Karščiui atsparūs lydiniai. Specialūs plienai ir lydiniai. Karščiui atsparių lydinių gamyba ir naudojimas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Šiuolaikinė pramonė neįsivaizduojama be tokios medžiagos kaip plienas. Su juo susiduriame beveik kiekviename žingsnyje. Į jo sudėtį įtraukus įvairius cheminius elementus, galima žymiai pagerinti mechanines ir eksploatacines savybes.

Kas yra plienas

Plienas yra lydinys, kuriame yra anglies ir geležies. Be to, tokiame lydinyje (nuotrauka žemiau) gali būti kitų cheminių elementų priemaišų.

Yra keletas struktūrinių būsenų. Jei anglies kiekis yra 0,025–0,8 % intervale, šie plienai vadinami hipoeutektoidiniais ir jų struktūroje yra perlito ir ferito. Jei plienas yra hipereutektoidinis, gali būti stebimos perlitinės ir cementito fazės. Ferito struktūros bruožas yra didelis plastiškumas. Cementitas taip pat turi didelį kietumą. Perlitas sudaro abi ankstesnes fazes. Jis gali būti granuliuotos formos (cementito inkliuzai yra išilgai ferito grūdelių, kurie turi apvalią formą) ir lamelės (abi fazės atrodo kaip plokštelės). Jei plienas įkaitinamas virš temperatūros, kuriai esantatsiranda polimorfinių modifikacijų, struktūra pasikeičia į austenitinę. Ši fazė padidino plastiškumą. Jei anglies kiekis viršija 2,14%, tokios medžiagos ir lydiniai vadinami ketaus.

Plieno rūšys

Priklausomai nuo sudėties, plienas gali būti anglinis ir legiruotas. Anglies kiekis mažesnis nei 0,25 % būdingas švelniam plienui. Jei jo kiekis siekia 0,55%, tada galime kalbėti apie vidutinio anglies lydinį. Plienas, kurio sudėtyje yra daugiau nei 0,6% anglies, vadinamas daug anglies turinčiu plienu. Jei lydinio gamybos procese technologija apima specifinių cheminių elementų įvedimą, tada šis plienas vadinamas legiruotu. Įvairių komponentų įvedimas žymiai keičia jo savybes. Jei jų skaičius neviršija 4%, tada lydinys yra mažai legiruotas. Vidutinio ir labai legiruoto plieno intarpų yra atitinkamai iki 11% ir daugiau nei 12%. Priklausomai nuo srities, kurioje naudojami plieno lydiniai, yra tokių tipų: įrankių, konstrukciniai ir specialieji plienai bei lydiniai.

Gamybos technologija

Plieno lydymo procesas yra gana sunkus. Tai apima kelis etapus. Pirmiausia reikia žaliavos – geležies rūdos. Pirmasis etapas apima kaitinimą iki tam tikros temperatūros. Tokiu atveju vyksta oksidaciniai procesai. Antrame etape temperatūra tampa daug aukštesnė. Anglies oksidacijos procesai yra intensyvesni. Galimas papildomas lydinio sodrinimas deguonimi. Iš jo pašalinamos nereikalingos priemaišosšlakas. Kitas žingsnis yra deguonies pašalinimas iš plieno, nes tai žymiai sumažina mechanines savybes. Tai gali būti atliekama difuzijos arba nusodinimo būdu. Jei deoksidacijos procesas nevyksta, gautas plienas vadinamas verdančiu plienu. Ramus lydinys neišskiria dujų, deguonis visiškai pašalinamas. Tarpinę padėtį užima pusiau tylūs plienai. Geležies lydiniai gaminami atvirame židinyje, indukcinėse krosnyse, deguonies konverteriuose.

Plieno legiravimas

Siekiant įgyti tam tikras plieno savybes, į jo sudėtį įtraukiamos specialios legiruojančios medžiagos. Pagrindiniai šio lydinio privalumai – padidėjęs atsparumas įvairioms deformacijoms, žymiai padidėja detalių ir kitų konstrukcinių elementų patikimumas. Grūdinimas sumažina įtrūkimų ir kitų defektų procentą. Dažnai šis prisotinimo skirtingais elementais metodas naudojamas siekiant suteikti atsparumą cheminei korozijai. Tačiau yra ir nemažai trūkumų. Jie reikalauja papildomo apdorojimo, dribsnių atsiradimo tikimybė yra didelė. Be to, didėja ir medžiagos kaina. Dažniausiai legiruojantys elementai yra chromas, nikelis, volframas, molibdenas, kob altas. Jų taikymo sritis yra gana didelė. Tai apima mechaninę inžineriją ir vamzdynų, elektrinių, aviacijos dalių gamybą ir daug daugiau.

