Co to jest stal stopowa - skład, właściwości, marki, GOST, cel, przetwarzanie

Być może nie ma takiej osoby na świecie, która nie słyszałaby o najbardziej powszechnym stopie żelaza na ziemi - stali. Oprócz tego, że materiał ma wiele odmian, jest wykorzystywany do produkcji prawie wszystkich żelaznych struktur i przedmiotów. Ponadto szczególną uwagę poświęca się stopom stopowym, które mają specjalne właściwości. W nowoczesnym przemyśle trudno jest znaleźć jakąkolwiek branżę, w której nie używa się stali stopowej. Czym jest i jak ten gatunek różni się od wszystkich innych?

Czym są te rzeczy?

Zwykła stal jest związkiem węgla żelaza i pewną liczbą zanieczyszczeń. Pod pojęciem "stal stopowa" (LS) rozumie się specjalny stop, który otrzymuje się poprzez wprowadzenie pewnej liczby pierwiastków chemicznych. Odbywa się to w celu uzyskania niezbędnych fizycznych i chemicznych właściwości metalu.

Z reguły dodawane są takie elementy układu okresowego, bez których trudno zarządzać w zależności od konkretnej sytuacji:

• Nikiel - H (Ni).
• Miedź - M (Cu).
• Niob - B (Nb).
• Chrome - X (Cr).
• Mangan - T (Mn).
• Krzem - C (Si).
• Wanad - F (V).
• Tungsten - In (W).
• Molibden - M (Mo).
• Tytan - T (Ti).
• Aluminium - A (Al).
• Cyrkon - C (Zr).
• Kobalt - K (Co).

Ale oprócz nich używane są molibden i aluminium. Ponadto każdy z tych elementów jest dodawany do określonego celu. A ich liczba bezpośrednio wpływa na uzyskanie niezbędnych cech. Teraz staje się trochę jasne, czym jest stal stopowa.

Suplementy

Niektóre z nich, wzmacniając niektóre specyficzne właściwości materiału, nie doceniają innych cech. Na przykład przy pomocy manganu możliwe jest znaczne zwiększenie wytrzymałości i twardości metalu wraz z poprawą jakości cięcia. Jednocześnie prowadzi to do zwiększenia ziarna, co zmniejsza odporność na obciążenia udarowe.

Natomiast dodanie chromu może poprawić te właściwości, a jednocześnie zwiększyć odporność na ciepło. Dzięki niklowi stop staje się bardziej elastyczny, a jeśli jego ilość przeważa, metal uzyskuje wysokie współczynniki odporności na korozję i odporności na ciepło. Stal nierdzewna, o której wszyscy wiedzą, to tylko stop dwóch ostatnich metali lub materiał o zawartości chromu 27%.

Każdy, kto wie, czym jest stal stopowa, jaki jest stop, nie jest w pełni zrozumiały. Istotą tego jest dodanie tych elementów. Ale z powrotem do naszych "zanieczyszczeń" - molibden z jednej strony zwiększa twardość, ale z drugiej - prowadzi do zmniejszenia kruchości. Kosztem wolframu można zwiększyć nie tylko twardość, ale i wytrzymałość, a wraz z nim jakość cięcia metalu. Ponadto, po podgrzaniu do wysokiej temperatury (600-650 ° C), właściwości te nie są tracone (zaczerwienienie).

Krzem pozwala na zwiększenie elastyczności materiału, a także na odporność na kwasy. Dodatek wanadu zwiększa właściwości plastyczne redukując ziarno. Tytan pozwala uzyskać bardziej trwały materiał.

Zanieczyszczenia

Teraz już wiadomo, czym jest stal stopowa. Jednocześnie należy zdawać sobie sprawę z obecności niektórych zanieczyszczeń, które niezależnie od gatunku stali są w nim zawsze obecne. W większości przypadków są to niemetale:

• Węgiel.
• Siarka.
• Fosfor.
• Tlen i azot.
• Wodór.

Węgiel ma największy wpływ na właściwości stali. Jeżeli zawiera nie więcej niż 1,2%, to materiał charakteryzuje się dużą twardością i wytrzymałością. Zwiększa także granicę plastyczności. Nadmiar tej normy prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości i ciągliwości.

Wysoka zawartość siarki również nie jest dobra. Ponad 0,65% - zmniejszone siła uderzenia odporność na korozję, plastyczność. Poza tym znacznie zmniejsza się spawalność stali.

