Voreutektoidischer Stahl: Struktur, Eigenschaften, Herstellung und Anwendung

Die Verwendung von Kohlenstoffstählen ausgiebigist in Bau und Industrie üblich. Eine Gruppe von sogenanntem technischem Eisen hat viele Vorteile, die die erhöhte Leistungsfähigkeit von fertigen Produkten und Strukturen bestimmen. Neben den optimalen Festigkeits- und Belastungseigenschaften haben solche Legierungen auch flexible dynamische Eigenschaften. Insbesondere der voreutektoide Stahl, der ebenfalls einen hohen Anteil kohlenstoffhaltiger Mischungen aufweist, wird wegen seiner hohen Duktilität geschätzt. Aber das sind nicht alle Vorteile dieser Art von hochfestem Eisen.

Allgemeine Informationen über die Legierung

Eine besondere Eigenschaft von Stahl ist die Anwesenheit inStruktur von speziell dotierten Verunreinigungen und Kohlenstoff. Tatsächlich wird der Kohlenstoffgehalt durch die voreutektoide Legierung bestimmt. Hier ist es wichtig, zwischen dem klassischen eutektoiden und dem Lebedebury-Stahl zu unterscheiden, die mit der beschriebenen Vielfalt des technischen Eisens viel gemein haben. Wenn wir die strukturelle Klasse von Stahl betrachten, wird sich die voreutektoide Legierung auf Eutektoide beziehen, aber dotierte Ferrite und Perlite enthalten. Der Hauptunterschied zum Übereutektoid ist der Kohlenstoffgehalt, der unter 0,8% liegt. Die Überschreitung dieses Index erlaubt uns, Stahl auf hochwertige Eutektoide zu beziehen. In mancher Hinsicht ist das Gegenteil des Prä-Eutektoiden der übereutektoide Stahl, der neben Perlit auch sekundäre Verunreinigungen von Karbiden enthält. Daher gibt es zwei Hauptfaktoren, die es ermöglichen, die voreutektischen Legierungen aus der allgemeinen Gruppe der Eutektoide zu isolieren. Erstens ist dies ein relativ geringer Gehalt an Kohlenstoff und zweitens ist es ein spezieller Satz von Verunreinigungen, dessen Grundlage Ferrit ist.

Fertigungstechnologie

Allgemeiner HerstellungsprozessVoreutektoidischer Stahl ist ähnlich wie andere Legierungen. Das heißt, die gleichen Techniken werden verwendet, aber in anderen Konfigurationen. Besondere Aufmerksamkeit wird dem voreutektoiden Stahl gewidmet, um seine spezifische Struktur zu erhalten. Zu diesem Zweck ist die Technologie zur Sicherstellung der Zersetzung von Austenit auf dem Hintergrund der Abkühlung beteiligt. Im Gegenzug ist Austenit eine kombinierte Mischung, die das gleiche Ferrit und Perlit enthält. Durch die Steuerung der Intensität von Erwärmung und Abkühlung können Technologen die Verteilung dieses Additivs steuern, was letztlich die Bildung verschiedener Betriebseigenschaften des Materials beeinflusst.

Der Kohlenstoffindikator vonPerlit, bleibt auf dem gleichen Niveau. Obwohl das nachfolgende Tempern die Bildung der Mikrostruktur korrigieren kann, wird der Kohlenstoffgehalt innerhalb von 0,8% liegen. Die obligatorische Etappe im Prozess der Bildung der Stahlkonstruktion ist die Normalisierung. Dieses Verfahren ist zur fraktionellen Optimierung von Körnern desselben Austenits erforderlich. Mit anderen Worten werden die Ferrit- und Perlitpartikel auf optimale Größen reduziert, was die technischen und physikalischen Eigenschaften von Stahl weiter verbessert. Dies ist ein komplexer Prozess, bei dem es auf die Qualität der Heizregulierung ankommt. Wenn der Temperaturbereich überschritten wird, kann der gegenteilige Effekt erzielt werden - eine Zunahme der Austenitkörner.

