Hipoeutektoidni čelik: struktura, svojstva, proizvodnja i primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Upotreba ugljičnih čelika je široko rasprostranjena u građevinarstvu i industriji. Skupina tzv. tehničkog željeza ima brojne prednosti koje dovode do povećanja performansi finalnih proizvoda i konstrukcija. Uz optimalne karakteristike čvrstoće i otpornosti na naprezanje, ove legure odlikuju se i fleksibilnim dinamičkim svojstvima. Konkretno, hipoeutektoidni čelik, koji također sadrži značajan postotak smjese ugljika, cijenjen je zbog svoje visoke duktilnosti. Ali to nisu sve prednosti ove vrste željeza visoke čvrstoće.

Opći podaci o leguri

Osobito obilježje čelika je prisutnost posebnih legiranih nečistoća i ugljika u strukturi. Zapravo, hipoeutektoidna legura određena je sadržajem ugljika. Ovdje je važno razlikovati klasične eutektoidne i ledeburitne čelike, koji imaju mnogo zajedničkog s opisanom vrstom tehničkog željeza. Ako uzmemo u obzir strukturnu klasu čelika, tada će se hipoeutektoidna legura odnositi na eutektoide, ali koja sadrži legirane ferite i perlite. Temeljna razlika od hipereutektoida je razina ugljika ispod 0,8%. Prekoračenje ovogaindikator nam omogućuje klasificiranje čelika kao punopravne eutektoide. Na neki način suprotnost hipoeutektoidu je hipereutektoidni čelik, koji osim perlita sadrži i sekundarne nečistoće karbida. Dakle, postoje dva glavna čimbenika koji omogućuju razlikovanje hipoeutektoidnih legura od opće skupine eutektoida. Prvo, ovo je relativno mali sadržaj ugljika, a drugo, ovo je poseban skup nečistoća čija je osnova ferit.

Tehnologija proizvodnje

Opći tehnološki proces za proizvodnju hipoeutektoidnog čelika sličan je proizvodnji drugih legura. Odnosno, koriste se približno iste tehnike, ali u različitim konfiguracijama. Hipoeutektoidni čelik zahtijeva posebnu pozornost u smislu dobivanja svoje specifične strukture. Za to se koristi tehnologija koja osigurava razgradnju austenita u pozadini hlađenja. Zauzvrat, austenit je kombinirana smjesa, uključujući isti ferit i perlit. Regulacijom intenziteta grijanja i hlađenja tehnolozi mogu kontrolirati disperziju ovog aditiva, što u konačnici utječe na formiranje određenih performansi materijala.

Međutim, ugljik koji daje perlit ostaje isti. Iako naknadno žarenje može ispraviti stvaranje mikrostrukture, sadržaj ugljika bit će u rasponu od 0,8%. Obvezna faza u procesu formiranja čelične konstrukcije je normalizacija. Ovaj postupak je potreban za frakcijsku optimizaciju zrna istihaustenit. Drugim riječima, čestice ferita i perlita se smanjuju na optimalne veličine, što dodatno poboljšava tehničke i fizičke performanse čelika. Ovo je složen proces u kojem mnogo ovisi o kvaliteti regulacije grijanja. Ako je temperaturni režim prekoračen, tada se može postići suprotan učinak - povećanje zrna austenita.

Žarenje čelika

Primjenjuje se nekoliko metoda žarenja. Postoji temeljna razlika između tehnika potpunog i djelomičnog žarenja. U prvom slučaju, austenit se intenzivno zagrijava do kritične temperature, nakon čega se normalizacija provodi hlađenjem. Tu dolazi do raspada austenita. U pravilu se potpuno žarenje čelika provodi u režimu od 700-800 °C. Toplinska obrada na ovoj razini samo aktivira procese raspada feritnih elemenata. Brzina hlađenja također se može podesiti, na primjer, osoblje pećnice može upravljati vratima komore zatvaranjem ili otvaranjem. Najnoviji modeli izotermnih pećnica u automatskom načinu rada mogu provoditi sporo hlađenje prema zadanom programu.