Atsparumo karščiui ir atsparumo karščiui sąvoka

Atsparumo karščiui sąvoka reiškia metalo ar lydinio gebėjimą išlaikyti visas savo savybes dirbant aukštoje temperatūroje. Tokioje aplinkoje dažnaistebima dujų korozija. Todėl medžiaga taip pat turi būti atspari jos veikimui, tai yra, būti atspari karščiui. Taigi lydinių, kurie naudojami esant reikšmingai temperatūrai, apibūdinimas turi apimti abi šias sąvokas. Tik tada toks plienas užtikrins reikiamą dalių, įrankių ir kitų konstrukcinių elementų tarnavimo laiką.

Karščiui atsparaus plieno savybės

Tais atvejais, kai temperatūra pasiekia aukštas vertes, reikia naudoti lydinius, kurie nesugrius ir nepasiduos deformacijai. Šiuo atveju naudojami karščiui atsparūs lydiniai. Tokių medžiagų darbinė temperatūra yra aukštesnė nei 500ºС. Tokiems plienams būdingi svarbūs aspektai yra aukšta ištvermės riba, ilgai išliekantis plastiškumas, taip pat atsipalaidavimo stabilumas. Yra keletas elementų, kurie gali žymiai padidinti atsparumą aukštai temperatūrai: kob altas, volframas, molibdenas. Chromas taip pat yra būtinas komponentas. Tai ne tiek įtakoja stiprumą, kiek padidina masto atsparumą. Chromas taip pat apsaugo nuo korozijos procesų. Kita svarbi šio tipo lydinių savybė yra lėtas šliaužimas.

Karščiui atsparaus plieno klasifikacija pagal struktūrą

Karščiui ir karščiui atsparūs lydiniai yra feritinės klasės, martensitiniai, austenitiniai ir feritinės-martensitinės struktūros. Pirmuosiuose yra apie 30% chromo. Po specialaus apdorojimo struktūra tampa smulkiagrūdė. Jei šildymo temperatūra viršija 850ºС, tada grūdaipadidėja, o tokios karščiui atsparios medžiagos tampa trapios. Martensitinė klasė pasižymi tokiu chromo kiekiu: nuo 4% iki 12%. Nikelio, volframo ir kitų elementų taip pat gali būti nedideliais kiekiais. Iš jų gaminamos automobilių turbinų ir vožtuvų dalys. Plienai, kurių struktūroje yra martensito ir ferito, yra tinkami eksploatuoti nuolat aukštoje temperatūroje ir ilgai. Chromo kiekis siekia 14%. Austenitas gaunamas į karščiui atsparius lydinius įdedant nikelio. Panašios struktūros plienas turi daug rūšių.

Nikelio lydiniai

Nikelis turi daug naudingų savybių. Tai teigiamai veikia plieno apdirbamumą (tiek karšto, tiek š alto). Jei dalis ar įrankis skirtas dirbti agresyvioje aplinkoje, lydymas su šiuo elementu žymiai padidina atsparumą korozijai. Nikelio pagrindu pagamintos karščiui atsparios medžiagos skirstomos į šias grupes: karščiui atsparios ir faktiškai karščiui atsparios. Pastarieji taip pat turėtų turėti minimalias karščiui atsparias charakteristikas. Darbinė temperatūra siekia 1200ºС. Be to, pridedama chromo arba titano. Būdinga, kad nikeliu legiruotas plienas turi nedidelį kiekį priemaišų, tokių kaip baris, magnis, boras, todėl grūdelių ribos labiau sutvirtėja. Šio tipo karščiui atsparūs lydiniai gaminami k altinių ir valcuotų gaminių pavidalu. Taip pat galima išlieti dalis. Pagrindinė jų taikymo sritis yra dujų turbinų elementų gamyba. Nikelio pagrindu pagaminti karščiui atsparūs lydiniai turi iki 30 % chromo. Jie pakankamai gerai tinka štampavimui, suvirinimui. Be to, masto atsparumas yra aukšto lygio. Tai leidžia juos naudoti dujotiekių sistemose.

Karščiui atsparus titano lydinio plienas

Titano įvedama nedidelis kiekis (iki 0,3%). Šiuo atveju tai padidina lydinio stiprumą. Jei jo kiekis yra daug didesnis, tada kai kurios mechaninės savybės pablogėja (kietumas, stiprumas). Tačiau plastiškumas didėja. Tai palengvina plieno apdirbimą. Įvedus titaną kartu su kitais komponentais, galima žymiai pagerinti karščiui atsparias charakteristikas. Jei reikia dirbti agresyvioje aplinkoje (ypač kai projektuojamas suvirinimas), legiravimas su šiuo cheminiu elementu yra pagrįstas.

