Hypoeutectoid staal: structuur, eigenschappen, productie en toepassing

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

Het gebruik van koolstofstaal is wijdverbreid in de bouw en de industrie. De groep van zogenaamd technisch ijzer heeft veel voordelen die leiden tot verhoogde prestaties van eindproducten en constructies. Naast de optimale eigenschappen van sterkte en weerstand tegen stress, onderscheiden deze legeringen zich ook door flexibele dynamische eigenschappen. Vooral hypoeutectisch staal, dat ook een aanzienlijk percentage koolstofmengsels bevat, wordt gewaardeerd om zijn hoge ductiliteit. Maar dit zijn niet alle voordelen van deze variëteit aan ijzer met een hoge sterkte.

Algemene informatie over de legering

Een onderscheidend kenmerk van staal is de aanwezigheid van speciaal gelegeerde onzuiverheden en koolstof in de structuur. Eigenlijk wordt de hypoeutectische legering bepaald door het koolstofgeh alte. Hier is het belangrijk om onderscheid te maken tussen klassieke eutectoid- en ledeburite-staalsoorten, die veel gemeen hebben met de beschreven variëteit van technisch ijzer. Als we kijken naar de structurele klasse van staal, dan verwijst de hypo-eutectische legering naar eutecoïden, maar met gelegeerde ferrieten en perlieten. Het fundamentele verschil met hypereutecoïden is het koolstofgeh alte van minder dan 0,8%. Dit overtreffenindicator stelt ons in staat om staal te classificeren als volwaardige eutectoïden. Op de een of andere manier is het tegenovergestelde van de hypoeutectoïde het hypereutectoïde staal, dat naast perliet ook secundaire onzuiverheden van carbiden bevat. Er zijn dus twee hoofdfactoren die het mogelijk maken om hypo-eutectische legeringen te onderscheiden van de algemene groep van eutectoïden. Ten eerste is dit een relatief klein koolstofgeh alte en ten tweede is dit een speciale reeks onzuiverheden, waarvan de basis ferriet is.

Productietechnologie

Het algemene technologische proces voor de vervaardiging van hypo-eutectisch staal is vergelijkbaar met de productie van andere legeringen. Dat wil zeggen dat ongeveer dezelfde technieken worden gebruikt, maar in verschillende configuraties. Hypoeutectisch staal vereist speciale aandacht voor het verkrijgen van zijn specifieke structuur. Hiervoor wordt een technologie gebruikt die zorgt voor de afbraak van austeniet tegen de achtergrond van afkoeling. Austeniet is op zijn beurt een gecombineerd mengsel, inclusief hetzelfde ferriet en perliet. Door de intensiteit van verwarming en koeling te regelen, kunnen technologen de verspreiding van dit additief regelen, wat uiteindelijk de vorming van bepaalde prestatiekwaliteiten van het materiaal beïnvloedt.

De koolstof die door perliet wordt geleverd, blijft echter hetzelfde. Hoewel daaropvolgend gloeien de vorming van de microstructuur kan corrigeren, zal het koolstofgeh alte in het bereik van 0,8% liggen. Een verplichte fase in het proces van staalconstructievorming is normalisatie. Deze procedure is vereist voor fractionele optimalisatie van korrels van hetzelfdeausteniet. Met andere woorden, ferriet- en perlietdeeltjes worden verkleind tot optimale afmetingen, wat de technische en fysieke prestaties van het staal verder verbetert. Dit is een complex proces waarbij veel afhangt van de kwaliteit van de verwarmingsregeling. Als het temperatuurregime wordt overschreden, kan het tegenovergestelde effect worden bereikt - een toename van austenietkorrels.

Staalgloeien

Het gebruik van verschillende gloeimethoden wordt geoefend. Er is een fundamenteel verschil tussen volledige en gedeeltelijke gloeitechnieken. In het eerste geval wordt het austeniet intensief verwarmd tot een kritische temperatuur, waarna normalisatie door middel van koeling wordt uitgevoerd. Hier vindt de ontbinding van austeniet plaats. In de regel wordt volledig uitgloeien van staal uitgevoerd in de modus van 700-800 ° C. Warmtebehandeling op dit niveau activeert alleen de processen van verval van ferrietelementen. Ook kan de afkoelsnelheid worden aangepast, ovenpersoneel kan bijvoorbeeld de kamerdeur bedienen door deze te sluiten of te openen. De nieuwste modellen isothermische ovens in automatische modus kunnen langzaam afkoelen in overeenstemming met een bepaald programma.

