődik, és nagyszámú apró ausztenites szemcsék keletkeznek. Ezeknek a szemcséknek a mérete az ausztenit elsődleges gabonának nevezett méretét jellemzi.
Az átalakulás végén további melegítés (vagy áztatás) okozza az ausztenit szemek növekedését. A növekvő gabona spontán folyamat. Az acélok két típusa létezik: hereditarily fine-grained és hereditarily durva-grained; az elsőt a gabona növekedésének alacsony sebessége, a második megnövekedett hajlás jellemzi.
Ábra. 36. Az áramkör megváltoztatja perlit szemcseméret függvényében a fűtési az ausztenites tartományban
Az A1 kritikus ponton való áthaladás a gabona éles csökkenésével jár együtt. További finomítás mellett a finomszemcsés acélból származó szemek nem emelkednek 950-1000 ° C-ra, majd a növekedést megakadályozó tényezők megszűnnek, és a gabona gyorsan növekszik. A durva szemcsézett acél esetében a növekedés a kritikus ponton való áthaladás után kezdődik.
Méretei perlit szemcsék is nagyobb, a nagyobb ausztenitszemcse. A későbbi hűtés nem zúzza meg a szemcseméretet.
Háromféle acélcsíra van: elsődleges gabona, az ausztenit gabonamérete a perlit-auszten transzformáció végén; a gabona (természetes) magvak gabona - az ausztenit gabonák hajlamának növekedése; gabonafélék - az ausztenit gabonamérete adott körülmények között.
Acél dezoxidált csak ferromangán (forrásponttartomány acél) vagy ferroszilíciumot és ferromangán örökletesen durva acél, és az acél, továbbá dezoxidált alumínium - szemcséjű. Az akadályok elmélete magyarázza a finom szemcsézettség jellegét. Alumínium bevisszük az olvadt acél csak az öntés előtt a penészgombák, képezi a oldjuk olvadt acél a nitrogén és az oxigén-nitrid és oxid részecskék (AIN, Al2O3). Ezek a vegyületek oldódik az olvadt fém, és a kristályosítás után elkülönített formájában perces részecskék felületén a szemcsék megakadályozza azok növekedést falmozgás.
Ábra. 38. A perlit az ausztenitbe való átalakulásának kinetikus görbéje.
Ábra. 39. Az ausztenit átalakulásának kinetikus görbéi perlithez különböző hőmérsékleteken.
A perlit képződés folyamata a perlit központok nukleációjának folyamata és a perlit kristályok növekedése. Ehhez megfelelő fizikai feltételek szükségesek: A folyamat időben megy végbe, és úgynevezett kinetikus transzformációs görbe formájában ábrázolható, amely bemutatja az átalakulás során keletkező perlit mennyiségét. Ábra. 38. A a pont a görbén mutatja azt a pillanatot, amikor az átalakulás kezdetét észlelik, és a b pont az átalakulás befejezése. A görbék helyzetét befolyásolja a túlhűtés mértéke. Ábra. 39. A t1 magas hőmérsékleten (alacsony hűtési fok) az átalakulás lassan alakul ki, és az inkubációs időtartam és az átalakulási idő rövidül.
A konverziós arány maximális értéke megegyezik a t4 hőmérsékletével, a hőmérséklet további csökkenése az átalakulás sebességének csökkenéséhez vezet. Az ausztenit átalakulásának kinetikus görbéit különböző hőmérsékletekhez kapott perlitek segítségével az auszten izotermikus transzformációjának diagramjaira építjük.
A túlhűtéses ausztenit izotermikus transzformációjának diagramjai.
Ha az A-P kinetikus transzformációs görbék a és b pontjai vertikálisan vannak elhelyezve, ahogy a hőmérséklet csökken, akkor kapjuk meg a túlhűtött ausztenit izoterm transzformációjának diagramját. Ábra. 40.
Az ötvözőelemek növelik a karbidok stabilitását melegítés közben, lelassítják a széndioxid diffúzióját, és maguk túlságosan lassan diffundálnak. Mindez az ausztenit kialakulásának késleltetéséhez vezet, amikor az acélt felmelegítik. Ez megmagyarázza az ötvözött acélok kioltási és hevítési hőmérsékletének növekedését. Minden elem, kivéve az Mn-t, csökkenti az ausztenit gabona növekedési hajlandóságát. Ha lehűtik, az ötvözőelemek a legtöbb esetben csökkentik az ausztenit bomlási sebességét, a C alakú diagramok jobbra tolódnak és alakjukat megváltoztathatják.
Az anyagok hőkezelésének típusai.
A hagyományos hőkezelés három fázisból áll: fűtés, izoterm áztatás és hűtés. A fűtési hőmérséklettől és a hűtési sebességtől függően a következő fő hőkezelési típusok különböztethetők meg: hevítés, lehűlés, temperálás és öregedés. Ábra. 42. A fázisösszetétel adott hõmérsékleten történõ lehûléskor alakul ki. A fűtést a beállított hőmérsékleten is elvégzik.
