Kaliasis ketus: savybės, žymėjimas ir taikymo sritis

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Ketus yra kietas, atsparus korozijai, bet trapus geležies ir anglies lydinys, kurio anglies kiekis C svyruoja nuo 2,14 iki 6,67 %. Nepaisant būdingų trūkumų, jis turi įvairių tipų, savybių, pritaikymo būdų. Plačiai naudojamas kalusis ketus.

Istorija

Ši medžiaga buvo žinoma nuo IV amžiaus prieš Kristų. e. Jo kiniškos šaknys yra VI amžiuje. pr. Kr e. Europoje pirmasis paminėjimas apie pramoninę lydinio gamybą datuojamas XIV amžiuje, o Rusijoje - XVI a. Tačiau kaliojo ketaus gamybos technologija buvo patentuota Rusijoje XIX amžiuje. Vėliau sukūrė A. D. Annosovas.

Kadangi pilkojo ketaus naudojimas yra ribotas dėl mažų mechaninių savybių, o plienas yra brangus ir turi mažą kietumą bei ilgaamžiškumą, iškilo klausimas, kaip sukurti patikimą, patvarų, kietą metalą, kuris tuo pat metu būtų stipresnis. ir tam tikras plastiškumas.

Ketaus kalimas neįmanomas, tačiau dėl savo kaliųjų savybių jį galima apdoroti slėgiu (pavyzdžiui, štampuoti).

Gamyba

Pagrindinis būdas -lydymas aukštakrosnėse.

Aukštakrosnių apdorojimo žaliavos:

• Partija – geležies rūda, kurioje yra metalo geležies oksidų pavidalu.
• Degalai – koksas ir gamtinės dujos.
• Deguonis – įpurškiamas per specialius pistoletus.
• Fliusai yra cheminiai dariniai, kurių pagrindą sudaro manganas ir (arba) silicis.

Aukštakrosnės etapai:

1. Grynos geležies atgavimas cheminėmis geležies rūdos reakcijomis su deguonimi, tiekiamu per pistoletus.
2. Koksi deginimas ir anglies oksidų susidarymas.
3. Grynos geležies karburizacija reaguojant su CO ir CO_2.
4. Fe_{3C prisotinimas manganu ir siliciu, priklausomai nuo reikiamų išvesties savybių.}
5. Pagaminto metalo nusausinimas į formas per ketaus sriegius; šlako išleidimas per šlako angas.

Darbo ciklo pabaigoje aukštakrosnės gauna ketaus, šlako ir aukštakrosnių dujų.

Aukštakrosnių metalo gaminiai

Priklausomai nuo aušinimo greičio, mikrostruktūros, prisotinimo anglimi ir priedais, galima gauti kelių rūšių ketaus:

1. Nupirkta (b alta): surišta anglis, pirminis cementitas. Jie naudojami kaip žaliava kitų geležies-anglies lydinių lydymui, perdirbimui. Iki 80 % visų pagamintų aukštakrosnių lydinių.
2. Lietykla (pilka): anglis visiškai arba iš dalies laisvo grafito pavidalu, būtent jos plokštės. Naudojamas mažai atsakingų kūno dalių gamybai. Iki 19 % pagamintų aukštakrosnių liejinių.
3. Ypatinga: daug ferolydinių. 1–2 % nagrinėjamos gamybos rūšies.

Kaliasis ketus gaunamas termiškai apdorojant ketų.

Geležies-anglies struktūrų teorija

Anglis su geležimi gali sudaryti kelių skirtingų tipų lydinius pagal kristalinės gardelės tipą, kuris rodomas mikrostruktūros parinktyje.

1. Kieto tirpalo prasiskverbimas į α-geležį – feritą.
2. Kieto tirpalo prasiskverbimas į γ-geležį – austenitą.
3. Cheminis susidarymas Fe_{3C (surišta būsena) – cementitas. Pirminis susidaro greitai aušinant iš skysto lydalo. Antrinis – lėtesnis temperatūros mažėjimas, nuo austenito. Tretinis – laipsniškas aušinimas iš ferito.}
4. Mechaninis ferito ir cementito – perlito grūdelių mišinys.
5. Mechaninis perlito arba austenito ir cementito grūdelių mišinys – ledeburitas.

Ketaus turi ypatingą mikrostruktūrą. Grafitas gali būti surišto pavidalo ir sudaryti minėtas struktūras, arba gali būti laisvos būsenos įvairių inkliuzų pavidalu. Savybėms įtakos turi ir pagrindiniai grūdeliai, ir šie dariniai. Grafito frakcijos metale yra plokštelės, dribsniai arba rutuliukai.

