فولاد Hypoeutectoid: ساختار، خواص، تولید و کاربرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

استفاده از فولادهای کربنی در ساخت و ساز و صنعت گسترده است. گروه آهن به اصطلاح فنی دارای مزایای بسیاری است که منجر به افزایش عملکرد محصولات و سازه های نهایی می شود. همراه با ویژگی های بهینه مقاومت و مقاومت در برابر تنش، این آلیاژها با خواص دینامیکی انعطاف پذیر نیز متمایز می شوند. به طور خاص، فولاد هیپویوتکتوئید، که همچنین حاوی درصد قابل توجهی از مخلوط های کربن است، به دلیل شکل پذیری بالا ارزش دارد. اما این همه مزایای این نوع آهن با مقاومت بالا نیست.

اطلاعات عمومی در مورد آلیاژ

یک ویژگی متمایز فولاد وجود ناخالصی های آلیاژی خاص و کربن در ساختار است. در واقع، آلیاژ هیپویوتکتوئیدی با محتوای کربن تعیین می شود. در اینجا مهم است که بین فولادهای کلاسیک یوتکتوئید و لدبوریت تمایز قائل شویم، که اشتراکات زیادی با انواع توصیف شده آهن فنی دارند. اگر کلاس ساختاری فولاد را در نظر بگیریم، آلیاژ هیپویوتکتوئیدی به یوتکتوئیدها اطلاق می شود، اما حاوی فریت ها و پرلیت های آلیاژی هستند. تفاوت اساسی با هایپریوتکتوئیدها سطح کربن زیر 0.8٪ است. فراتر از ایننشانگر به ما امکان می دهد فولاد را به عنوان یوتکتوئیدهای تمام عیار طبقه بندی کنیم. به نوعی نقطه مقابل هیپویوتکتوئید، فولاد هایپریوتکتوئیدی است که علاوه بر پرلیت، حاوی ناخالصی های ثانویه کاربید نیز می باشد. بنابراین، دو عامل اصلی وجود دارد که امکان تشخیص آلیاژهای هیپویوتکتوئیدی را از گروه عمومی یوتکتوئیدها فراهم می کند. اولاً این مقدار کربن نسبتاً کم است و ثانیاً این مجموعه خاصی از ناخالصی ها است که اساس آن فریت است.

فناوری تولید

فرایند فنی کلی برای ساخت فولاد هیپویوتکتوئیدی مشابه تولید سایر آلیاژها است. یعنی تقریباً از همان تکنیک ها استفاده می شود، اما در پیکربندی های مختلف. فولاد Hypoeutectoid از نظر به دست آوردن ساختار خاص خود نیازمند توجه ویژه است. برای این، از یک فناوری برای اطمینان از تجزیه آستنیت در پس زمینه خنک کننده استفاده می شود. به نوبه خود، آستنیت یک مخلوط ترکیبی است که شامل همان فریت و پرلیت است. با تنظیم شدت گرمایش و سرمایش، فن‌آوران می‌توانند پراکندگی این ماده افزودنی را کنترل کنند که در نهایت بر شکل‌گیری کیفیت عملکرد خاصی از مواد تأثیر می‌گذارد.

با این حال، کربن ارائه شده توسط پرلیت یکسان باقی می ماند. اگرچه بازپخت بعدی ممکن است تشکیل ریزساختار را اصلاح کند، محتوای کربن در محدوده 0.8٪ خواهد بود. مرحله اجباری در فرآیند شکل گیری سازه فولادی نرمال سازی است. این روش برای بهینه سازی کسری دانه های مشابه مورد نیاز استآستنیت به عبارت دیگر، ذرات فریت و پرلیت به اندازه‌های بهینه کاهش می‌یابند که عملکرد فنی و فیزیکی فولاد را بیشتر بهبود می‌بخشد. این یک فرآیند پیچیده است که در آن تا حد زیادی به کیفیت تنظیم گرمایش بستگی دارد. اگر از رژیم دما فراتر رود، ممکن است اثر معکوس ایجاد شود - افزایش دانه های آستنیت.

