Leghe resistenti al calore. Acciai speciali e leghe. Produzione e uso di leghe resistenti al calore
L'industria moderna non può essere immaginatasenza materiale come l'acciaio. Con esso, ci imbattiamo praticamente ad ogni passo. Introducendo vari elementi chimici nella sua composizione, le proprietà meccaniche e operative possono essere significativamente migliorate.
Cos'è l'acciaio?
L'acciaio è una lega che ha carbonio e ferro nella sua composizione. Anche una tale lega (la foto si trova sotto) può avere impurità di altri elementi chimici.
Ci sono diversi stati strutturali. Se il contenuto di carbonio è nell'intervallo 0,025-0,8%, i dati vengono chiamati pre-eutettoide e hanno perlite e ferrite nella loro struttura. Se l'acciaio è ipereutettoide, si possono osservare fasi perlitiche e cementite. Una caratteristica della struttura in ferrite è una grande plasticità. La cementite ha una consistenza considerevole. Perlite forma entrambe le fasi precedenti. Può avere una forma granulare (sui granuli di ferrite ci sono inclusioni di cementite, che hanno una forma circolare) e lamellare (entrambe le fasi hanno la forma di piastre). Se l'acciaio viene riscaldato al di sopra della temperatura a cui si verificano le modifiche polimorfiche, la struttura diventa austenitica. Questa fase ha una maggiore plasticità. Se il contenuto di carbonio supera il 2,14%, tali materiali e leghe sono chiamati ghisa.
Tipi di acciaio
A seconda della composizione, l'acciaio potrebbe esserecarbonio e lega. Il tenore di carbonio inferiore allo 0,25% è caratteristico dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Se la sua quantità raggiunge lo 0,55%, allora possiamo parlare di una lega a medio carbonio. L'acciaio, che nella sua composizione ha più dello 0,6% di carbonio, è chiamato alto contenuto di carbonio. Se, come viene fabbricata la lega, la tecnologia implica l'introduzione di elementi chimici specifici, allora questo acciaio viene chiamato legato. L'introduzione di vari componenti modifica in modo significativo le sue proprietà. Se il loro numero non supera il 4%, la lega è bassolegata. L'acciaio a media e alta lega ha rispettivamente l'11% e oltre il 12% di inclusioni. A seconda della sfera in cui vengono utilizzate le leghe di acciaio, si distinguono i loro tipi: acciai strumentali, strutturali e speciali e leghe.
Tecnologia di produzione
Il processo di fusione dell'acciaio è piuttosto laborioso. Include diverse fasi. Prima di tutto, sono necessarie le materie prime - minerale di ferro. Il primo stadio prevede il riscaldamento fino a una certa temperatura. Si verificano processi di ossidazione. Al secondo stadio, la temperatura diventa molto più alta. I processi di ossidazione del carbonio sono più intensi. È possibile arricchire ulteriormente la lega con ossigeno. Le impurità inutili vengono rimosse nella scoria. Il passo successivo è rimuovere l'ossigeno dall'acciaio, poiché riduce significativamente le proprietà meccaniche. Questo può essere fatto per diffusione o precipitazione. Se il processo di disossidazione non si verifica, l'acciaio risultante viene chiamato bollente. Una lega calma non emette gas, l'ossigeno è completamente rimosso. La posizione intermedia è occupata da acciai a metà quarzo. La produzione di leghe di ferro avviene in forni a cielo aperto, forni ad induzione, convertitori di ossigeno.
Legatura di acciaio
Al fine di ottenere queste o altre proprietàacciaio, la sua composizione è somministrata droganti speciali. I principali vantaggi di una tale lega è migliorata resistenza a vari deformazioni, componenti affidabili o altri elementi strutturali aumenta notevolmente. Quenching riduce la percentuale di crepe e altri difetti. Spesso, un tale metodo di saturazione utilizzati elementi diversi per conferire resistenza alla corrosione chimica. Ma ci sono alcuni svantaggi. Essi richiedono un'elaborazione aggiuntiva, un'alta probabilità di occorrenza di incrinature. Inoltre, aumenta il costo del materiale. Gli elementi leganti più comuni - cromo, nichel, tungsteno, molibdeno e cobalto. Il loro campo di applicazione è abbastanza alta. Questa tecnica, e produzione di elementi di condotte, centrali elettriche, e molto di più.