Wat betreft onvolledig gloeien, het wordt geproduceerd door verhitting met een temperatuur boven 800 °C. Er zijn echter ernstige beperkingen aan de tijdsduur van het vasthouden van het kritische temperatuureffect. Hierdoor treedt onvolledige gloeiing op, waardoor het ferriet niet verdwijnt. Daardoor worden veel tekortkomingen in de structuur van het toekomstige materiaal niet verholpen. Waarom is zo'n gloeien van staal nodig als het de fysieke niet verbetert?kwaliteit? In feite is het een onvolledige warmtebehandeling waarmee u een zachte structuur kunt behouden. Het eindmateriaal is misschien niet vereist in elke toepassing die specifiek is voor koolstofstaal als zodanig, maar maakt een gemakkelijke bewerking mogelijk. De zachte pro-eutectoide legering is gemakkelijk te snijden en minder duur om te vervaardigen.

Alloy normalisatie

Na het bakken komen de procedures van verhoogde warmtebehandeling. Er zijn operaties van normalisatie en verwarming. In beide gevallen hebben we het over een thermisch effect op het werkstuk, waarbij de temperatuur de 1000 °C kan overschrijden. Maar op zichzelf vindt de normalisatie van hypo-eutectische staalsoorten plaats na de voltooiing van de warmtebehandeling. In dit stadium begint de koeling onder omstandigheden van stille lucht, waarbij blootstelling plaatsvindt tot de volledige vorming van fijnkorrelig austeniet. Dat wil zeggen, verwarmen is een soort voorbereidende handeling voordat de legering in een genormaliseerde toestand wordt gebracht. Als we het hebben over specifieke structurele veranderingen, worden ze meestal uitgedrukt in een afname van de grootte van ferriet en perliet, evenals in een toename van hun hardheid. De sterkte-eigenschappen van de deeltjes zijn verhoogd in vergelijking met die welke worden bereikt door uitgloeiprocedures.

Na normalisatie kan er nog een verwarmingsprocedure met lange blootstelling volgen. Het werkstuk wordt vervolgens afgekoeld en deze stap kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. Het uiteindelijke hypoeutectische staal wordt ofwel in de lucht ofwel in de lucht verkregenlangzaam afkoelende ovens. Zoals de praktijk laat zien, wordt de legering van de hoogste kwaliteit gevormd met behulp van de volledige technologie van normalisatie.

Het effect van temperatuur op de structuur van de legering

De tussenkomst van temperatuur in het vormingsproces van de staalconstructie begint vanaf het moment van transformatie van de ferritisch-cementietmassa in austeniet. Met andere woorden, perliet gaat over in een toestand van een functioneel mengsel, dat gedeeltelijk de basis wordt voor de vorming van hoogwaardig staal. In de volgende fase van de thermische behandeling verwijdert het geharde staal overtollig ferriet. Zoals reeds opgemerkt, wordt het niet altijd volledig geëlimineerd, zoals in het geval van onvolledig gloeien. Maar de klassieke hypo-eutectische legering omvat nog steeds de eliminatie van deze austenietcomponent. In de volgende fase is de bestaande samenstelling al geoptimaliseerd met de verwachting een geoptimaliseerde structuur te vormen. Dat wil zeggen, er is een afname van de deeltjes van de legering met het verkrijgen van verhoogde sterkte-eigenschappen.

Isothermische transformatie met een onderkoeld mengsel van austenieten kan in verschillende modi worden uitgevoerd en het temperatuurniveau is slechts een van de parameters die door de technoloog worden gecontroleerd. Ook variëren de piekintervallen van thermische blootstelling, afkoelsnelheid, enz. Afhankelijk van de gekozen normalisatiemodus wordt gehard staal verkregen met bepaalde technische en fysieke kenmerken. Het is in dit stadium dat het ook mogelijk is om speciale operationele eigenschappen in te stellen. Een sprekend voorbeeld is een legering met een zachte structuur, verkregen met als doel een efficiënte verdere verwerking. Maar meestalfabrikanten richten zich nog steeds op de behoeften van de eindverbruiker en zijn eisen aan de belangrijkste technische en operationele kwaliteiten van het metaal.

Structuur van staal

De normalisatiemodus bij een temperatuur van 700 °C zorgt voor de vorming van een structuur waarin de korrels van ferrieten en perlieten de basis zullen vormen. Trouwens, hypereutectische staalsoorten hebben cementiet in hun structuur in plaats van ferriet. Bij kamertemperatuur, in de normale toestand, wordt ook het geh alte aan overtollig ferriet opgemerkt, hoewel dit deel wordt geminimaliseerd naarmate het koolstofgeh alte toeneemt. Het is belangrijk om te benadrukken dat de structuur van staal in geringe mate afhangt van het koolstofgeh alte. Het heeft praktisch geen invloed op het gedrag van de hoofdcomponenten tijdens dezelfde verwarming en bijna alles is geconcentreerd in perliet. In feite kan perliet worden gebruikt om het geh alte aan koolstofmengsels te bepalen - in de regel is dit een onbeduidende waarde.