بازپخت فولاد

استفاده از چندین روش آنیلینگ تمرین می شود. تفاوت اساسی بین تکنیک های آنیل کامل و جزئی وجود دارد. در مورد اول، آستنیت به شدت تا دمای بحرانی گرم می شود، پس از آن نرمال شدن با استفاده از خنک کننده انجام می شود. اینجاست که تجزیه آستنیت اتفاق می افتد. به عنوان یک قاعده، بازپخت کامل فولادها در حالت 700-800 درجه سانتیگراد انجام می شود. عملیات حرارتی در این سطح فقط فرآیندهای فروپاشی عناصر فریت را فعال می کند. سرعت سرمایش را نیز می توان تنظیم کرد، به عنوان مثال، پرسنل فر می توانند با بستن یا باز کردن درب محفظه آن را کار کنند. جدیدترین مدل‌های کوره‌های همدما در حالت خودکار می‌توانند خنک‌سازی آهسته را مطابق با یک برنامه انجام دهند.

در مورد بازپخت ناقص، با حرارت دادن با دمای بالای 800 درجه سانتیگراد تولید می شود. با این حال، محدودیت های جدی در زمان نگهداری اثر دمای بحرانی وجود دارد. به همین دلیل، آنیل ناقص اتفاق می افتد که در نتیجه فریت از بین نمی رود. در نتیجه، بسیاری از کاستی ها در ساختار مواد آینده برطرف نمی شود. چرا چنین بازپختی فولادها ضروری است اگر باعث بهبود فیزیکی نشودکیفیت؟ در واقع، این عملیات حرارتی ناقص است که به شما امکان می دهد یک ساختار نرم را حفظ کنید. ماده نهایی ممکن است در هر کاربرد مخصوص فولادهای کربنی به خودی خود مورد نیاز نباشد، اما امکان ماشینکاری آسان را فراهم می کند. آلیاژ نرم پرو-اتکتوئیدی برش آسان است و هزینه ساخت آن کمتر است.

عادی سازی آلیاژ

بعد از شلیک نوبت به روش های افزایش عملیات حرارتی می رسد. عملیات عادی سازی و گرمایش وجود دارد. در هر دو مورد، ما در مورد اثر حرارتی روی قطعه کار صحبت می کنیم که در آن دما می تواند از 1000 درجه سانتیگراد تجاوز کند. اما به خودی خود نرمال شدن فولادهای هیپویوتکتوئیدی پس از اتمام عملیات حرارتی اتفاق می افتد. در این مرحله خنک‌سازی در شرایط هوای ساکن آغاز می‌شود و در طی آن قرار گرفتن در معرض تا تشکیل کامل آستنیت ریزدانه انجام می‌شود. یعنی گرمایش نوعی عملیات مقدماتی قبل از آوردن آلیاژ به حالت عادی است. اگر در مورد تغییرات ساختاری خاص صحبت کنیم، اغلب آنها با کاهش اندازه فریت و پرلیت و همچنین در افزایش سختی آنها بیان می شوند. کیفیت استحکام ذرات در مقایسه با مواردی که با روش های بازپخت به دست می آید افزایش یافته است.

پس از عادی سازی، ممکن است روش گرمایش طولانی مدت دیگری دنبال شود. سپس قطعه کار خنک می شود و این مرحله را می توان به روش های مختلفی انجام داد. فولاد هیپویوتکتوئیدی نهایی یا در هوا یا در داخل به دست می آیدکوره های کند خنک کننده همانطور که تمرین نشان می دهد، بالاترین کیفیت آلیاژ با استفاده از فناوری کامل نرمال سازی تشکیل می شود.

تاثیر دما بر ساختار آلیاژ

مداخله دما در فرآیند تشکیل سازه فولادی از لحظه تبدیل توده فریتی-سیمنتیتی به آستنیت آغاز می شود. به عبارت دیگر، پرلیت به حالت یک مخلوط عملکردی تبدیل می شود که تا حدی پایه ای برای تشکیل فولاد با مقاومت بالا می شود. در مرحله بعدی عملیات حرارتی، فولاد سخت شده از شر فریت اضافی خلاص می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، همیشه به طور کامل از بین نمی رود، همانطور که در مورد آنیل ناقص است. اما آلیاژ هیپویوتکتوئیدی کلاسیک همچنان شامل حذف این جزء آستنیتی است. در مرحله بعد، ترکیب موجود در حال حاضر با انتظار تشکیل یک ساختار بهینه بهینه شده است. یعنی با افزایش خواص استحکامی ذرات آلیاژ کاهش می یابد.

