Hittebestendige legeringen. Speciale staalsoorten en legeringen. Productie en gebruik van hittebestendige legeringen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

De moderne industrie is niet denkbaar zonder materiaal als staal. We komen het bijna overal tegen. Door verschillende chemische elementen in de samenstelling op te nemen, kunnen mechanische en operationele eigenschappen aanzienlijk worden verbeterd.

Wat is staal

Staal is een legering die koolstof en ijzer bevat. Ook kan een dergelijke legering (foto hieronder) onzuiverheden van andere chemische elementen bevatten.

Er zijn verschillende structurele toestanden. Als het koolstofgeh alte in het bereik van 0,025-0,8% ligt, worden deze staalsoorten hypoeutectoïde genoemd en hebben perliet en ferriet in hun structuur. Als het staal hypereutectoïde is, kunnen perlitische en cementietfasen worden waargenomen. Een kenmerk van de ferrietstructuur is de hoge plasticiteit. Cementiet heeft ook een aanzienlijke hardheid. Perliet vormen beide voorgaande fasen. Het kan een korrelige vorm hebben (insluitingen van cementiet bevinden zich langs de ferrietkorrels, die een ronde vorm hebben) en lamellair (beide fasen zien eruit als platen). Als staal wordt verwarmd boven de temperatuur waarbij:polymorfe modificaties optreden, de structuur verandert in austenitisch. Deze fase heeft een verhoogde plasticiteit. Als het koolstofgeh alte hoger is dan 2,14%, worden dergelijke materialen en legeringen gietijzer genoemd.

Staalsoorten

Afhankelijk van de samenstelling kan staal koolstof en gelegeerd zijn. Het koolstofgeh alte van minder dan 0,25% kenmerkt zacht staal. Als het bedrag 0,55% bereikt, kunnen we praten over een medium-koolstoflegering. Staal, dat meer dan 0,6% koolstof in zijn samenstelling heeft, wordt koolstofstaal genoemd. Als de technologie bij het produceren van een legering de introductie van specifieke chemische elementen omvat, wordt dit staal gelegeerd genoemd. De introductie van verschillende componenten verandert de eigenschappen ervan aanzienlijk. Als hun aantal niet groter is dan 4%, is de legering laaggelegeerd. Middengelegeerd en hooggelegeerd staal heeft respectievelijk tot 11% en meer dan 12% insluitsels. Afhankelijk van het gebied waarin staallegeringen worden gebruikt, zijn er dergelijke soorten: gereedschaps-, constructie- en speciale staalsoorten en legeringen.

Productietechnologie

Het proces van het smelten van staal is behoorlijk arbeidsintensief. Het omvat verschillende fasen. Allereerst heb je grondstoffen nodig - ijzererts. De eerste fase omvat verwarming tot een bepaalde temperatuur. In dit geval treden oxidatieve processen op. In de tweede fase wordt de temperatuur veel hoger. De processen van koolstofoxidatie zijn intensiever. Extra verrijking van de legering met zuurstof is mogelijk. Onnodige onzuiverheden worden verwijderd inslakken. De volgende stap is het verwijderen van zuurstof uit het staal, omdat dit de mechanische eigenschappen aanzienlijk vermindert. Dit kan diffusie- of precipiterend worden uitgevoerd. Als het deoxidatieproces niet plaatsvindt, wordt het resulterende staal kokend staal genoemd. Kalme legering stoot geen gassen uit, zuurstof wordt volledig verwijderd. Een tussenpositie wordt ingenomen door halfstille staalsoorten. De productie van ijzerlegeringen vindt plaats in open haard, inductieovens, zuurstofconverters.

Staallegering

Om bepaalde eigenschappen van staal te verkrijgen, worden speciale legeringsstoffen in de samenstelling geïntroduceerd. De belangrijkste voordelen van deze legering zijn een verhoogde weerstand tegen verschillende vervormingen, de betrouwbaarheid van onderdelen en andere structurele elementen neemt aanzienlijk toe. Verharding vermindert het percentage scheuren en andere gebreken. Vaak wordt deze methode van verzadiging met verschillende elementen gebruikt om weerstand te bieden tegen chemische corrosie. Maar er zijn ook een aantal nadelen. Ze vereisen extra verwerking, de kans op het verschijnen van vlokken is groot. Bovendien stijgen ook de kosten van het materiaal. De meest voorkomende legeringselementen zijn chroom, nikkel, wolfraam, molybdeen, kob alt. Het toepassingsgebied van hun toepassing is vrij groot. Dit omvat machinebouw en de fabricage van onderdelen voor pijpleidingen, energiecentrales, luchtvaart en nog veel meer.

