Доевтектоїдних сталь: структура, властивості, виробництво і застосування

Використання вуглецевих сталей широкопоширене в будівництві і промисловості. Група так званого технічного заліза має безліч переваг, які обумовлюють підвищені експлуатаційні якості кінцевих виробів і конструкцій. Поряд з оптимальними характеристиками міцності і стійкості до навантажень, такі сплави відрізняються і гнучкими динамічними властивостями. Зокрема, доевтектоїдних сталь, яка також має в складі чималий відсоток вуглецевих сумішей, цінується за високу пластичність. Але і це не все переваги даного різновиду високоміцного заліза.

Загальні відомості про сплав

Відмітною властивістю стали є наявність вструктурі спеціальних легованих домішок та вуглецю. Власне, за змістом вуглецю і визначають доевтектоїдної сплав. Тут важливо розрізняти і класичну евтектоїдних, а також ледебуритного стали, які мають багато спільного з описуваної різновидом технічного заліза. Якщо розглядати структурний клас сталі, то доевтектоїдної сплав буде ставитися до евтектоід, але містить в складі леговані ферити і перліти. Принциповою відмінністю від заевтектоідних є рівень вуглецю, що знаходиться нижче 0,8%. Перевищення цього показника дозволяє відносити сталь до повноцінних евтектоід. У деякому роді протилежністю доевтектоіда є заевтектоідних сталь, в якій крім перліту також містяться вторинні домішки карбідів. Таким чином, існує два основні чинники, що дозволяють виділяти доевтектоїдних сплави із загальної групи евтектоід. По-перше, це відносно невеликий вміст вуглецю, а по-друге, це особливий набір домішок, основу яких складає феррит.

технологія виготовлення

Загальний технологічний процес виготовленнядоевтектоїдної стали схожий з виробництвом інших сплавів. Тобто використовуються приблизно ті ж технічні прийоми, але в інших конфігураціях. На особливу увагу доевтектоїдних сталь вимагає в частині отримання її специфічної структури. Для цього задіюється технологія забезпечення розпаду аустеніту на тлі охолодження. У свою чергу, аустеніт є комбінованої сумішшю, що включає той же феррит і перліт. За допомогою регуляції інтенсивності нагріву та охолодження технологи можуть управляти дисперсностью даної добавки, що в кінцевому підсумку позначається на формуванні тих чи інших експлуатаційних якостей матеріалу.

Однак показник вуглецю, що забезпечуєтьсяперлитом, залишається на одному рівні. Хоча наступний отжиг може вносити корективи у формування мікроструктури, вміст вуглецю буде перебувати в межах 0,8%. Обов'язковим етапом в процесі становлення структури стали є і нормалізація. Дана процедура потрібна для фракційної оптимізації зерен того ж аустеніту. Іншими словами, частинки фериту і перліту скорочуються до оптимальних розмірів, що в подальшому покращує техніко-фізичні показники стали. Це складний процес, в якому багато що залежить від якості регулювання нагріву. Якщо перевищити температурний режим, то цілком може бути забезпечений зворотний ефект - збільшення зерен аустеніту.

відпал стали

Практикується використання декількох методіввідпалу. Принципово різняться техніки повного і неповного відпалу. У першому випадку відбувається інтенсивний нагрів аустеніту до критичної температури, після чого здійснюється нормалізація за допомогою охолодження. Тут же відбувається розпад аустеніту. Як правило, повний відпал сталей проводиться в режимі 700-800 ° С. Термічна обробка на такому рівні як раз активізує процеси розпаду елементів фериту. Швидкість охолодження теж піддається регулюванню, наприклад, обслуговуючий піч персонал може керувати дверцятами камери, закриваючи або відкриваючи її. Новітні моделі ізотермічних печей в автоматичному режимі можуть здійснювати уповільнене охолодження відповідно до заданої програми.