Kob alto lydiniai

Didelis kob alto kiekis (iki 80 %) naudojamas tokių medžiagų, kaip karščiui atsparūs ir karščiui atsparūs lydiniai, gamybai, nes grynas jis retai naudojamas. Jo įvedimas padidina plastiškumą, taip pat atsparumą dirbant aukštoje temperatūroje. Ir kuo jis didesnis, tuo didesnis į lydinį patenka kob alto kiekis. Kai kuriuose prekės ženkluose jo turinys siekia 30%. Kitas būdingas tokių plienų bruožas yra magnetinių savybių pagerėjimas. Tačiau dėl didelių kob alto kainų jo naudojimas yra gana ribotas.

Molibdeno įtaka karščiui atspariems lydiniams

Šis cheminis elementas labai veikia medžiagos stiprumą aukštoje temperatūroje.

Jis ypač efektyvus, kai naudojamas kartu su kitais elementais. Jis žymiai padidina plieno kietumą (jau 0,3%). Taip pat didėja atsparumas tempimui. Dar viena teigiama savybė, kurią turi karščiui atsparūs lydiniai, legiruoti su molibdenu, yra didelis atsparumas oksidaciniams procesams. Molibdenas prisideda prie grūdų malimo. Trūkumas yra suvirinimo sunkumas.

Kitas specialus plienas ir lydiniai

Kad atlikti tam tikras užduotis, reikalingos medžiagos, turinčios tam tikras savybes. Taigi galime kalbėti apie specialių lydinių, kurie gali būti ir legiruoti, ir anglies, naudojimą. Pastarajame reikalingų charakteristikų rinkinys pasiekiamas dėl to, kad lydinių gamyba ir jų apdirbimas vyksta naudojant specialią technologiją. Net specialūs lydiniai ir plienai skirstomi į konstrukcinius ir įrankinius. Tarp pagrindinių šio tipo medžiagų uždavinių galima išskirti: atsparumą korozijai ir susidėvėjimo procesams, gebėjimą dirbti agresyvioje aplinkoje ir patobulintas mechanines charakteristikas. Į šią kategoriją įeina ir karščiui atsparus plienas bei lydiniai su aukšta darbo temperatūra, ir kriogeninis plienas, galintis atlaikyti iki -296ºС.

Įrankinis plienas

Įrankių gamyboje naudojamas specialus įrankių plienas. Dėl to, kad jų darbo sąlygos skiriasi, medžiagos taip pat parenkamos individualiai. Kadangi įrankiams keliami gana aukšti reikalavimai, jų lydinių charakteristikosgamyba tinkama: turi būti be trečiųjų šalių priemaišų, intarpų, gerai atliktas deoksidacijos procesas, vienalytė struktūra. Labai svarbu, kad matavimo prietaisai būtų stabilūs ir atsparūs dilimui. Jei kalbėtume apie pjovimo įrankius, tai jie dirba esant aukštai temperatūrai (yra briauna kaitinimas), nuolatinė trintis ir deformacija. Todėl jiems labai svarbu išlaikyti pirminį kietumą kaitinant. Kitas įrankių plieno tipas yra greitaeigis plienas. Iš esmės jis yra legiruotas volframu. Kietumas išlaikomas iki maždaug 600ºС temperatūros. Taip pat yra štampuoto plieno. Jie skirti karštam ir š altam formavimui.

Specialus lydinio pritaikymas

Pramonės šakų, kuriose naudojami ypatingų savybių lydiniai, yra daug. Dėl patobulintų savybių jie yra nepakeičiami mechanikos inžinerijoje, statybose ir naftos pramonėje. Karščiui atsparūs ir karščiui atsparūs lydiniai naudojami turbinų dalių, automobilių atsarginių dalių gamyboje. Plienas, pasižymintis aukštomis antikorozinėmis savybėmis, yra būtinas vamzdžių, karbiuratoriaus adatų, diskų ir įvairių chemijos pramonės elementų gamyboje. Geležinkelio bėgiai, kaušai, vikšrai transporto priemonėms – dilimui atsparus plienas yra viso to pagrindas. Masinėje varžtų, veržlių ir kitų panašių dalių gamyboje naudojami automatiniai lydiniai. Spyruoklės turi būti pakankamai elastingos ir atsparios dilimui. Štai kodėlmedžiaga jiems yra spyruoklinis plienas. Siekiant pagerinti šią kokybę, jie papildomai legiruojami chromu, molibdenu. Visi specialūs lydiniai ir plienai, turintys specifinių savybių rinkinį, gali sumažinti dalių, kuriose anksčiau buvo naudojami spalvotieji metalai, kainą.