Glühen von Stahl

Es wird praktiziert, mehrere Methoden zu verwendenGlühen. Die Techniken des vollständigen und unvollständigen Temperns sind grundlegend verschieden. Im ersten Fall tritt eine starke Erwärmung des Austenits auf eine kritische Temperatur auf, wonach die Kühlung normalisiert wird. Hier zersetzt sich Austenit. In der Regel wird das vollständige Glühen von Stählen im 700-800 ° C-Modus durchgeführt. Thermische Behandlung auf dieser Ebene aktiviert nur die Prozesse des Zerfalls von Ferritelementen. Die Kühlrate kann auch eingestellt werden, zum Beispiel kann das Wartungspersonal die Tür der Kamera durch Schließen oder Öffnen steuern. Die neuesten Modelle der isothermischen Öfen im automatischen Modus können langsame Abkühlung gemäß dem angegebenen Programm durchführen.

Im Hinblick auf unvollständiges Glühen wird es hergestelltwenn mit einer Temperatur über 800 ° C erhitzt wird. Es gibt jedoch ernsthafte Beschränkungen hinsichtlich der Retentionszeit des kritischen Temperatureffekts. Aus diesem Grund tritt ein unvollständiges Glühen auf, wodurch Ferrit nicht verschwindet. Folglich werden viele Mängel in der Struktur des zukünftigen Materials nicht beseitigt. Warum brauchen wir ein solches Glühen von Stählen, wenn es die physikalischen Eigenschaften nicht verbessert? In der Tat ist es die unvollständige Wärmebehandlung, die es ermöglicht, die weiche Struktur zu erhalten. Das endgültige Material ist vielleicht nicht in jedem Anwendungsgebiet erforderlich, das für Kohlenstoffstähle als solches typisch ist, aber es wird leicht zu bearbeiten sein. Die weiche voreutektoide Legierung kann problemlos geschnitten werden und ist kostengünstiger im Herstellungsprozess.

Normalisierung der Legierung

Nach dem BrennenWärmebehandlung. Isolieren Sie die Vorgänge der Normalisierung und Erwärmung. In beiden Fällen handelt es sich um die thermische Einwirkung auf das Werkstück, bei der die Temperatur 1000 ° C übersteigen kann. Aber an sich erfolgt die Normalisierung der voreutektoiden Stähle nach Beendigung der Wärmebehandlung. In diesem Stadium beginnt das Kühlen in einer ruhigen Luft, bei der die Alterung stattfindet, bis der feine Austenit vollständig gebildet ist. Das heißt, das Erhitzen ist eine Art vorbereitender Vorgang, bevor die Legierung in einen normalisierten Zustand gebracht wird. Wenn wir über spezifische strukturelle Veränderungen sprechen, dann drücken sie meistens die Größe von Ferrit und Perlit aus und erhöhen ihre Härte. Die Festigkeitseigenschaften von Teilchen steigen im Vergleich zu ähnlichen Eigenschaften, die durch Glühverfahren erreicht werden.

Nach der Normalisierung noch einHeizvorgang mit einer langen Belichtung. Das Werkstück wird dann abgekühlt, und dieser Schritt kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Der endgültige voreutektoide Stahl wird entweder in Luft oder in einem langsam kühlenden Ofen erhalten. Wie die Praxis zeigt, wird die qualitativ hochwertigste Legierung unter Verwendung der vollständigen Normierungstechnologie hergestellt.

Der Einfluss der Temperatur auf die Struktur der Legierung

Beeinflussung der Temperatur im EntstehungsprozessDie Stahlstruktur beginnt mit dem Moment, in dem die ferritische Zementitmasse in Austenit umgewandelt wird. Mit anderen Worten geht Perlit in einen Zustand einer funktionellen Mischung über, die teilweise die Grundlage für die Bildung von hochfestem Stahl bildet. Bei der nächsten Stufe der thermischen Behandlung wird der gehärtete Stahl von überschüssigem Ferrit befreit. Wie bereits erwähnt, wird es nicht immer vollständig beseitigt, wie im Falle eines unvollständigen Glühens. Aber die klassische voreutektoide Legierung schlägt immer noch die Beseitigung dieser Austenitkomponente vor. In der nächsten Stufe erfolgt bereits eine Optimierung der bestehenden Zusammensetzung mit der Erwartung, eine optimierte Struktur zu bilden. Das heißt, die Legierungspartikel nehmen ab, wenn erhöhte Festigkeitseigenschaften erhalten werden.