Trzeba być bardzo ostrożnym z fosforem , ponieważ jego nadmiar, nawet nieznacznie, niekorzystnie wpływa na metal. Zmniejsza się lepkość i plastyczność, jednocześnie zwiększa się kruchość i płynność. Wszystko to może wpłynąć na przetwarzanie stali stopowych.

Nadmiar tlenu i azotu prowadzi do nadmiernej kruchości materiału, a także obniża jego lepkość.

Wysoka zawartość wodoru powoduje również kruchość metalu, co jest niepożądane.

Odmiany narkotyków

W zależności od ilości dodatków stopowych, stal można podzielić na trzy rodzaje:

• Stal niskostopowa - zawiera nie więcej niż 2,5% dodatków.
• Stal stopowa - liczba pierwiastków stopowych waha się od 2,5 do 10%.
• Stal wysokostopowa - tutaj mówimy o wyższej zawartości 10% i więcej.

Uwzględnia całkowitą liczbę dodatków stopowych.

Aby uzyskać pewne właściwości, stale stopowe przechodzą proces normalizacji. To jest, gdy materiał jest podgrzewany do temperatury 900 ° C, a następnie jest chłodzony powietrzem.

Na tej podstawie "oznakowanie" stali stopowych może wyglądać następująco:

• Perlit - zawartość dodatków stopowych dla takich stali wynosi od 5% do 7%. Otrzymuje się następujące struktury: perlit, sorbitol i trzcinę.
• Martenzytyczny - w tym przypadku pierwiastki stopowe zawierają więcej niż 7-15%, węgiel nie przekracza 0,55%.
• Austenityczny - oprócz zawartości pierwiastków stopowych (więcej niż 15%), występuje tutaj nikiel (8%) i mangan (13%). Zawartość węgla nie przekracza 0,2%.
• Ferrytyczny - ta struktura węglowa również nie zawiera więcej niż 0,2%. Podczas gdy chrom jest tutaj 17-30%, krzem jest 2,5% (nie mniej). Takie stale można przypisać do niskoemisyjnych.
• Węgliki spiekane (ledeburitnaya) - to marki wysokoemisyjne (0,7% C). Zawiera głównie wolfram, wanad, molibden i chrom.

Uzyskanie różnych stopni stali stopowej, a raczej jej struktury, zależy nie tylko od szybkości chłodzenia metalu w powietrzu, ale także od ilości dodatków stopowych i węgla.

Funkcje etykietowania leków

Na początku artykułu na liście pierwiastków stopowych znajdują się litery w pobliżu każdego z nich, co nie jest przypadkowe. Są to oznaczenia takich metali, ale oprócz nich nadal istnieją liczby. Przykład podano poniżej.

Wszystko to odbywa się zgodnie z GOST 4543-71. Oznaczenie alfanumeryczne nie jest przypadkowe, ponieważ wszystkie stale stopowe mają szeroki zakres. I w takiej różnorodności łatwo się pogubić, a zatem trzeba usystematyzować.

Co więcej, każda litera alfabetu cyrylicy (po której następuje pierwsza) w oznaczeniu wskazuje na obecność jednego lub drugiego elementu, a liczba (zwykle po literze) wskazuje zawartość w procentach. W takim przypadku, jeśli mówimy o ilościach mniejszych niż 0,99%, liczba ta zwykle nie jest umieszczana.

Czasami do stopu można dodawać metale ziem rzadkich, takie jak itr, lantan i wiele innych. W tym przypadku, w oznaczeniu stali stopowej według GOST, wskazana jest tylko jedna litera - Ch. Istnieją inne cechy w znakowaniu stali:

• Pierwsze dwie cyfry zawsze wskazują procent węgla, który nigdy nie jest dosłownie oznaczony.
• Jeśli jest to stal szybkotnąca, wówczas zawartość wolframu jest wskazywana w całych ułamkach procenta. Chrom w takich stopach wynosi zwykle 4%.
• W przypadku stali z łożyskami kulkowymi litery ШХ podążają za oznaczeniem zawartości chromu w dziesiątych częściach procenta.
• Obecność dwóch liter "A" oznacza wysoce czystą stal stopową.

Weźmy na przykład dwa oznaczenia:

1. 03H13AG19 - LS zawiera 0,03% węgla, 13% chromu, 1% azotu i 19% manganu.
2. 18HGT - w tym węglu stalowym wynosi 0,18%, a po 1% chromu, tytanu i manganu.

