Hypoeutektoidná oceľ: štruktúra, vlastnosti, výroba a použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Používanie uhlíkových ocelí je rozšírené v stavebníctve a priemysle. Skupina takzvaného technického železa má mnoho výhod, ktoré vedú k zvýšeniu úžitkových vlastností finálnych výrobkov a konštrukcií. Popri optimálnych charakteristikách pevnosti a odolnosti voči namáhaniu sa tieto zliatiny vyznačujú aj pružnými dynamickými vlastnosťami. Najmä hypoeutektoidná oceľ, ktorá tiež obsahuje značné percento uhlíkových zmesí, je cenená pre svoju vysokú ťažnosť. To však nie sú všetky výhody tohto druhu vysokopevnostného železa.

Všeobecné informácie o zliatine

Výrazným znakom ocele je prítomnosť špeciálnych legovaných nečistôt a uhlíka v štruktúre. V skutočnosti je hypoeutektoidná zliatina určená obsahom uhlíka. Tu je dôležité rozlišovať medzi klasickými eutektoidnými a ledeburitovými oceľami, ktoré majú veľa spoločného s opísaným druhom technického železa. Ak vezmeme do úvahy konštrukčnú triedu ocele, potom sa hypoeutektoidná zliatina bude vzťahovať na eutektoidy, ale obsahujúce legované ferity a perlity. Zásadným rozdielom od hypereutektoidov je hladina uhlíka pod 0,8 %. Prekročenie tohtonám umožňuje klasifikovať oceľ ako plnohodnotné eutektoidy. V určitom zmysle je opakom hypoeutektoidnej ocele hypereutektoidná, ktorá okrem perlitu obsahuje aj sekundárne nečistoty karbidov. Existujú teda dva hlavné faktory, ktoré umožňujú odlíšiť hypoeutektoidné zliatiny od všeobecnej skupiny eutektoidov. Po prvé ide o relatívne malý obsah uhlíka a po druhé ide o špeciálnu sadu nečistôt, ktorých základom je ferit.

Výrobná technológia

Všeobecný technologický postup výroby podeutektoidnej ocele je podobný ako pri výrobe iných zliatin. To znamená, že sa používajú približne rovnaké techniky, ale v rôznych konfiguráciách. Hypoeutektoidná oceľ si vyžaduje osobitnú pozornosť, pokiaľ ide o získanie jej špecifickej štruktúry. Na to sa používa technológia zabezpečujúca rozklad austenitu na pozadí chladenia. Austenit je zase kombinovaná zmes, vrátane rovnakého feritu a perlitu. Reguláciou intenzity ohrevu a chladenia môžu technológovia kontrolovať rozptyl tejto prísady, čo v konečnom dôsledku ovplyvňuje tvorbu určitých výkonnostných kvalít materiálu.

Uhlík poskytovaný perlitom však zostáva rovnaký. Hoci následné žíhanie môže korigovať tvorbu mikroštruktúry, obsah uhlíka bude v rozsahu 0,8 %. Povinnou etapou v procese tvorby oceľovej konštrukcie je normalizácia. Tento postup je potrebný na frakčnú optimalizáciu zŕn toho istéhoaustenit. Inými slovami, častice feritu a perlitu sú zmenšené na optimálnu veľkosť, čo ďalej zlepšuje technické a fyzikálne vlastnosti ocele. Ide o zložitý proces, pri ktorom veľa závisí od kvality regulácie vykurovania. Ak dôjde k prekročeniu teplotného režimu, môže dôjsť k opačnému účinku - zvýšeniu austenitových zŕn.

Žíhanie ocele

V praxi sa používa niekoľko metód žíhania. Medzi technikami úplného a čiastočného žíhania je zásadný rozdiel. V prvom prípade sa austenit intenzívne zahrieva na kritickú teplotu, po ktorej sa uskutoční normalizácia pomocou chladenia. Tu dochádza k rozkladu austenitu. Úplné žíhanie ocelí sa spravidla vykonáva v režime 700-800 °C. Tepelné spracovanie na tejto úrovni len aktivuje procesy rozpadu feritových prvkov. Rýchlosť ochladzovania môže byť tiež nastavená, napríklad personál pece môže ovládať dvierka komory ich zatváraním alebo otváraním. Najnovšie modely izotermických pecí v automatickom režime dokážu vykonávať pomalé chladenie v súlade s daným programom.