Isotherme Umwandlung mit unterkühltEine Mischung von Austeniten kann in verschiedenen Modi durchgeführt werden und das Temperaturniveau ist nur einer der Parameter, die vom Technologen gesteuert werden. Die Spitzenintervalle der thermischen Einwirkung, der Abkühlrate usw. variieren ebenfalls.In Abhängigkeit von dem gewählten Normalisierungsmodus wird gehärteterStahl mit einigen technischen und physikalischen Eigenschaften erhalten. Es ist auch in diesem Stadium möglich, spezifische Betriebseigenschaften einzustellen. Ein anschauliches Beispiel ist eine Legierung mit einer weichen Struktur, die für eine effiziente Weiterverarbeitung erhalten wird. Meistens orientieren sich die Hersteller jedoch an den Bedürfnissen des Endverbrauchers und seinen Anforderungen an die grundlegenden technischen und betrieblichen Qualitäten des Metalls.

Struktur aus Stahl

Der Normalisierungsmodus bei einer Temperatur von 700° C bewirkt die Bildung einer Struktur, in der die Körner von Ferriten und Perliten zugrunde liegen. Übrigens haben übereutektoide Stähle anstelle von Ferrit Zementit in der Struktur. Bei Raumtemperatur wird die Menge an überschüssigem Ferrit auch im üblichen Zustand festgestellt, obwohl dieser Teil mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt minimiert wird. Es ist wichtig zu betonen, dass die Stahlstruktur in geringem Maße vom Kohlenstoffgehalt abhängt. Es beeinflusst praktisch nicht das Verhalten der Hauptbestandteile im selben Erhitzungsprozess und fast alles ist im Perlit konzentriert. Eigentlich Perlit, und kann den Gehalt an Kohlenstoffgehalt bestimmen - in der Regel ist dies eine unbedeutende Menge.

Eine weitere strukturelle Nuance ist interessant. Tatsache ist, dass die Teilchen aus Perlit und Ferrit die gleiche spezifische Dichte haben. Das bedeutet, dass Sie anhand der Anzahl einer dieser Komponenten in der Gesamtmasse herausfinden können, wie groß die Gesamtfläche ist. So werden die Oberflächen von Schliffbildern untersucht. In Abhängigkeit von der Art und Weise, in der der voreutektoide Stahl erhitzt wurde, werden Teilparameter der Austenitteilchen gebildet. Aber dies geschieht fast in einem individuellen Format mit der Bildung von einzigartigen Werten - es ist eine andere Sache, dass die Grenzen für verschiedene Indikatoren Standard bleiben.

Eigenschaften des voreutektoiden Stahls

Dieses Metall gehört zu kohlenstoffarmStahl, so besondere Leistung von ihm sollte nicht warten. Es genügt zu sagen, dass diese Legierung in den Festigkeitseigenschaften signifikant gegenüber Eutektoiden verliert. Dies liegt an Unterschieden in der Struktur. Tatsache ist, dass die voreutektoide Klasse von Stahl mit dem Gehalt an überschüssigen Ferriten eine geringere Festigkeit aufweist als die Analoga mit Zementit im Struktursatz. Unter anderem aus diesem Grund empfehlen Technologen den Einsatz von Legierungen für die Bauindustrie, bei deren Herstellung der Brennvorgang mit Verdrängung von Ferriten maximal realisiert wurde.

