Hőálló ötvözetek. Speciális acélok és ötvözetek. Hőálló ötvözetek gyártása és felhasználása

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A modern ipar nem képzelhető el olyan anyagok nélkül, mint az acél. Szinte minden fordulóban találkozunk vele. Különféle kémiai elemek összetételébe történő beépítésével jelentősen javíthatók a mechanikai és működési tulajdonságok.

Mi az acél

Az acél egy szenet és vasat tartalmazó ötvözet. Ezenkívül egy ilyen ötvözetben (az alábbi fotó) más kémiai elemek szennyeződései is lehetnek.

Számos szerkezeti állapot létezik. Ha a széntartalom 0,025-0,8% tartományban van, akkor ezeket az acélokat hipoeutectoidnak nevezik, és szerkezetükben perlit és ferrit található. Ha az acél hipereutektoid, akkor perlit és cementit fázisok figyelhetők meg. A ferrit szerkezet sajátossága a nagy plaszticitás. A cementit keménysége is jelentős. Mindkét előző fázist perlit alkotja. Lehet szemcsés alakja (a cementit zárványai a ferrit szemcséi mentén helyezkednek el, amelyek kör alakúak) és lamellás (mindkét fázis lemeznek tűnik). Ha az acélt azon hőmérséklet fölé hevítik, amelyenpolimorf módosulások lépnek fel, a szerkezet ausztenitesre változik. Ez a fázis megnövelte a plaszticitást. Ha a széntartalom meghaladja a 2,14%-ot, akkor az ilyen anyagokat és ötvözeteket öntöttvasnak nevezzük.

Acélfajták

Az összetételtől függően az acél lehet szén és ötvözött. A 0,25%-nál kisebb széntartalom jellemzi a lágyacélt. Ha mennyisége eléri a 0,55%-ot, akkor közepes széntartalmú ötvözetről beszélhetünk. Az acélt, amelynek összetétele több mint 0,6% szén van, magas széntartalmú acélnak nevezik. Ha az ötvözet előállítása során a technológia bizonyos kémiai elemek bevezetését foglalja magában, akkor ezt az acélt ötvözöttnek nevezik. A különféle alkatrészek bevezetése jelentősen megváltoztatja tulajdonságait. Ha számuk nem haladja meg a 4%-ot, akkor az ötvözet gyengén ötvözött. A közepesen ötvözött acél legfeljebb 11%, illetve több mint 12% zárványt tartalmaz. Az acélötvözetek felhasználási területétől függően a következő típusok léteznek: szerszám-, szerkezeti és speciális acélok és ötvözetek.

Gyártástechnológia

Az acél olvasztásának folyamata meglehetősen munkaigényes. Több szakaszból áll. Először is nyersanyagokra van szüksége - vasérc. Az első lépés egy bizonyos hőmérsékletre való felmelegítés. Ebben az esetben oxidatív folyamatok lépnek fel. A második szakaszban a hőmérséklet sokkal magasabb lesz. A szénoxidációs folyamatok intenzívebbek. Az ötvözet oxigénnel történő további dúsítása lehetséges. A felesleges szennyeződéseket eltávolítjáksalak. A következő lépés az oxigén eltávolítása az acélból, mivel ez jelentősen csökkenti a mechanikai tulajdonságokat. Ez történhet diffúziós vagy kicsapásos módon. Ha a dezoxidációs folyamat nem következik be, akkor a kapott acélt forrásacélnak nevezzük. A nyugodt ötvözet nem bocsát ki gázokat, az oxigént teljesen eltávolítják. Egy köztes pozíciót a félig csendes acélok foglalnak el. A vasötvözetek előállítása nyitott kandallóban, indukciós kemencékben, oxigénátalakítókban történik.

Acélötvözés

Az acél bizonyos tulajdonságainak elérése érdekében speciális ötvöző anyagokat vezetnek be az összetételébe. Ennek az ötvözetnek a fő előnyei a megnövekedett ellenállás a különféle deformációkkal szemben, az alkatrészek és egyéb szerkezeti elemek megbízhatósága jelentősen megnő. A keményedés csökkenti a repedések és egyéb hibák százalékos arányát. Gyakran ezt a különféle elemekkel való telítési módszert alkalmazzák a kémiai korrózióval szembeni ellenállás biztosítására. De számos hátránya is van. További feldolgozást igényelnek, a pelyhek megjelenésének valószínűsége magas. Ezenkívül az anyag költsége is nő. A leggyakoribb ötvözőelemek a króm, nikkel, volfrám, molibdén, kob alt. Alkalmazási körük meglehetősen széles. Ez magában foglalja a gépészetet, valamint a csővezetékek, erőművek, légi közlekedés és még sok más alkatrészeinek gyártását.