Pokiaľ ide o neúplné žíhanie, vyrába sa zahrievaním na teplotu nad 800 °C. Existujú však vážne obmedzenia týkajúce sa doby udržiavania účinku kritickej teploty. Z tohto dôvodu dochádza k neúplnému žíhaniu, v dôsledku čoho ferit nezmizne. V dôsledku toho nie sú odstránené mnohé nedostatky v štruktúre budúceho materiálu. Prečo je také žíhanie ocelí potrebné, ak to nezlepší fyzikálnekvalita? V skutočnosti je to neúplné tepelné spracovanie, ktoré vám umožňuje zachovať mäkkú štruktúru. Koncový materiál sa nemusí vyžadovať pri každej aplikácii špecifickej pre uhlíkové ocele ako také, ale umožní ľahké obrábanie. Mäkká proeutektoidná zliatina sa dá ľahko rezať a jej výroba je lacnejšia.

Normalizácia zliatin

Po vypálení prichádza rad na procedúry zvýšeného tepelného spracovania. Existujú operácie normalizácie a vykurovania. V oboch prípadoch hovoríme o tepelnom pôsobení na obrobok, pri ktorom môže teplota presiahnuť 1000 °C. Ale samo o sebe k normalizácii hypoeutektoidných ocelí dochádza po dokončení tepelného spracovania. V tejto fáze sa začína ochladzovanie v podmienkach pokojného vzduchu, počas ktorého dochádza k expozícii až do úplného vytvorenia jemnozrnného austenitu. To znamená, že zahrievanie je druh prípravnej operácie pred uvedením zliatiny do normalizovaného stavu. Ak hovoríme o špecifických štrukturálnych zmenách, najčastejšie sa prejavujú znížením veľkosti feritu a perlitu, ako aj zvýšením ich tvrdosti. Pevnostné vlastnosti častíc sú v porovnaní s tými, ktoré sa dosahujú žíhacími postupmi, vyššie.

Po normalizácii môže nasledovať ďalší postup zahrievania s dlhou expozíciou. Obrobok sa potom ochladí a tento krok možno vykonať rôznymi spôsobmi. Konečná hypoeutektoidná oceľ sa získava buď na vzduchu alebo vpomaly chladiace pece. Ako ukazuje prax, zliatina najvyššej kvality sa vyrába pomocou úplnej technológie normalizácie.

Vplyv teploty na štruktúru zliatiny

Zásah teploty do procesu tvorby oceľovej konštrukcie začína od okamihu premeny feriticko-cementitovej hmoty na austenit. Inými slovami, perlit prechádza do stavu funkčnej zmesi, ktorá sa čiastočne stáva základom pre vznik vysokopevnostnej ocele. V ďalšej fáze tepelného spracovania sa kalená oceľ zbaví prebytočného feritu. Ako už bolo uvedené, nie je vždy úplne eliminované, ako v prípade neúplného žíhania. Ale klasická hypoeutektoidná zliatina stále zahŕňa elimináciu tejto austenitickej zložky. V ďalšej fáze je už existujúca kompozícia optimalizovaná s očakávaním vytvorenia optimalizovanej štruktúry. To znamená, že dochádza k poklesu častíc zliatiny so získaním zvýšených pevnostných vlastností.

Izotermickú transformáciu s podchladenou zmesou austenitov je možné vykonávať v rôznych režimoch a úroveň teploty je len jedným z parametrov, ktoré riadi technológ. Líšia sa aj vrcholové intervaly tepelnej expozície, rýchlosť ochladzovania atď.. V závislosti od zvoleného režimu normalizácie sa získa kalená oceľ s určitými technickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Práve v tomto štádiu je možné nastaviť aj špeciálne prevádzkové vlastnosti. Pozoruhodným príkladom je zliatina s mäkkou štruktúrou získaná s cieľom efektívneho ďalšieho spracovania. Ale najčastejšievýrobcovia sa stále zameriavajú na potreby koncového spotrebiteľa a jeho požiadavky na hlavné technické a prevádzkové vlastnosti kovu.

Konštrukcia ocele

Režim normalizácie pri teplote 700 °C spôsobuje vytvorenie štruktúry, v ktorej budú základ tvoriť zrná feritov a perlitov. Mimochodom, hypereutektoidné ocele majú vo svojej štruktúre namiesto feritu cementit. Pri izbovej teplote, v normálnom stave, je tiež zaznamenaný obsah prebytočného feritu, hoci táto časť je minimalizovaná, keď sa zvyšuje uhlík. Je dôležité zdôrazniť, že štruktúra ocele v malej miere závisí od obsahu uhlíka. Prakticky neovplyvňuje správanie hlavných komponentov pri rovnakom ohreve a takmer celý je koncentrovaný v perlite. V skutočnosti sa perlit môže použiť na určenie úrovne obsahu uhlíkovej zmesi - spravidla je to zanedbateľná hodnota.