تبدیل همدما با مخلوطی از آستنیت های فوق خنک می تواند در حالت های مختلف انجام شود و سطح دما تنها یکی از پارامترهای کنترل شده توسط تکنسین است. فواصل پیک قرار گرفتن در معرض حرارت، سرعت خنک کننده و غیره نیز متفاوت است.بسته به حالت عادی سازی انتخاب شده، فولاد سخت شده با مشخصات فنی و فیزیکی خاصی به دست می آید. در این مرحله است که امکان تنظیم خصوصیات عملیاتی ویژه نیز وجود دارد. یک مثال قابل توجه آلیاژی با ساختار نرم است که با هدف پردازش بیشتر کارآمد به دست آمده است. اما اغلبتولیدکنندگان همچنان بر نیازهای مصرف کننده نهایی و الزامات او برای کیفیت های فنی و عملیاتی اصلی فلز تمرکز می کنند.

سازه فولادی

حالت عادی سازی در دمای 700 درجه سانتی گراد باعث تشکیل ساختاری می شود که در آن دانه های فریت و پرلیت اساس را تشکیل می دهند. ضمناً فولادهای هایپریوتکتوئیدی به جای فریت در ساختار خود سمنتیت دارند. در دمای اتاق، در حالت عادی، محتوای فریت اضافی نیز مشخص می شود، اگرچه این قسمت با افزایش کربن به حداقل می رسد. تاکید بر این نکته ضروری است که ساختار فولاد تا حد کمی به محتوای کربن بستگی دارد. عملاً بر رفتار اجزای اصلی در حین گرمایش یکسان تأثیر نمی گذارد و تقریباً تمام آن در پرلیت متمرکز می شود. در واقع، پرلیت می تواند برای تعیین سطح محتوای مخلوط کربن استفاده شود - به عنوان یک قاعده، این مقدار ناچیز است.

یک تفاوت ساختاری دیگر نیز جالب است. واقعیت این است که ذرات پرلیت و فریت وزن مخصوص یکسانی دارند. این بدان معنی است که با مقدار یکی از این اجزا در جرم کل، می توانید متوجه شوید که مساحت کل آن چقدر است. بنابراین، سطوح ریز مقطع مورد مطالعه قرار می گیرند. بسته به حالتی که فولاد هیپویوتکتوئیدی در آن گرم شده است، پارامترهای کسری ذرات آستنیت نیز تشکیل می شود. اما این تقریباً در یک قالب فردی با تشکیل مقادیر منحصر به فرد اتفاق می افتد - چیز دیگر این است که محدودیت های شاخص های مختلف استاندارد باقی می مانند.

خواص فولاد هیپویوتکتوئید

این فلز متعلق استبه فولادهای کم کربن، بنابراین نباید انتظار عملکرد خاصی از آن داشته باشید. همین بس که از نظر ویژگی های استحکامی این آلیاژ به میزان قابل توجهی از یوتکتوئیدها پایین تر است. این به دلیل تفاوت در ساختار است. واقعیت این است که کلاس هیپویوتکتوئیدی فولاد با محتوای فریت های اضافی از نظر استحکام نسبت به آنالوگ هایی که سمنتیت در مجموعه ساختاری دارند پایین تر است. تا حدودی به همین دلیل، فن‌آوران استفاده از آلیاژهایی را برای صنعت ساختمان توصیه می‌کنند که در تولید آن‌ها عملیات پخت با جابجایی فریت‌ها به حداکثر صورت گرفته است.