Що стосується неповного відпалу, то він проводитьсяпри нагріванні з температурою вище 800 ° С. Однак мають місце серйозні обмеження за часом утримання критичного температурного впливу. З цієї причини відбувається неповний отжиг, в результаті якого феррит не зникає. Отже, не усувається і безліч недоліків структури майбутнього матеріалу. Навіщо ж потрібен такий отжиг сталей, якщо він не покращує фізичні якості? Насправді саме неповна термічна обробка дозволяє зберегти м'яку структуру. Кінцевий матеріал, можливо, буде потрібно не в кожній сфері застосування, характерною для вуглецевих сталей як таких, але зате дозволить з легкістю зробити механічну обробку. М'який доевтектоїдної сплав без особливих труднощів піддається різанню і дешевше обходиться в процесі виготовлення.

нормалізація сплаву

Після випалу настає черга процедур підвищеноїтермічної обробки. Виділяють операції нормалізації і нагрівання. В обох випадках мова йде про термічному впливі на заготовку, при якій температура може перевищувати 1000 ° С. Але сама по собі нормалізація доевтектоїдних сталей відбувається вже після завершення термічної обробки. На цьому етапі починається охолодження в умовах спокійного повітря, при якому відбувається витримка до повного формування дрібнозернистого аустеніту. Тобто нагрів є свого роду підготовчою операцією перед приведенням сплаву в нормалізоване стан. Якщо говорити про конкретні структурні зміни, то найчастіше вони виражаються в зменшенні розмірів фериту і перліту, а також у підвищенні їх твердості. Характеристики міцності якості частинок підвищуються в показниках в порівнянні з аналогічними характеристиками, що досягаються процедурами отжигов.

Після нормалізації може послідувати ще однапроцедура нагріву з довгої витримкою. Потім заготовка охолоджується, причому цей етап може виконуватися різними способами. Кінцева доевтектоїдних сталь виходить або на повітрі або в печі з повільним охолодженням. Як показує практика, найбільш якісний сплав формується за допомогою проведення повної технології нормалізації.

Вплив температури на структуру сплаву

Втручання температури в процес формуванняструктури стали починається з моменту перетворення ферритно-цементитной маси в аустеніт. Іншими словами, перліт переходить в стан функціональної суміші, яка почасти й стає базою для утворення високоміцної сталі. На наступному етапі термічного впливу загартована сталь позбавляється від надлишкового фериту. Як уже зазначалося, не завжди від нього позбавляються повністю, як у випадку неповного відпалу. Але класичний доевтектоїдної сплав все ж передбачає усунення даного компонента аустеніту. На наступній стадії відбувається вже оптимізація наявного складу з розрахунком на формування оптимізованої структури. Тобто відбувається зменшення часток сплаву з набуттям підвищених характеристик міцності властивостей.

Ізотермічне перетворення з переохолодженоїсумішшю аустеніту може виконуватися в різних режимах і рівень температури - лише один з параметрів, яким керує технолог. Також варіюються пікові інтервали термічної дії, швидкість охолодження і т. Д. В залежності від обраного режиму нормалізації виходить загартована сталь з тими чи іншими техніко-фізичними характеристиками. Саме на даному етапі також є можливість задати і особливі експлуатаційні властивості. Яскравим прикладом є сплав з м'якою структурою, одержуваний з метою ефективної подальшої обробки. Але найчастіше виробники все ж орієнтуються на потреби кінцевого споживача і його вимоги до основних техніко-експлуатаційними якостями металу.

структура стали

Режим нормалізації при температурі на рівні 700° С обумовлює формування структури, в якій основу становитимуть зерна феритів і перлітів. До слова, заевтектоідние стали замість фериту мають в структурі цементит. При кімнатній температурі в звичайному стані відзначається і утримання надлишкового фериту, хоча в міру збільшення вуглецю ця частина мінімізується. Важливо підкреслити, що структура стали в невеликому ступені залежить від вмісту вуглецю. Він практично не впливає на поведінку основних компонентів в процесі того ж нагрівання і майже весь концентрується в перліті. Власне, по перліту і можна визначити рівень вмісту вуглецевої суміші - як правило, це незначна величина.