Zaujímavá je aj ďalšia štrukturálna nuansa. Faktom je, že častice perlitu a feritu majú rovnakú špecifickú hmotnosť. To znamená, že podľa množstva jednej z týchto zložiek v celkovej hmotnosti môžete zistiť, akú celkovú plochu zaberá. Študujú sa teda povrchy mikrorezov. V závislosti od režimu, v ktorom sa podeutektoidná oceľ zahrievala, sa vytvárajú aj frakčné parametre častíc austenitu. Ale to sa deje takmer v individuálnom formáte s tvorbou jedinečných hodnôt - ďalšia vec je, že limity pre rôzne ukazovatele zostávajú štandardné.

Vlastnosti hypoeutektoidnej ocele

Tento kov patrína nízkouhlíkové ocele, preto by ste od neho nemali očakávať špeciálne vlastnosti. Stačí povedať, že z hľadiska pevnostných charakteristík je táto zliatina výrazne nižšia ako eutektoidy. Je to spôsobené rozdielmi v štruktúre. Faktom je, že hypoeutektoidná trieda ocele s obsahom prebytočných feritov má nižšiu pevnosť ako analógy, ktoré majú cementit v štruktúre. Čiastočne aj z tohto dôvodu technológovia odporúčajú používať zliatiny pre stavebný priemysel, pri výrobe ktorých bola maximálne implementovaná operácia výpalu s vytesnením feritov.

Ak hovoríme o pozitívnych výnimočných vlastnostiach tohto materiálu, tak sú to plasticita, odolnosť voči prirodzeným biologickým procesom deštrukcie a pod. Zároveň kalenie podeutektoidných ocelí môže pridať k kov. Môže to byť napríklad zvýšená tepelná odolnosť a absencia predispozície ku koróznym procesom, ako aj celý rad ochranných vlastností vlastných konvenčným nízkouhlíkovým zliatinám.

Oblasti použitia

Napriek miernemu poklesu pevnostných vlastností v dôsledku skutočnosti, že kov patrí do triedy feritických ocelí, tento materiál je bežný v rôznych oblastiach. Napríklad v strojárstve sa používajú diely vyrobené z hypoeutektoidných ocelí. Ďalšou vecou je, že sa používajú zliatiny vysokej kvality, pri výrobe ktorých boli použité pokročilé technológie vypaľovania a normalizácie. Štruktúra hypoeutektoidnej ocele so zníženým obsahom feritu je tiež celkom dosťumožňuje použitie kovu pri výrobe stavebných konštrukcií. Navyše, dostupné náklady na niektoré druhy ocele tohto typu vám umožňujú počítať s výraznými úsporami. Niekedy pri výrobe stavebných materiálov a oceľových modulov nie je vôbec potrebná zvýšená pevnosť, ale je potrebná odolnosť proti opotrebovaniu a elasticita. V takýchto prípadoch je použitie hypoeutektoidných zliatin opodstatnené.

Produkcia

Veľa podnikov sa zaoberá výrobou, prípravou a výrobou podeutektoidného kovu v Rusku. Napríklad závod na výrobu neželezných kovov Ural (UZTSM) vyrába niekoľko druhov ocele tohto typu naraz, čo spotrebiteľovi ponúka rôzne súbory technických a fyzikálnych vlastností. Ural Steel Plant vyrába feritické ocele, ktoré obsahujú vysokokvalitné legované komponenty. Okrem toho sú v sortimente dostupné špeciálne modifikácie zliatin, vrátane tepelne odolných, vysokochrómových a nehrdzavejúcich kovov.

Metalloinvest možno zaradiť medzi najväčších producentov. V prevádzkach tejto spoločnosti sa vyrábajú konštrukčné ocele s podeutektoidnou štruktúrou, určené pre použitie v stavebníctve. V súčasnosti oceliareň podniku pracuje podľa nových noriem, čo umožňuje zlepšiť slabé miesto feritových zliatin - indikátor pevnosti. Technológovia spoločnosti pracujú najmä na zvýšení faktora intenzity napätia, na optimalizácii rázovej pevnosti a odolnosti materiálu proti únave. To nám umožňuje ponúkať takmer univerzálne zliatiny.

Záver

Je niekoľko technických a prevádzkových vlastností priemyselných a stavebných kovov, ktoré sa považujú za základné a pravidelne sa zlepšujú. Ako sa však návrhy a technologické procesy stávajú zložitejšími, vznikajú aj nové požiadavky na základňu prvkov. V tomto ohľade sa jasne prejavuje hypoeutektoidná oceľ, v ktorej sú sústredené rôzne výkonové kvality. Použitie tohto kovu nie je opodstatnené v prípadoch, keď je potrebný diel s niekoľkými ultravysokými výkonmi, ale v situáciách, keď sú potrebné špeciálne atypické sady rôznych vlastností. V tomto prípade je kov príkladom kombinácie flexibility a ťažnosti s optimálnou odolnosťou proti nárazu a základnými ochrannými vlastnosťami, ktoré sa nachádzajú vo väčšine uhlíkových zliatin.