اگر در مورد خواص استثنایی مثبت این ماده صحبت کنیم، آن‌ها انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی تخریب و غیره هستند. در عین حال، سخت شدن فولادهای هیپویوتکتوئیدی می‌تواند تعدادی از ویژگی‌های اضافی را به آن اضافه کند. فلز. برای مثال، هم می‌تواند افزایش مقاومت حرارتی و هم عدم تمایل به فرآیندهای خوردگی، و همچنین طیف وسیعی از خواص حفاظتی ذاتی آلیاژهای معمولی کم کربن باشد.

حوزه های کاربردی

علیرغم کاهش جزئی خواص مقاومتی به دلیل اینکه این فلز در رده فولادهای فریتی قرار دارد، این ماده در مناطق مختلف رایج است. به عنوان مثال در مهندسی مکانیک از قطعات ساخته شده از فولادهای هیپویوتکتوئیدی استفاده می شود. مورد دیگر این است که از آلیاژهای با درجه بالا استفاده می شود که در ساخت آنها از فناوری های پیشرفته پخت و نرمال سازی استفاده شده است. همچنین ساختار فولاد هیپویوتکتوئیدی با محتوای فریت کاهش یافته کاملاً استامکان استفاده از فلز در تولید سازه های ساختمانی را فراهم می کند. علاوه بر این، هزینه مقرون به صرفه برخی از گریدهای فولادی از این نوع به شما امکان می دهد روی صرفه جویی قابل توجهی حساب کنید. گاهی اوقات در ساخت مصالح ساختمانی و ماژول های فولادی به هیچ وجه نیاز به افزایش مقاومت نیست، بلکه مقاومت در برابر سایش و کشسانی لازم است. در چنین مواردی، استفاده از آلیاژهای هیپویوتکتوئیدی موجه است.

تولید

بسیاری از شرکت ها در ساخت، تهیه و تولید فلز هیپویوتکتوئید در روسیه مشغول هستند. به عنوان مثال، کارخانه فلزات غیرآهنی اورال (UZTSM) چندین گرید فولادی از این نوع را به طور همزمان تولید می کند و مجموعه های مختلفی از خواص فنی و فیزیکی را به مصرف کننده ارائه می دهد. کارخانه فولاد اورال فولادهای فریتی تولید می کند که شامل اجزای آلیاژی با کیفیت بالا می باشد. علاوه بر این، اصلاحات آلیاژی خاص در مجموعه موجود است، از جمله فلزات مقاوم در برابر حرارت، کروم بالا و ضد زنگ.

Metalloinvest را نیز می توان در میان بزرگترین تولیدکنندگان قرار داد. در تاسیسات این شرکت فولادهای سازه ای با ساختار هیپویوتکتوئیدی تولید می شود که برای استفاده در ساختمان سازی طراحی شده اند. در حال حاضر، کارخانه فولاد این شرکت مطابق با استانداردهای جدید کار می کند، که امکان بهبود نقطه ضعف آلیاژهای فریت - نشانگر قدرت را فراهم می کند. به ویژه، فن‌آوران این شرکت برای افزایش ضریب شدت تنش، بهینه‌سازی مقاومت ضربه و مقاومت در برابر خستگی مواد تلاش می‌کنند. این به ما امکان می دهد آلیاژهای تقریباً جهانی ارائه دهیم.

نتیجه گیری

چندین ویژگی فنی و عملیاتی فلزات صنعتی و ساختمانی وجود دارد که اساسی در نظر گرفته می شوند و مرتباً بهبود می یابند. با این حال، با پیچیده‌تر شدن طراحی‌ها و فرآیندهای فناوری، الزامات جدیدی برای پایه عنصر نیز ایجاد می‌شود. در این راستا، فولاد هیپویوتکتوئیدی به وضوح خود را نشان می دهد، که در آن کیفیت عملکرد متفاوتی متمرکز شده است. استفاده از این فلز نه در مواردی که به قطعه ای با چندین کارایی فوق العاده بالا نیاز است، بلکه در شرایطی که به مجموعه های غیر معمول خاص با خواص مختلف نیاز است، توجیه می شود. در این مورد، فلز ترکیبی از انعطاف پذیری و شکل پذیری با مقاومت بهینه در برابر ضربه و ویژگی های محافظ اساسی موجود در اکثر آلیاژهای کربن را نشان می دهد.