Sluoksninė forma būdinga pilkiesiems geležies ir anglies lydiniams. Dėl to jie tampa trapūs ir nepatikimi.

Į dribsnius panašūs intarpai turi kaliojo ketaus, kuris teigiamai veikia jų mechanines savybes.

Grafito sferinė struktūra yra dar didesnėpagerina metalo kokybę, įtakoja kietumo padidėjimą, patikimumą, didelių apkrovų poveikį. Didelio stiprumo ketaus turi šias savybes. Kaliojo ketaus savybes lemia feritinės arba perlitinės bazės, kuriose yra dribsnių grafito intarpų.

Feritinio kaliojo ketaus gamyba

Gaminamas iš b alto kiaulienos hipoeutektoido mažai anglies turinčio lydinio, atkaitinant luitus, kuriuose anglies kiekis yra 2,4–2,8 % ir juos atitinkančių priedų (Mn, Si, S, P). Atkaitintų dalių sienelių storis turi būti ne didesnis kaip 5 cm. Didelio storio liejiniams grafitas turi plokščių formą ir nepasiekiamos norimos savybės.

Norint gauti kaliojo ketaus su feritiniu pagrindu, metalas dedamas į specialias dėžes ir pabarstomas smėliu. Sandariai uždarytos talpyklos dedamos į kaitinimo krosnis. Atkaitinimo metu atlikite šią veiksmų seką:

1. Konstrukcijos įkaitinamos krosnyse iki 1000 ˚C temperatūros ir paliekamos pastovioje temperatūroje stovėti 10–24 valandas. Dėl to pirminis cementitas ir ledeburitas suyra.
2. Metalas kartu su krosnele atšaldomas iki 720 ˚С.
3. 720 ˚С temperatūroje jie laikomi ilgą laiką: nuo 15 iki 30 valandų. Ši temperatūra užtikrina antrinio cementito irimą.
4. Paskutiniame etape jie vėl atšaldomi kartu su veikiančia virykle iki 500 ˚С, o tada iškeliami į orą.

Toks technologinis atkaitinimas vadinamas grafitizavimu.

Atlikus atliktus darbus, medžiagos mikrostruktūra yraferitas su dribsniais grafito grūdeliais. Šis tipas vadinamas „juodaširdžiu“, nes pertrauka yra juoda.

Perlitinio kaliojo ketaus gamyba

Tai savotiškas geležies ir anglies lydinys, taip pat kilęs iš hipoeutektoidinio b altojo, tačiau anglies kiekis jame padidintas: 3-3,6%. Norint gauti liejinius su perlito pagrindu, jie dedami į dėžutes ir apibarstomi susmulkinta miltelių pavidalo geležies rūda arba nuosėdomis. Pati atkaitinimo procedūra yra supaprastinta.

1. Metalo temperatūra padidinama iki 1000 ˚C, palaikoma 60-100 valandų.
2. Dizainas vėsinamas orkaitėje.

Dėl nuovargio, veikiant karščiui, metalinėje aplinkoje vyksta difuzija: irstant cementitui išsiskiriantis grafitas dalinai palieka atkaitintų dalių paviršinį sluoksnį, nusėda ant rūdos ar apnašų paviršiaus. Gaunasi minkštesnis, labiau kalus ir kalus viršutinis "b altaširdis" kaliojo ketaus sluoksnis su kietu centru.

Toks atkaitinimas vadinamas nepilnu. Jis užtikrina cementito ir ledeburito suirimą į sluoksninį perlitą su atitinkamu grafitu. Jei reikia granuliuoto perlitinio kaliojo ketaus, turinčio didesnį smūginį stiprumą ir plastiškumą, taikomas papildomas medžiagos kaitinimas iki 720 ˚С. Dėl to susidaro perlito grūdeliai su dribsnių grafito intarpais.

Feritinio kaliojo ketaus savybės, žymėjimai ir pritaikymas

Ilgas metalo „stingimas“krosnyje lemia visišką cementito ir ledeburito skilimą į feritą. Ačiūtechnologiniais triukais gaunamas lydinys su dideliu anglies kiekiu - feritinė struktūra, būdinga mažai anglies turinčiam plienui. Tačiau pati anglis niekur nedingsta – iš su geležimi susietos būsenos ji pereina į laisvą. Temperatūros poveikis pakeičia grafito inkliuzų formą į dribsnius.