Što se tiče nepotpunog žarenja, ono se proizvodi zagrijavanjem s temperaturom iznad 800 °C. Međutim, postoje ozbiljna ograničenja u vremenu održavanja kritičnog temperaturnog učinka. Iz tog razloga dolazi do nepotpunog žarenja, uslijed čega ferit ne nestaje. Posljedično, mnogi nedostaci u strukturi budućeg materijala nisu eliminirani. Zašto je potrebno takvo žarenje čelika ako ne poboljšava fizikalnukvaliteta? Zapravo, to je nepotpuna toplinska obrada koja vam omogućuje održavanje meke strukture. Krajnji materijal možda neće biti potreban u svakoj primjeni specifičnoj za ugljične čelike per se, ali će omogućiti jednostavnu obradu. Meka proeutektoidna legura lako se reže i jeftinija je za proizvodnju.

normalizacija legure

Nakon pečenja na red dolaze postupci pojačane toplinske obrade. Postoje operacije normalizacije i grijanja. U oba slučaja radi se o toplinskom učinku na izradak, pri kojem temperatura može prijeći 1000 °C. Ali sama po sebi, normalizacija hipoeutektoidnih čelika događa se nakon završetka toplinske obrade. U ovoj fazi počinje hlađenje u uvjetima mirnog zraka, pri čemu se izlaganje odvija do potpunog stvaranja sitnozrnastog austenita. Odnosno, zagrijavanje je vrsta pripremne operacije prije dovođenja legure u normalizirano stanje. Ako govorimo o specifičnim strukturnim promjenama, onda se one najčešće izražavaju u smanjenju veličine ferita i perlita, kao iu povećanju njihove tvrdoće. Kvalitete čvrstoće čestica su povećane u odnosu na one postignute postupcima žarenja.

Nakon normalizacije može uslijediti još jedan postupak zagrijavanja dugog izlaganja. Radni komad se zatim hladi, a ovaj korak se može izvesti na različite načine. Konačni hipoeutektoidni čelik dobiva se ili na zraku ili upećnice koje se sporo hlade. Kao što pokazuje praksa, najkvalitetnija legura se formira potpunom tehnologijom normalizacije.

Utjecaj temperature na strukturu legure

Utjecaj temperature u proces formiranja čelične konstrukcije počinje od trenutka transformacije feritno-cementitne mase u austenit. Drugim riječima, perlit prelazi u stanje funkcionalne smjese, koja dijelom postaje osnova za stvaranje čelika visoke čvrstoće. U sljedećoj fazi termičke obrade, kaljeni čelik se oslobađa viška ferita. Kao što je već napomenuto, nije uvijek potpuno eliminirano, kao u slučaju nepotpunog žarenja. Ali klasična hipoeutektoidna legura još uvijek uključuje eliminaciju ove austenitne komponente. U sljedećoj fazi, postojeći sastav je već optimiziran uz očekivanje formiranja optimizirane strukture. Odnosno, dolazi do smanjenja čestica legure sa stjecanjem povećanih svojstava čvrstoće.

Izotermna transformacija s prehlađenom mješavinom austenita može se izvesti na različite načine, a razina temperature samo je jedan od parametara koje kontrolira tehnolog. Razlikuju se i vršni intervali toplinskog izlaganja, brzina hlađenja itd. Ovisno o odabranom načinu normalizacije, dobiva se kaljeni čelik s određenim tehničkim i fizičkim karakteristikama. U ovoj fazi također je moguće postaviti posebna operativna svojstva. Upečatljiv primjer je legura meke strukture, dobivena s ciljem učinkovite daljnje obrade. Ali najčešćeproizvođači se još uvijek usredotočuju na potrebe krajnjeg potrošača i njegove zahtjeve za glavnim tehničkim i operativnim kvalitetama metala.

Čelična konstrukcija

Način normalizacije na temperaturi od 700 °C uzrokuje stvaranje strukture u kojoj će zrna ferita i perlita činiti osnovu. Inače, hipereutektoidni čelici imaju u svojoj strukturi cementit umjesto ferita. Na sobnoj temperaturi, u normalnom stanju, također se bilježi sadržaj viška ferita, iako se taj dio minimizira povećanjem ugljika. Važno je naglasiti da struktura čelika u maloj mjeri ovisi o sadržaju ugljika. Praktički ne utječe na ponašanje glavnih komponenti tijekom istog zagrijavanja, a gotovo sav je koncentriran u perlitu. Zapravo, perlit se može koristiti za određivanje razine sadržaja mješavine ugljika - u pravilu je to beznačajna vrijednost.

Zanimljiva je još jedna strukturna nijansa. Činjenica je da čestice perlita i ferita imaju istu specifičnu težinu. To znači da po količini jedne od ovih komponenti u ukupnoj masi možete saznati koliku ukupnu površinu zauzima. Tako se proučavaju površine mikroprereza. Ovisno o načinu u kojem je hipoeutektoidni čelik zagrijavan, formiraju se i frakcijski parametri čestica austenita. Ali to se događa gotovo u pojedinačnom formatu s formiranjem jedinstvenih vrijednosti - druga stvar je da ograničenja za različite pokazatelje ostaju standardna.