Acél hőkezelésének technológiája.
hőkezelő acél technológia alapján a használata fázis átalakulási folyamatok a acél hevítés és hűtés során, a kölcsönhatás a feldolgozási környezet változások komplex fizikai - mechanikai tulajdonságait műszaki alkatrészek, annak érdekében, hogy javítani őket át a keresztmetszete és a cikk felületén. termikus kezelési technológia acél (rövidítve TA) alapján a paraméterek: idő, vagy a fűtési sebesség, áztatás, hűtés, hőmérséklet, és a környezetre a ciklikus TR. Modern alkalmazott speciális berendezés végrehajtja ezeket a folyamatokat: kemence különböző minták (elektromos, gáz-láng, liftek, szállítószalag, tengely, stb), oltja tartályok, sósfürdők és így tovább. A TO típusai a következőkhöz tartoznak: keményedés - térfogat, felület, helyi, lágyítás - normalizálás, homogenizálás, átkristályosítás stb. javulás, kémiai - hőkezelés, edzés HDTV, lézer fűtés, elektromos impulzus mező, a hőkezelés folyamatában képlékeny alakváltozás, hideg kezelés, stb ..
Teljes és normalizált hőkezelés. A granulált perlit hegesztése.
О т ж és г - hőkezelés, amelynél az acélt Ac3 feletti hőmérsékleten felmelegítik (vagy csak Ac1 feletti - nem teljes hőkezelés), ezt követi a lassú hűtés. Az Ac3 feletti melegítés az acél teljes átkristályosítását teszi lehetővé. Hűtés történik a sütővel. A lassú hűtés a lágyítás során az ausztenit bomlását eredményezi, és gyöngyöt alkot. A normalizálás egyfajta lágyítás, amelyet nyugodt levegőben állítanak elő, ami gyorsabb hűtést biztosít a felső hőmérsékleti tartományból. A normalizálás gazdaságosabb működés. A hőkezelés fő feladatai: az acél átkristályosítása és a belső feszültségek eltávolítása vagy a szerkezet korrekciója. Mindkét feladatot a szokásos teljes kiégés végzi. Az öntött acél dendritikus inhomogenitásának kiküszöbölésére homogenizáló vagy diffúziós hegesztést alkalmaznak. A magas fűtés és a hosszú öregedés következtében erős szemnedvesség (durva szemcsézettség) figyelhető meg, amit a hagyományos korrekció követ. A hiányos lágyítás csak a szerkezet pearlit komponensének átkristályosításához vezet. A hypereutectoid acél tökéletlen felhalmozódását gömbölyítésnek is nevezik. A szemcsés perlit előállításához a fűtés nem lehet sokkal nagyobb, mint az Ac1, egyébként lamelláris perlit képződik. A szemcseszerkezet jobb forgácsolhatóságot biztosít a forgácsolószerszám számára, és az acélkeményedés során alacsony a tendencia a túlmelegedésre. Az anneálási idő lerövidítése és a lágyított acél minőségének javítása érdekében izotermikus hőkezelést alkalmaznak. Itt az Ac1 feletti fűtött acélt gyorsan lehűtjük 100 ° C hőmérsékletre. C alatt, és ezen a hőmérsékleten tartjuk az A-P fázisátalakulást, majd az acélt adott esetben lehűtjük.
A térfogat-keményedés módszerei.
Az acél összetételétől, a rész alakjától és méreteitől, valamint a termikusan feldolgozott állapotban szükséges tulajdonságoktól függően az optimális kioltási módot választják ki, ami leginkább megvalósítható és egyidejűleg biztosítja a kívánt tulajdonságokat.
Ábra. 43. Különféle kipörgési módok hűtési görbéi, az ausztenit izotermikus bomlási diagramjának ábrázolása.
1. Keményedés egy hűtőben. (43. ábra 1) - itt a fűtött rész folyadékba merül, ahol teljesen lehűlt. Az eljárást a széntartalmú és ötvözött acélok geometriai szempontból egyszerű részei használják. A hűtő a víz és az olaj.
3. Tintasugaras kikeményedés - az alkatrészek intenzív vízárammal történő szórásához. Általában akkor használják, ha szükséges egy rész egy részének megkeményedéséhez. Ezzel a módszerrel nem alakul ki gőzkabát, ami mélyebb keményedést biztosít.
4. Keményedés önkioldással. A szokásos edzés és temperálás során a munkadarab szakaszának tulajdonságai megegyeznek. A szükséges keménységeloszlás létrehozásához a résznek csak egy része megkeményedett, és a nem hűtött rész halmozódása megnedvesedett. Ezt a módszert alkalmazzák például a fémmegmunkáló szerszám, a véső, a kalapács, az üllő stb. A keménység eloszlását úgy érik el, hogy a keményedést színárnyalatokkal állítjuk be.
6. Izotermikus keményedés. (43. ábra 4) Itt az acélt olyan hőmérsékleten vagy olyan közegben érleljük meg, amely az ausztenit teljes izoterm transzformációját biztosítja. Általában 200-250 ° C. A kapott szerkezet bainit.
A hőkezelés hatása a mechanikai tulajdonságokra.