Feritinė struktūra sumažina kietumą, padidina stiprumo vertes, turi tokias charakteristikas kaip atsparumas smūgiams ir plastiškumas.

Feritinės klasės kaliojo ketaus ženklinimas: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, kur:

KCh – veislės pavadinimas – kalusis;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 – didžiausia apkrova kad galėtų atlaikyti nesugriuvę;}

6, 8, 10, 12 – santykinis pailgėjimas, δ, % – plastiškumo indeksas (kuo didesnė vertė, tuo labiau metalas gali būti apdorojamas slėgiu).

Kietumas – apie 100–160 HB.

Ši medžiaga pagal savo eksploatacines savybes užima vidurinę vietą tarp, pavyzdžiui, plieno ir pilkojo geležies ir anglies lydinio. Kalusis ketus su feritiniu pagrindu yra prastesnis už perlitinį atsparumu dilimui, korozijai ir atsparumui nuovargiui, tačiau didesnis pagal mechaninį atsparumą, plastiškumą ir liejimo charakteristikas. Dėl mažos kainos jis plačiai naudojamas pramonėje gaminant detales, veikiančias esant mažoms ir vidutinėms apkrovoms: pavaroms, karteriams, galinėms ašims, santechnikai.

Perlitinio kaliojo ketaus savybės, žymėjimai ir pritaikymas

Dėl nepilno atkaitinimo pirminiai, antriniai cementitai ir ledeburitas turi laiko visiškai ištirpti austenite, kuris 720 ˚С temperatūroje virsta perlitu. Pastarasis yra mechaninis ferito ir tretinio cementito grūdelių mišinys. Tiesą sakant, dalis anglies lieka surištoje formoje, lemia struktūrą, o dalis „išleidžiama“į dribsnių grafitą. Šiuo atveju perlitas gali būti sluoksniuotas arba granuliuotas. Taip susidaro perlitinis kalusis ketus. Jo savybes lemia soti, kietesnė ir mažiau lanksti struktūra.

Šie, lyginant su feritinėmis, pasižymi aukštesnėmis antikorozinėmis, atsparumo dilimui savybėmis, jų stiprumas yra daug didesnis, tačiau mažesnės liejimo charakteristikos ir plastiškumas. Atsparumas mechaniniam poveikiui padidinamas paviršutiniškai, išlaikant gaminio šerdies kietumą ir klampumą.

Kaliojo ketaus perlitinės klasės žymėjimas: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Pirmasis skaitmuo yra stiprumo žymėjimas: atitinkamai 450, 500, 560, 600, 650, 700 ir 800 N/mm2.

Antra – plastiškumo žymėjimas: pailgėjimas δ,% – 7, 5, 4, 3, 3, 2 ir 1, 5.

Perlitinis kaliasis ketus buvo naudojamas mechaninėje inžinerijoje ir prietaisuose, skirtuose konstrukcijoms, veikiančioms esant didelėms apkrovoms – tiek statinėms, tiek dinaminėms: skirstomiesiems velenams, alkūniniams velenams, sankabos detalėms, stūmokliams, švaistikliais.

Šiluminis apdorojimas

Medžiaga, gauta termiškai apdorojant, būtent atkaitinus, gali būti pakartotinaibūti veikiami temperatūros įtakos. Pagrindinis jų tikslas – toliau didinti stiprumą, atsparumą dilimui, atsparumą korozijai ir senėjimui.

1. Kietinimas naudojamas konstrukcijoms, kurioms reikalingas didelis kietumas ir kietumas; gaminamas kaitinant iki 900 ˚С, detalės aušinamos vidutiniškai apie 100 ˚С/sek, naudojant mašinų alyvą. Po jo seka aukštas grūdinimas kaitinant iki 650˚С ir aušinimas oru.
2. Normalizavimas naudojamas vidutinio dydžio paprastoms detalėms, kaitinant orkaitėje iki 900 ˚С, išlaikant šioje temperatūroje nuo 1 iki 1,5 valandos ir po to atvėsinant ore. Suteikia troostito granuliuotą perlitą, jo kietumą ir patikimumą trinties ir dilimo metu. Jis naudojamas antifrikciniam kaliajam ketui su perlitiniu pagrindu gauti.
3. Atkaitinimas kartojamas gaminant antifrikciją: kaitinimas - iki 900 ˚С, ilgalaikis šios šilumos išlaikymas, aušinimas kartu su krosnimi. Pateikiama antifrikcinio kaliojo ketaus feritinė arba feritinė-perlitinė struktūra.