Svojstva hipoeutektoidnog čelika

Ovaj metal pripadana čelike s niskim udjelom ugljika, pa od njega ne biste trebali očekivati posebne performanse. Dovoljno je reći da je u pogledu karakteristika čvrstoće ova legura značajno inferiorna u odnosu na eutektoide. To je zbog razlika u strukturi. Činjenica je da je hipoeutektoidna klasa čelika sa sadržajem viška ferita inferiorna u čvrstoći od analoga koji imaju cementit u strukturnom skupu. Djelomično iz tog razloga tehnolozi preporučuju korištenje legura za građevinsku industriju, u čijoj je proizvodnji maksimalno provedena operacija pečenja s pomakom ferita.

Ako govorimo o pozitivnim iznimnim svojstvima ovog materijala, onda su to plastičnost, otpornost na prirodne biološke procese razaranja, itd. U isto vrijeme, stvrdnjavanje hipoeutektoidnih čelika može dodati niz dodatnih kvaliteta u metal. Na primjer, to može biti i povećana toplinska otpornost i odsutnost sklonosti procesima korozije, kao i cijeli niz zaštitnih svojstava svojstvenih konvencionalnim niskougljičnim legurama.

Područja primjene

Unatoč blagom smanjenju svojstava čvrstoće zbog činjenice da metal pripada klasi feritnih čelika, ovaj materijal je uobičajen u različitim područjima. Primjerice, u strojarstvu se koriste dijelovi od hipoeutektoidnih čelika. Druga stvar je da se koriste visoke kvalitete legura, u čijoj su proizvodnji korištene napredne tehnologije pečenja i normalizacije. Također, struktura hipoeutektoidnog čelika sa smanjenim sadržajem ferita je prilično dobraomogućuje korištenje metala u proizvodnji građevinskih konstrukcija. Štoviše, pristupačna cijena nekih vrsta čelika ove vrste omogućuje vam da računate na značajne uštede. Ponekad, u proizvodnji građevinskih materijala i čeličnih modula, povećana čvrstoća uopće nije potrebna, ali je potrebna otpornost na habanje i elastičnost. U takvim slučajevima, korištenje hipoeutektoidnih legura je opravdano.

Proizvodnja

Mnoga poduzeća se bave proizvodnjom, pripremom i proizvodnjom hipoeutektoidnog metala u Rusiji. Na primjer, Uralska tvornica obojenih metala (UZTSM) proizvodi nekoliko vrsta čelika ove vrste odjednom, nudeći potrošaču različite skupove tehničkih i fizičkih svojstava. Uralska čeličana proizvodi feritne čelike, koji uključuju visokokvalitetne legirane komponente. Osim toga, u asortimanu su dostupne posebne modifikacije od legure, uključujući metale otporne na toplinu, visoke kroma i nehrđajuće metale.

Metalloinvest također se može izdvojiti među najvećim proizvođačima. U pogonima ove tvrtke proizvode se konstrukcijski čelici hipoeutektoidne strukture namijenjeni za korištenje u građevinarstvu. U ovom trenutku čeličana poduzeća radi prema novim standardima, što omogućuje poboljšanje slabe točke feritnih legura - pokazatelja čvrstoće. Konkretno, tehnolozi tvrtke rade na povećanju faktora intenziteta naprezanja, kako bi optimizirali udarnu čvrstoću i otpornost materijala na zamor. To nam omogućuje da ponudimo gotovo univerzalne legure.

Zaključak

Postoji nekoliko tehničkih i operativnih svojstava industrijskih i građevinskih metala koja se smatraju osnovnim i redovito se poboljšavaju. Međutim, kako dizajn i tehnološki procesi postaju složeniji, pojavljuju se i novi zahtjevi za elementarnom bazom. U tom smislu jasno se očituje hipoeutektoidni čelik u kojem su koncentrirane različite izvedbene kvalitete. Korištenje ovog metala opravdano je ne u slučajevima kada je potreban dio s nekoliko ultra-visokih performansi, već u situacijama kada su potrebni posebni atipični skupovi različitih svojstava. U ovom slučaju, metal je primjer kombinacije fleksibilnosti i duktilnosti s optimalnom otpornošću na udarce i osnovnim zaštitnim kvalitetama koje se nalaze u većini ugljičnih legura.