Il concetto di resistenza al calore e resistenza al calore
Il concetto di resistenza al calore è implicitoLa capacità di un metallo o di una lega di conservare tutte le sue caratteristiche quando funziona a temperature elevate. In un tale ambiente, si osserva spesso la corrosione del gas. Pertanto, il materiale deve avere e resistenza alla sua azione, cioè essere resistente al calore. Pertanto, le caratteristiche delle leghe utilizzate a una temperatura significativa dovrebbero includere entrambi questi concetti. Solo allora tale acciaio fornirà la risorsa di lavoro necessaria per parti, strumenti e altri elementi strutturali.
Caratteristiche di acciaio resistente al calore
Nei casi in cui la temperatura raggiunge grandi dimensionivalori, è necessario utilizzare leghe che non si rompano e deformino. In questo caso vengono utilizzate leghe resistenti al calore. La temperatura operativa per tali materiali è superiore a 500 ° C. Momenti importanti che caratterizzano questo acciaio sono l'alta resistenza, la plasticità, che persiste a lungo, così come la stabilità del rilassamento. Esistono numerosi elementi che possono migliorare significativamente la resistenza alle alte temperature: cobalto, tungsteno, molibdeno. Il cromo è una componente obbligatoria. Non influenza la forza tanto quanto migliora la resistenza della scala. Inoltre, il cromo previene i processi di corrosione. Un'altra importante caratteristica delle leghe di questo tipo è lo scorrimento lento.
Classificazione degli acciai resistenti al calore per struttura
Leghe resistenti al calore e resistenti al caloreclasse ferritica, martensitica, austenite e con una struttura ferritico-martensitica. I primi hanno nella loro composizione circa il 30% di cromo. Dopo un trattamento speciale la struttura diventa a grana fine. Se la temperatura di riscaldamento supera 850 ° C, i chicchi aumentano e tali materiali resistenti al calore diventano fragili. La classe martensitica è caratterizzata da un contenuto di cromo: dal 4% al 12%. Anche in quantità minori possono essere presenti nichel, tungsteno e altri elementi. Di questi, parti di turbine, valvole in auto sono fabbricate. Gli acciai che hanno martensite e ferrite nella loro struttura sono adatti per il funzionamento a temperature elevate costanti e funzionamento a lungo termine. Il contenuto di cromo raggiunge il 14%. L'austenite si ottiene introducendo il nichel in leghe resistenti al calore. L'acciaio con una struttura simile ha molte marche.
Leghe a base di nichel
Il nichel ha un numero di proprietà utili. Ha un effetto positivo sulla lavorabilità dell'acciaio (sia caldo che freddo). Se una parte o uno strumento è progettato per funzionare in un ambiente aggressivo, il drogaggio con questo elemento aumenta significativamente la resistenza alla corrosione. I materiali resistenti al calore a base di nichel sono suddivisi nei seguenti gruppi: ad alta temperatura ed effettivamente resistenti al calore. Quest'ultimo dovrebbe anche avere caratteristiche minime resistenti al calore. Le temperature di esercizio raggiungono i 1200 ° C. Inoltre, viene aggiunto cromo o titanio. È caratteristico che l'acciaio drogato con nichel ha una piccola quantità di impurità come bario, magnesio, boro, quindi i bordi dei grani sono più duri. Leghe ad alta temperatura di questo tipo sono prodotte sotto forma di forgiati e prodotti laminati. È anche possibile eseguire il cast delle parti. L'area principale della loro applicazione è la produzione di componenti di turbine a gas. Leghe di nichel resistenti al calore hanno fino al 30% di cromo nella composizione. Sono adatti per la punzonatura, la saldatura. Inoltre, la resistenza della scala è ad un livello elevato. Questo rende possibile utilizzarli nei sistemi di gasdotto.
Acciaio resistente al calore legato al titanio
Il titanio è introdotto in piccola quantità (fino allo 0,3%). In questo caso, aumenta la resistenza della lega. Se il suo contenuto è molto più alto, alcune proprietà meccaniche si deteriorano (durezza, forza). Ma la plasticità allo stesso tempo aumenta. Questo facilita la lavorazione dell'acciaio. Quando si introduce il titanio insieme ad altri componenti, è possibile migliorare significativamente le caratteristiche di resistenza al calore. Se è necessario lavorare in un ambiente aggressivo (specialmente quando il progetto prevede la saldatura), allora il doping con questo elemento chimico è giustificato.