A hőállóság és hőállóság fogalma

A hőállóság fogalma egy fém vagy ötvözet azon képességére vonatkozik, hogy megőrizze összes jellemzőjét magas hőmérsékleten végzett munka során. Ilyen környezetben gyakrangázkorrózió figyelhető meg. Ezért az anyagnak ellenállónak kell lennie a hatásával szemben is, azaz hőállónak kell lennie. Így a jelentős hőmérsékleten használt ötvözetek jellemzésének mindkét fogalmat tartalmaznia kell. Az ilyen acélok csak így biztosítják az alkatrészek, szerszámok és egyéb szerkezeti elemek szükséges élettartamát.

A hőálló acél jellemzői

Azokban az esetekben, amikor a hőmérséklet eléri a magas értékeket, olyan ötvözetek használata szükséges, amelyek nem esnek össze és nem deformálódnak. Ebben az esetben hőálló ötvözeteket használnak. Az ilyen anyagok működési hőmérséklete 500 ° C felett van. Az ilyen acélokra jellemző fontos jellemzők a nagy teherbírási határ, a hosszú ideig fennmaradó plaszticitás, valamint a relaxációs stabilitás. Számos olyan elem létezik, amely jelentősen növelheti a magas hőmérséklettel szembeni ellenállást: kob alt, volfrám, molibdén. A króm is kötelező komponens. Nem annyira a szilárdságot befolyásolja, mint inkább a vízkőállóságot növeli. A króm megakadályozza a korróziós folyamatokat is. Az ilyen típusú ötvözetek másik fontos jellemzője a lassú kúszás.

Hőálló acélok osztályozása szerkezet szerint

A hőálló és hőálló ötvözetek a ferrites osztályba tartoznak, martenzitesek, ausztenitesek és ferrites-martenzites szerkezetűek. Az előbbiek körülbelül 30% krómot tartalmaznak. Speciális feldolgozás után a szerkezet finomszemcséssé válik. Ha a fűtési hőmérséklet meghaladja a 850ºС-ot, akkor a szemeknő, és az ilyen hőálló anyagok törékennyé válnak. A martenzites osztályt a következő krómtartalom jellemzi: 4% és 12% között. Kis mennyiségben nikkel, volfrám és egyéb elemek is jelen lehetnek. Az autók turbináinak és szelepeinek alkatrészei ezekből készülnek. Azok az acélok, amelyek szerkezetében martenzit és ferrit található, alkalmasak állandóan magas hőmérsékleten és hosszú távú működésre. A krómtartalom eléri a 14%-ot. Az ausztenitet úgy nyerik, hogy nikkelt visznek be hőálló ötvözetekbe. A hasonló szerkezetű acéloknak számos minősége van.

Nikkel alapú ötvözetek

A nikkelnek számos hasznos tulajdonsága van. Kedvezően hat az acél megmunkálhatóságára (melegen és hidegen egyaránt). Ha egy alkatrészt vagy szerszámot agresszív környezetben való használatra terveztek, akkor az ezzel az elemmel való ötvözés jelentősen növeli a korrózióállóságot. A nikkel alapú hőálló anyagokat a következő csoportokba osztják: hőálló és ténylegesen hőálló. Ez utóbbinak minimális hőálló tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Az üzemi hőmérséklet eléri az 1200ºС-ot. Ezenkívül krómot vagy titánt adnak hozzá. Jellemző, hogy a nikkellel ötvözött acélok kis mennyiségben tartalmaznak szennyeződéseket, például báriumot, magnéziumot, bórt, így a szemcsehatárok jobban megerősödnek. Az ilyen típusú hőálló ötvözetek kovácsolt és hengerelt termékek formájában készülnek. Lehetőség van alkatrészek öntésére is. Fő alkalmazási területük a gázturbina elemek gyártása. A nikkel alapú hőálló ötvözetek legfeljebb 30% krómot tartalmaznak. Jól bírják a bélyegzést, hegesztést. Ezenkívül a vízkőállóság magas szinten van. Ez lehetővé teszi ezek használatát gázvezeték-rendszerekben.

Hőálló titánötvözet acél

A titánt kis mennyiségben (legfeljebb 0,3%-ban) vezetik be. Ebben az esetben növeli az ötvözet szilárdságát. Ha a tartalma jóval magasabb, akkor egyes mechanikai tulajdonságok romlanak (keménység, szilárdság). De a plaszticitás nő. Ez megkönnyíti az acél feldolgozását. A titán más komponensekkel együtt történő bevezetésével jelentősen javítható a hőállóság. Ha agresszív környezetben kell dolgozni (különösen, ha a tervezés hegesztéssel jár), akkor indokolt az ezzel a kémiai elemmel való ötvözés.