Ketaus gaminių šildymas gali būti atliekamas vietoje arba kartu. Vietiniam naudojimui, aukšto dažnio srovėms arba acetileno liepsnai (kietėjimas). Kompleksinėms - šildymo krosnims. Vietinis kaitinimas sukietėja tik viršutinis sluoksnis, jo kietumas ir stiprumas didėja, tačiau šerdies plastiškumas ir klampumas išlieka.

Svarbu pažymėti, kad ketaus kalimas neįmanomas ne tik dėl nepakankamo mechaniniocharakteristikas, bet ir dėl didelio jautrumo staigiam temperatūros kritimui, kuris yra neišvengiamas kietinant aušinant vandeniu.

Antifrikciniai kaliuosius ketinimus

Ši įvairovė tinka ir kaliiesiems, ir legiruotiems, jie yra pilki (ASF), kaliojo (ASC) ir didelio stiprumo (ACS). ACHK gamybai naudojamas kalusis ketus, kuris atkaitinamas arba normalizuojamas. Procesai atliekami siekiant padidinti jo mechanines savybes ir suformuoti naują charakteristiką – atsparumą dilimui trinties su kitomis dalimis metu.

Pažymėta: AChK-1, AChK-2. Jis naudojamas alkūniniams velenams, krumpliaračiams, guoliams gaminti.

Priedų įtaka savybėms

Be geležies-anglies pagrindo ir grafito, juose taip pat yra kitų komponentų, kurie taip pat lemia ketaus savybes: mangano, silicio, fosforo, sieros ir kai kurių legiruojamųjų elementų.

Manganas padidina skysto metalo sklandumą, atsparumą korozijai ir atsparumą dilimui. Padeda padidinti kietumą ir stiprumą, surišti anglį su geležimi pagal cheminę formulę Fe_{3C, susidaro granuliuotas perlitas.}

Silicis taip pat teigiamai veikia skysto lydinio sklandumą, skatina cementito irimą bei grafito inkliuzų išsiskyrimą.

Siera yra neigiamas, bet neišvengiamas komponentas. Jis mažina mechanines ir chemines savybes, skatina įtrūkimų susidarymą. Tačiau racionalus jo turinio santykis su kitais elementais (pavyzdžiui, su manganu) leidžiateisingi mikrostruktūriniai procesai. Taigi, esant Mn-S santykiui 0,8-1,2, perlitas išsaugomas bet kuriuo temperatūros įtakos metu. Kai santykis padidinamas iki 3, atsiranda galimybė gauti bet kokią reikiamą struktūrą, priklausomai nuo nurodytų parametrų.

Fosforas keičia sklandumą į geresnę pusę, turi įtakos stiprumui, sumažina smūgio stiprumą ir lankstumą, turi įtakos grafitizacijos trukmei.

Chromas ir molibdenas trukdo susidaryti grafito dribsniams, o kai kuriuose turiniuose jie prisideda prie granuliuoto perlito susidarymo.

Volframas padidina atsparumą dilimui aukštoje temperatūroje.

Aliuminis, nikelis, varis prisideda prie grafitizacijos.

Reguliuojant cheminių elementų, sudarančių geležies ir anglies lydinį, kiekį ir jų santykį, galima daryti įtaką galutinėms ketaus savybėms.

Privalumai ir trūkumai

Kaliojo ketaus yra medžiaga, plačiai naudojama inžinerijoje. Pagrindiniai jo pranašumai:

• didelis kietumas, atsparumas dilimui, stiprumas ir sklandumas;
• normalios kietumo ir lankstumo charakteristikos;
• gamybinis formavimas, skirtingai nuo pilkojo ketaus;
• įvairios galimybės koreguoti konkrečios dalies savybes terminio ir cheminio-terminio apdorojimo metodais;
• maža kaina.

Trūkumai apima individualias savybes:

• trapumas;
• grafito inkliuzų buvimas;
• prastas pjovimo našumas;
• didelis liejinių svoris.

Nepaisant esamų trūkumų, kaliojo ketaus užima atsakingą vietą metalurgijoje ir inžinerijoje. Iš jo gaminamos tokios svarbios detalės kaip alkūniniai velenai, stabdžių trinkelių dalys, krumpliaračiai, stūmokliai, švaistikliai. Turėdamas nedidelę rūšių įvairovę, kaliojo ketaus pramonėje užima atskirą nišą. Jis naudojamas toms apkrovoms, kuriose mažai tikėtinas kitų medžiagų naudojimas.