Цікавий і інший структурний нюанс. Справа в тому, що частинки перліту і фериту мають однакову питому вагу. Це означає, що за кількістю одного з цих компонентів в загальній масі можна з'ясувати, яка займана ним сукупна площа. Таким чином вивчаються поверхні мікрошліфа. Залежно від того, в якому режимі проводився нагрів доевтектоїдної стали, формуються і фракційні параметри частинок аустеніту. Але це відбувається практично в індивідуальному форматі з утворенням унікальних значень - інша справа, що стандартними залишаються межі за різними показниками.

Властивості доевтектоїдної стали

Цей метал відноситься до низьковуглецевоїсталей, тому особливих експлуатаційних якостей від нього чекати не варто. Досить сказати, що в характеристиках міцності цей сплав значно програє евтектоід. Обумовлено це якраз відмінностями в структурі. Справа в тому, що доевтектоїдної клас стали з вмістом надлишкових феритів поступається в міцності аналогам, які мають в структурному наборі цементит. Частково з цієї причини технологи рекомендують для будівельної сфери використовувати сплави, у виробництві яких була максимально реалізована операція випалу з витісненням феритів.

Якщо ж говорити про позитивні винятковихвластивості даного матеріалу, то вони полягають в пластичності, стійкості до природних біологічних процесів руйнування і т. д. Разом з цим гарт доевтектоїдних сталей може додати металу і цілий ряд додаткових якостей. Наприклад, це може бути і підвищена термічна стійкість, і відсутність схильності до процесів корозії, а також цілий набір захисних властивостей, властивих звичайним низьковуглецевих сплавів.

Сфера застосування

Незважаючи на деяке зниження міцностівластивостей, обумовлене належністю металу до класу феритових сталей, цей матеріал поширений в різних областях. Наприклад, в машинобудуванні застосовуються деталі, виконані з доевтектоїдних сталей. Інша справа, що використовуються високі марки сплавів, у виготовленні яких застосовувалися передові технології випалу і нормалізації. Також структура доевтектоїдної стали зі зниженим вмістом фериту цілком дозволяє використовувати метал у виробництві будівельних конструкцій. Більш того, доступна вартість деяких марок сталі такого типу дозволяє розраховувати на суттєву економію. Іноді у виготовленні будматеріалів і сталевих модулів зовсім не потрібна підвищена міцність, але необхідна зносостійкість і пружність. У таких випадках якраз і виправдане застосування доевтектоїдних сплавів.

виробництво

Виготовленням, підготовкою і випускомдоевтектоїдної металу в Росії займаються багато підприємств. Наприклад, Уральський завод кольорових металів (УЗЦМ) виробляє відразу кілька марок сталі такого типу, пропонуючи споживачеві різні набори техніко-фізичних властивостей. Уральський сталеливарний завод випускає ферритові стали, до складу яких входять високоякісні леговані компоненти. Крім того, в асортименті доступні особливі модифікації сплавів, в тому числі жароміцні, високохромисті і нержавіючі метали.

Серед найбільших виробників можна виділити іпідприємство «Металоінвест». На потужностях цієї компанії випускаються конструкційні сталі з доевтектоїдної структурою, розраховані на використання в будівництві. На даний момент сталеливарний завод підприємства працює за новими стандартами, що дозволяє поліпшувати і слабке місце феритових сплавів - міцних показників. Зокрема, технологи компанії працюють над підвищенням коефіцієнта інтенсивності напруги, над оптимізацією ударної в'язкості і показниками опору втоми матеріалу. Це дозволяє пропонувати сплави практично універсального призначення.

висновок

Існує кілька техніко-експлуатаційнихвластивостей промислових і будівельних металів, які вважаються основними і регулярно поліпшуються. Однак в міру ускладнення конструкцій і технологічних процесів виникають і нові вимоги до елементної бази. В цьому відношенні яскраво проявляє себе доевтектоїдних сталь, в якій зосереджуються різні експлуатаційні якості. Застосування даного металу виправдано у випадках, коли потрібна деталь з декількома надвисокими показниками, а в ситуаціях, коли потрібні особливі нетипові набори різних властивостей. В даному випадку метал показує приклад поєднання гнучкості і пластичності з оптимальною ударною стійкістю і основними захисними якостями, характерними для більшості вуглецевих сплавів.