Leghe di cobalto
Una grande quantità di cobalto (fino all'80%) va aproduzione di materiali come leghe resistenti al calore e resistenti al calore, poiché nella sua forma pura è usato raramente. La sua introduzione aumenta la plasticità, oltre alla resistenza al lavoro con alte temperature. E più è alto, maggiore è la quantità di cobalto introdotto nella lega. In alcuni marchi, il suo contenuto raggiunge il 30%. Un'altra caratteristica caratteristica di tali acciai è il miglioramento delle proprietà magnetiche. Tuttavia, a causa dell'elevato costo del cobalto, il suo uso è piuttosto limitato.
Effetto del molibdeno sulle leghe ad alta temperatura
Questo elemento chimico influisce in modo significativo sulla resistenza del materiale alle alte temperature.
Altri acciai speciali e leghe
Per eseguire determinate attività sono richiestimateriali che hanno determinate proprietà. Quindi, possiamo parlare dell'uso di leghe speciali, che possono essere sia drogate che al carbonio. In quest'ultimo caso, l'insieme delle caratteristiche richieste viene raggiunto grazie al fatto che la produzione di leghe e la loro lavorazione avvengono dietro una tecnologia speciale. Ancora leghe speciali e acciaio sono suddivisi in strutturale e strumento. Tra i compiti principali per questo tipo di materiali si possono identificare i seguenti: resistenza ai processi di corrosione e usura, la capacità di lavorare in un ambiente aggressivo, maggiori caratteristiche meccaniche. Questa categoria comprende sia acciai resistenti al calore e leghe con un'elevata temperatura di esercizio, sia acciai criogenici in grado di sopportare fino a -296 ° C.
Acciaio per utensili
Per gli strumenti di produzione in produzioneviene utilizzato un acciaio speciale per utensili. In considerazione del fatto che le condizioni di lavoro sono diverse, i materiali sono anche selezionati individualmente. Poiché i requisiti per gli utensili sono sufficientemente elevati, le caratteristiche delle leghe per la loro produzione sono le stesse: devono essere prive di impurità estranee, inclusioni, il processo di disossidazione è ben eseguito e la struttura è omogenea. Per gli strumenti di misura è molto importante avere parametri stabili e contrastare l'usura. Se parliamo di utensili da taglio, lavorano in condizioni di temperature elevate (c'è riscaldamento del bordo), attrito e deformazione costanti. Pertanto, è molto importante per loro mantenere la durezza iniziale quando viene riscaldata. Un altro tipo di acciaio per utensili è ad alta velocità. Fondamentalmente, è drogato con tungsteno. La durezza viene mantenuta ad una temperatura di circa 600 ° C. Ci sono anche acciai stampati. Sono progettati per la deformazione sia a caldo che a freddo.
Il campo di applicazione delle leghe per scopi speciali
Le industrie in cui leghe concaratteristiche speciali, set. In considerazione delle loro qualità migliorate, sono indispensabili nell'ingegneria, nell'edilizia, nell'industria petrolifera. Leghe resistenti al calore e resistenti al calore sono utilizzate nella produzione di parti di turbine, pezzi di ricambio per automobili. Gli acciai ad elevata resistenza alla corrosione sono indispensabili per la produzione di tubi, aghi per carburatori, dischi, elementi chimici di ogni genere. Rotaie per la ferrovia, secchi, bruchi per il trasporto: la base di tutto questo è l'acciaio resistente all'usura. Leghe di automi sono utilizzate nella produzione di massa di bulloni, dadi e altre parti simili. Le molle devono essere sufficientemente resilienti e resistenti all'usura. Pertanto, il materiale per loro è acciaio per molle. Per migliorare questa qualità, sono inoltre in lega con cromo, molibdeno. Tutte le leghe e gli acciai speciali con una serie di determinate caratteristiche possono ridurre il costo delle parti in cui i metalli non ferrosi utilizzati in precedenza.