Het concept van hittebestendigheid en hittebestendigheid

Het concept van hittebestendigheid verwijst naar het vermogen van een metaal of legering om al zijn eigenschappen te behouden bij het werken bij hoge temperaturen. In zo'n omgeving, vaakgascorrosie wordt waargenomen. Daarom moet het materiaal ook bestand zijn tegen zijn werking, dat wil zeggen hittebestendig zijn. De karakterisering van legeringen die bij significante temperaturen worden gebruikt, moet dus beide concepten omvatten. Alleen dan zullen dergelijke staalsoorten de nodige levensduur bieden voor onderdelen, gereedschappen en andere structurele elementen.

Kenmerken van hittebestendig staal

In gevallen waar de temperatuur hoge waarden bereikt, is het gebruik van legeringen vereist die niet bezwijken en bezwijken voor vervorming. In dit geval worden hittebestendige legeringen gebruikt. De bedrijfstemperatuur voor dergelijke materialen is hoger dan 500. Belangrijke punten die dergelijke staalsoorten kenmerken, zijn een hoge duurzaamheidslimiet, plasticiteit, die lang aanhoudt, evenals ontspanningsstabiliteit. Er zijn een aantal elementen die de weerstand tegen hoge temperaturen aanzienlijk kunnen verhogen: kob alt, wolfraam, molybdeen. Chroom is ook een verplicht onderdeel. Het heeft niet zozeer invloed op de sterkte als wel op de schaalweerstand. Chroom voorkomt ook corrosieprocessen. Een ander belangrijk kenmerk van legeringen van dit type is langzame kruip.

Classificatie van hittebestendig staal naar structuur

Hittebestendige en hittebestendige legeringen zijn van de ferritische klasse, martensitisch, austenitisch en met een ferritisch-martensitische structuur. De eerstgenoemde bevatten ongeveer 30% chroom. Na speciale verwerking wordt de structuur fijnkorrelig. Als de verwarmingstemperatuur 850 overschrijdt, dan zijn de korrelsnemen toe en dergelijke hittebestendige materialen worden broos. De martensitische klasse wordt gekenmerkt door het volgende chroomgeh alte: van 4% tot 12%. Nikkel, wolfraam en andere elementen kunnen ook in kleine hoeveelheden aanwezig zijn. Hiervan worden onderdelen van turbines en kleppen in auto's gemaakt. Staalsoorten met martensiet en ferriet in hun structuur zijn geschikt voor gebruik bij constant hoge temperaturen en langdurig gebruik. Het chroomgeh alte bereikt 14%. Austeniet wordt verkregen door nikkel in hittebestendige legeringen te brengen. Staalsoorten met een vergelijkbare structuur hebben veel kwaliteiten.

Op nikkel gebaseerde legeringen

Nikkel heeft een aantal nuttige eigenschappen. Het heeft een positief effect op de verwerkbaarheid van staal (zowel warm als koud). Als een onderdeel of gereedschap is ontworpen om in een agressieve omgeving te werken, verhoogt de legering met dit element de corrosieweerstand aanzienlijk. Op nikkel gebaseerde hittebestendige materialen zijn onderverdeeld in de volgende groepen: hittebestendig en eigenlijk hittebestendig. De laatste moet ook minimale hittebestendige eigenschappen hebben. Werktemperaturen bereiken 1200. Daarnaast wordt chroom of titanium toegevoegd. Kenmerkend is dat staal dat is gelegeerd met nikkel een kleine hoeveelheid onzuiverheden heeft, zoals barium, magnesium, boor, waardoor de korrelgrenzen sterker worden. Dergelijke hittebestendige legeringen worden geproduceerd in de vorm van smeedstukken en gewalste producten. Het is ook mogelijk om onderdelen te gieten. Hun belangrijkste toepassingsgebied is de vervaardiging van gasturbine-elementen. Op nikkel gebaseerde hittebestendige legeringen bevatten tot 30% chroom. Ze lenen zich goed genoeg voor stempelen, lassen. Daarnaast is de schaalweerstand op een hoog niveau. Dit maakt het mogelijk om ze te gebruiken in gasleidingsystemen.

Hittebestendig titanium gelegeerd staal

Titanium wordt in een kleine hoeveelheid geïntroduceerd (tot 0,3%). In dit geval verhoogt het de sterkte van de legering. Als het geh alte veel hoger is, verslechteren sommige mechanische eigenschappen (hardheid, sterkte). Maar de plasticiteit neemt toe. Dit vergemakkelijkt de verwerking van staal. Met de introductie van titanium samen met andere componenten is het mogelijk om de hittebestendige eigenschappen aanzienlijk te verbeteren. Als er in een agressieve omgeving moet worden gewerkt (vooral wanneer het ontwerp gepaard gaat met lassen), dan is legeren met dit chemische element gerechtvaardigd.