Kob altötvözetek

A kob alt nagy mennyiségben (akár 80%-ban) felhasználható olyan anyagok előállítására, mint a hőálló és hőálló ötvözetek, mivel tiszta formájában ritkán használják. Bevezetése növeli a plaszticitást, valamint az ellenállást a magas hőmérsékleten végzett munka során. És minél magasabb, annál nagyobb mennyiségű kob alt kerül az ötvözetbe. Egyes márkáknál a tartalma eléri a 30%-ot. Az ilyen acélok másik jellemző tulajdonsága a mágneses tulajdonságok javulása. A kob alt magas ára miatt azonban felhasználása meglehetősen korlátozott.

A molibdén hatása a hőálló ötvözetekre

Ez a kémiai elem jelentősen befolyásolja az anyag szilárdságát magas hőmérsékleten.

Különösen hatásos, ha más elemekkel együtt használják. Jelentősen növeli az acél keménységét (már 0,3%-os tartalomnál). A szakítószilárdság is nő. A molibdénnel ötvözött hőálló ötvözetek másik pozitív tulajdonsága az oxidatív folyamatokkal szembeni nagyfokú ellenállás. A molibdén hozzájárul a gabona őrléséhez. Hátránya a hegesztés nehézsége.

Egyéb speciális acélok és ötvözetek

Bizonyos feladatok elvégzéséhez olyan anyagokra van szükség, amelyek bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznek. Így beszélhetünk speciális ötvözetek használatáról, amelyek lehetnek ötvözöttek és karbonok is. Utóbbiban a szükséges jellemzők összessége annak köszönhető, hogy az ötvözetek gyártása és feldolgozása speciális technológiával történik. Még a speciális ötvözetek és acélok is szerkezeti és szerszámra oszthatók. Az ilyen típusú anyagok fő feladatai között a következők különböztethetők meg: ellenállás a korróziós és kopási folyamatokkal szemben, az agresszív környezetben való munkavégzés képessége és a jobb mechanikai jellemzők. Ebbe a kategóriába tartoznak a magas üzemi hőmérsékletű hőálló acélok és ötvözetek, valamint a -296ºС-ig ellenálló kriogén acélok.

Szerszámacél

Speciális szerszámacélt használnak a szerszámok gyártása során. Különböző munkakörülmények miatt az anyagokat is egyedileg választják ki. Mivel a szerszámokkal szemben támasztott követelmények meglehetősen magasak, az ötvözetek jellemzőia gyártás megfelelő: mentesek kell lenniük harmadik féltől származó szennyeződésektől, zárványoktól, a dezoxidációs folyamat jól lezajlott, szerkezetük homogén. Nagyon fontos, hogy a mérőműszerek stabil paraméterekkel rendelkezzenek és ellenálljanak a kopásnak. Ha vágószerszámokról beszélünk, akkor ezek magas hőmérsékleten (van az él melegedése), állandó súrlódáson és deformáción működnek. Ezért nagyon fontos számukra, hogy melegítés közben megőrizzék elsődleges keménységüket. A szerszámacél másik típusa a gyorsacél. Alapvetően volfrámmal van adalékolva. A keménység körülbelül 600ºС hőmérsékletig fennmarad. Vannak présacélok is. Meleg- és hidegalakításra egyaránt alkalmasak.

Speciális ötvözet alkalmazások

Sok iparágban használnak különleges tulajdonságokkal rendelkező ötvözeteket. Javított tulajdonságaik miatt nélkülözhetetlenek a gépészetben, az építőiparban és az olajiparban. A hőálló és hőálló ötvözeteket turbinaalkatrészek, autóalkatrészek gyártásához használják. A magas korróziógátló tulajdonságokkal rendelkező acélok nélkülözhetetlenek csövek, karburátortűk, tárcsák és a vegyipar különféle elemeinek gyártásához. Vasúti sínek, kanalak, vágányok járművekhez – a kopásálló acélok jelentik mindennek az alapját. A csavarok, anyák és más hasonló alkatrészek tömeggyártása során automatikus ötvözeteket használnak. A rugóknak kellően rugalmasnak és kopásállónak kell lenniük. Ezértanyaguk rugóacél. A minőség javítása érdekében krómmal és molibdénnel ötvözik őket. Minden speciális ötvözet és acél, amely meghatározott jellemzőkkel rendelkezik, csökkentheti azoknak az alkatrészeknek a költségeit, amelyekben korábban színesfémeket használtak.