Wenn wir über positive Ausnahme sprechenEigenschaften des Materials, sie liegen in der Duktilität, Beständigkeit gegenüber natürlichen biologischen Vorgängen der Zerstörung und t. d. Mit diesem Abschrecken untereutektoiden Stähle Metall und eine Anzahl von zusätzlichen Funktionen hinzuzufügen. Zum Beispiel kann es eine hohe thermische Beständigkeit, und den Mangel an Empfindlichkeit gegenüber Korrosionsprozessen sowie eine Reihe von schützenden Eigenschaften der herkömmlichen kohlenstoffarmen Legierungen sein.

Anwendungen

Trotz etwas Abnahme der StärkeEigenschaften, aufgrund der Zugehörigkeit des Metalls zur Klasse der Ferritstähle, ist dieses Material in verschiedenen Bereichen verteilt. Zum Beispiel werden in der Maschinenindustrie Teile aus voreutektoiden Stählen verwendet. Eine andere Sache ist, dass hohe Gehalte von Legierungen verwendet werden, bei deren Herstellung fortgeschrittene Technologien der Röstung und Normalisierung verwendet wurden. Auch die Struktur des voreutektoiden Stahls mit einem reduzierten Gehalt an Ferrit ermöglicht die Verwendung von Metall bei der Herstellung von Baukonstruktionen. Darüber hinaus ermöglicht der erschwingliche Wert einiger Stahlsorten dieses Typs erhebliche Einsparungen. Manchmal erfordert bei der Herstellung von Baustoffen und Stahlmodulen keine erhöhte Festigkeit, aber es erfordert Haltbarkeit und Belastbarkeit. In solchen Fällen ist die Verwendung von voreutektoiden Legierungen gerechtfertigt.

Produktion

Herstellung, Zubereitung und FreigabeViele Unternehmen beschäftigen sich mit dem voreutektischen Metall in Russland. Zum Beispiel produziert die Ural Non-Ferrous Metals Plant (UZTSM) mehrere Arten von Stahl dieses Typs, die dem Verbraucher verschiedene technische und physikalische Eigenschaften bieten. Das Ural Steel Plant produziert ferritische Stähle, zu denen hochwertige legierte Bauteile gehören. Darüber hinaus sind spezielle Modifikationen von Legierungen im Sortiment verfügbar, einschließlich Hochtemperatur-, Hochchrom- und Edelstahlmetallen.

Unter den größten Produzenten können identifiziert werden unddas Unternehmen "Metalloinvest". Die Kapazitäten dieses Unternehmens produzieren Baustähle mit einer voreutektoiden Struktur, die für den Einsatz im Bauwesen bestimmt sind. Im Moment arbeitet das Stahlwerk des Unternehmens nach neuen Standards, die es ermöglichen, die Schwachstelle von Ferritlegierungen - Festigkeitsindex - zu verbessern. Insbesondere arbeiten die Technologen des Unternehmens daran, den Spannungsintensitätsfaktor zu erhöhen, um die Zähigkeit und die Dauerfestigkeit des Materials zu optimieren. Dies ermöglicht uns, Legierungen von fast universellem Zweck anzubieten.

Fazit

Es gibt mehrere technische und betrieblicheEigenschaften von Industrie- und Baumetallen, die als grundlegend gelten und sich regelmäßig verbessern. Mit der zunehmenden Komplexität von Strukturen und technologischen Prozessen ergeben sich jedoch neue Anforderungen an die Elementbasis. Hier zeigt sich deutlich voreutektoidischer Stahl, in dem sich unterschiedliche Leistungsqualitäten konzentrieren. Die Verwendung dieses Metalls wird nicht in Fällen gerechtfertigt, in denen ein Teil mit mehreren ultrahohen Indizes benötigt wird, sondern in Situationen, in denen spezielle atypische Sätze unterschiedlicher Eigenschaften erforderlich sind. In diesem Fall zeigt das Metall ein Beispiel für eine Kombination von Flexibilität und Plastizität mit optimaler Schlagzähigkeit und den grundlegenden Schutzeigenschaften, die für die meisten Kohlenstofflegierungen charakteristisch sind.