Kob alt legeringen

Een grote hoeveelheid kob alt (tot 80%) gaat naar de productie van materialen zoals hittebestendige en hittebestendige legeringen, aangezien het zelden in zijn pure vorm wordt gebruikt. De introductie ervan verhoogt de plasticiteit, evenals de weerstand bij het werken bij hoge temperaturen. En hoe hoger het is, hoe hoger de hoeveelheid kob alt die in de legering wordt geïntroduceerd. In sommige merken bereikt de inhoud 30%. Een ander kenmerk van dergelijke staalsoorten is de verbetering van de magnetische eigenschappen. Vanwege de hoge kosten van kob alt is het gebruik ervan echter vrij beperkt.

Invloed van molybdeen op hittebestendige legeringen

Dit chemische element heeft een aanzienlijke invloed op de sterkte van het materiaal bij hoge temperaturen.

Het is vooral effectief wanneer het samen met andere elementen wordt gebruikt. Het verhoogt de hardheid van staal aanzienlijk (al bij een geh alte van 0,3%). Ook de treksterkte neemt toe. Een ander positief kenmerk van hittebestendige legeringen gelegeerd met molybdeen is een hoge mate van weerstand tegen oxidatieve processen. Molybdeen draagt bij aan het malen van graan. Het nadeel is de moeilijkheid van het lassen.

Andere speciale staalsoorten en legeringen

Voor het uitvoeren van bepaalde taken zijn materialen nodig met bepaalde eigenschappen. We kunnen dus praten over het gebruik van speciale legeringen, die zowel gelegeerd als koolstof kunnen zijn. In het laatste geval wordt de reeks vereiste kenmerken bereikt vanwege het feit dat de vervaardiging van legeringen en hun verwerking plaatsvindt met behulp van een speciale technologie. Zelfs speciale legeringen en staalsoorten zijn onderverdeeld in constructief en gereedschap. Onder de belangrijkste taken voor dit soort materialen kunnen de volgende worden onderscheiden: weerstand tegen corrosie en slijtageprocessen, het vermogen om in een agressieve omgeving te werken en verbeterde mechanische eigenschappen. Deze categorie omvat zowel hittebestendige staalsoorten en legeringen met hoge bedrijfstemperaturen als cryogene staalsoorten die tot -296 kunnen weerstaan.

Gereedschapsstaal

Speciaal gereedschapsstaal wordt gebruikt bij de productie van gereedschappen. Vanwege het feit dat hun werkomstandigheden anders zijn, worden materialen ook individueel geselecteerd. Omdat de vereisten voor gereedschappen vrij hoog zijn, zijn de kenmerken van legeringen voor hunproductie is geschikt: ze moeten vrij zijn van onzuiverheden van derden, insluitsels, het deoxidatieproces is goed uitgevoerd en de structuur is homogeen. Het is erg belangrijk dat meetinstrumenten stabiele parameters hebben en bestand zijn tegen slijtage. Als we het hebben over snijgereedschappen, dan werken ze bij verhoogde temperaturen (er is verwarming van de rand), constante wrijving en vervorming. Daarom is het erg belangrijk dat ze hun primaire hardheid behouden bij verhitting. Een ander type gereedschapsstaal is sneldraaistaal. Kortom, het is gedoteerd met wolfraam. De hardheid wordt gehandhaafd tot een temperatuur van ongeveer 600ºС. Er zijn ook matrijzenstaal. Ze zijn ontworpen voor zowel warm- als koudvormen.

Speciale legeringstoepassingen

Er zijn veel industrieën die legeringen met speciale eigenschappen gebruiken. Door hun verbeterde eigenschappen zijn ze onmisbaar in de machinebouw, de bouw en de olie-industrie. Hittebestendige en hittebestendige legeringen worden gebruikt bij de vervaardiging van turbineonderdelen, reserveonderdelen voor auto's. Staalsoorten met hoge corrosiewerende eigenschappen zijn onmisbaar voor de productie van buizen, carburateurnaalden, schijven en verschillende elementen van de chemische industrie. Spoorrails, bakken, rails voor voertuigen - slijtvaste staalsoorten vormen de basis voor dit alles. Bij de massaproductie van bouten, moeren en andere soortgelijke onderdelen worden automatische legeringen gebruikt. De veren moeten voldoende elastisch en slijtvast zijn. Dat is waarommateriaal voor hen is verenstaal. Om deze kwaliteit te verbeteren, zijn ze bovendien gelegeerd met chroom, molybdeen. Alle speciale legeringen en staalsoorten met een reeks specifieke kenmerken kunnen de kosten verlagen van onderdelen waar voorheen non-ferrometalen werden gebruikt.