Een andere structurele nuance is ook interessant. Feit is dat perliet- en ferrietdeeltjes hetzelfde soortelijk gewicht hebben. Dit betekent dat je door de hoeveelheid van een van deze componenten in de totale massa te weten kunt komen wat de totale oppervlakte is die het inneemt. Zo worden microsectie-oppervlakken bestudeerd. Afhankelijk van de manier waarop het hypoeutectische staal werd verwarmd, worden ook de fractionele parameters van austenietdeeltjes gevormd. Maar dit gebeurt bijna in een individueel formaat met de vorming van unieke waarden - een ander ding is dat de limieten voor verschillende indicatoren standaard blijven.

Eigenschappen van hypoeutectisch staal

Dit metaal behoort tottot koolstofarme staalsoorten, dus u hoeft er geen speciale prestaties van te verwachten. Het volstaat te zeggen dat deze legering in termen van sterkte-eigenschappen aanzienlijk inferieur is aan eutectoïden. Dit komt door verschillen in structuur. Het feit is dat de hypo-eutectische klasse van staal met het geh alte aan overtollige ferrieten inferieur is in sterkte aan analogen met cementiet in de structurele set. Mede om deze reden raden technologen aan legeringen voor de bouwsector te gebruiken, bij de productie waarvan het bakken met de verplaatsing van ferrieten maximaal is geïmplementeerd.

Als we het hebben over de positieve uitzonderlijke eigenschappen van dit materiaal, dan zijn dat plasticiteit, weerstand tegen natuurlijke biologische vernietigingsprocessen, enz. Tegelijkertijd kan het uitharden van hypoeutectische staalsoorten een aantal extra eigenschappen toevoegen aan de metaal. Het kan bijvoorbeeld zowel een verhoogde thermische weerstand als de afwezigheid van aanleg voor corrosieprocessen zijn, evenals een hele reeks beschermende eigenschappen die inherent zijn aan conventionele legeringen met een laag koolstofgeh alte.

Toepassingsgebieden

Ondanks een lichte afname in sterkte-eigenschappen vanwege het feit dat het metaal tot de klasse van ferritische staalsoorten behoort, is dit materiaal gebruikelijk in verschillende gebieden. In de machinebouw worden bijvoorbeeld onderdelen van hypoeutectisch staal gebruikt. Een ander ding is dat hoogwaardige legeringen worden gebruikt, bij de vervaardiging waarvan geavanceerde technologieën voor bakken en normalisatie werden gebruikt. Ook is de structuur van hypo-eutectisch staal met een verlaagd ferrietgeh alte vrijmaakt het gebruik van metaal mogelijk bij de productie van bouwconstructies. Bovendien kunt u dankzij de betaalbare prijs van sommige staalsoorten van dit type rekenen op aanzienlijke besparingen. Soms is bij de vervaardiging van bouwmaterialen en stalen modules een verhoogde sterkte helemaal niet vereist, maar zijn slijtvastheid en elasticiteit noodzakelijk. In dergelijke gevallen is het gebruik van hypo-eutectische legeringen gerechtvaardigd.

Productie

Veel ondernemingen houden zich bezig met de productie, voorbereiding en productie van hypo-eutectisch metaal in Rusland. Zo produceert de Ural Non-Ferrous Metals Plant (UZTSM) meerdere staalsoorten van dit type tegelijk, waardoor de consument verschillende sets van technische en fysieke eigenschappen krijgt. De Ural Steel Plant produceert ferritische staalsoorten, die hoogwaardige gelegeerde componenten bevatten. Daarnaast zijn er speciale legeringsmodificaties beschikbaar in het assortiment, waaronder hittebestendige, hoog-chroom- en roestvrije metalen.

Metalloinvest kan ook tot de grootste producenten worden gerekend. In de faciliteiten van dit bedrijf worden constructiestaal met een hypoeutectische structuur geproduceerd, ontworpen voor gebruik in de bouw. Op dit moment werkt de staalfabriek van de onderneming volgens nieuwe normen, waardoor het zwakke punt van ferrietlegeringen kan worden verbeterd - de sterkte-indicator. De technologen van het bedrijf werken met name aan het verhogen van de stress-intensiteitsfactor, om de slagvastheid en vermoeiingsweerstand van het materiaal te optimaliseren. Hierdoor kunnen we bijna universele legeringen aanbieden.

Conclusie

Er zijn verschillende technische en operationele eigenschappen van industriële en bouwmetalen die als basis worden beschouwd en regelmatig worden verbeterd. Naarmate ontwerpen en technologische processen complexer worden, ontstaan echter ook nieuwe eisen aan de elementbasis. In dit opzicht komt hypoeutectisch staal duidelijk tot uiting, waarin verschillende prestatiekwaliteiten zijn geconcentreerd. Het gebruik van dit metaal is niet gerechtvaardigd in gevallen waarin een onderdeel met meerdere ultrahoge prestaties nodig is, maar in situaties waarin speciale atypische sets met verschillende eigenschappen vereist zijn. In dit geval is het metaal een voorbeeld van de combinatie van flexibiliteit en taaiheid met optimale slagvastheid en de fundamentele beschermende eigenschappen die in de meeste koolstoflegeringen worden aangetroffen.