Ponadto na samym początku jakiegokolwiek znakowania stali stopowych może znajdować się litera wskazująca materiał specjalnego przeznaczenia:

• Elektrotechniczne - E.
• Szybki - R.
• Łożyska kulkowe - W.
• Avtomatnaya - A.

Stale stopowe mogą nadal należeć do kategorii metali o wysokiej jakości lub szczególnie wysokiej jakości.

W tym przypadku na końcu oznaczenia pojawi się odpowiednio litera "A" lub "III".

Korzyści

Wszystkie stale stopowe mają wiele cennych zalet, wśród których warto podkreślić:

• zwiększona odporność na odkształcenia o charakterze lamelarnym;
• wysoka twardość;
• odporność na pękanie na zimno i lepkość;
• jakość technologiczna na wysokim poziomie.

Ponadto, ta stal nie jest podatna na wypaczanie ani inne defekty podczas procesu hartowania.

Wady

Ze wszystkimi oczywistymi zaletami, które ma stal narzędziowa stopowa, lub innymi, są również wady:

• Charakteryzują się one segregacją dendrytyczną, ale na szczęście można tego uniknąć poprzez przeprowadzenie wyżarzania dyfuzyjnego.
• Gatunki wysokostopowe mogą zawierać austenit szczątkowy, który zmniejsza odporność na zmęczenie i twardość materiału.
• Nie wyklucza się występowania kłaczków, tak zwanych pęknięć w strukturze stali. Wady tej można uniknąć, spowalniając chłodzenie metalu, a także zmniejszając zawartość wodoru podczas wytapiania.

W zależności od rodzaju obróbki cieplnej unika się większości defektów. W rezultacie stal nabywa niezbędne, czasem unikalne cechy.

Produkcja leków

Proces produkcji stopu stale narzędziowe lub inne przejścia w kilku etapach z wykorzystaniem elektrycznych pieców łukowych:

• Ruda żelaza wyczyszczone.
• Topienie metalu.
• Dodawanie składników stopowych.

W procesie czyszczenia rudy żelaza pozbywają się niepożądanych zanieczyszczeń, takich jak siarka i fosfor. Wszystko to dzieje się w otwartym piecu do topienia. Stosowana jest również technologia wtórnego oczyszczania stali. Kolejnym procesem technologicznym jest topienie próżniowe, co powoduje usunięcie arsenu i szeregu zanieczyszczeń metali nieżelaznych.

Elektryczny piec łukowy jest już używany do topienia metalu, dla którego surowiec jest ogrzewany do wysokiej temperatury 400-600 ° C. Tutaj żelazo zaczyna przekształcać się w żelazo, które charakteryzuje się niestabilną siecią krystaliczną. Ale stabilizując wytwarza pewną ilość stali stopowej.

Robi się to w następujący sposób. Tlen dostaje się do komory roboczej, w trakcie której do atmosfery komory doprowadza się węgiel. Zaczyna się mieszać z żelazem, co prowadzi do tworzenia się stali.

Później do surowców dodawane są różne dodatki , w zależności od wymaganych właściwości metalu. Kryształowa krata staje się bardziej gęsty, a wynikiem są produkty stopowe.

Obróbka cieplna

Włączone Produkcja wytopu BOS nie kończy się. Potem trzeba go stwardnieć. Wytopione próbki poddawane są procedurze hartowania w temperaturze 1100 ° C. Następnie konieczne jest uwalnianie stali węglowych i stopowych, i odbywa się to stopniowo, aby uniknąć pojawienia się pęknięć.

Ten proces jest wymagany dla wszystkich hartowanych części. Jego głównym zadaniem jest złagodzenie wewnętrznych stresów. Zmniejsza to twardość i zwiększa plastyczność. Na wakacje można korzystać w różny sposób:

• Wanny:
  • olej;
  • saletra;
  • ze stopionymi alkaliami.
• Piec z wymuszonym obiegiem powietrza.

Co do temperatury odpuszczania, zależy to od marki leku i wymaganej twardości materiału. Na przykład dla HRC 59-60 wynosi 150-200 ° C. W przypadku leków o dużej szybkości wymagany jest tryb temperatury nieco bardziej - 540-580 ° C. Jest to również określane jako hartowanie wtórne, ponieważ zwiększa się twardość części.

Z reguły po hartowaniu stal jest chłodzona na wolnym powietrzu. Ale produkty z niklu chromowego są wyjątkiem - potrzebują kąpieli z wodą lub olejem. Jeśli chłodzenie jest opóźnione, doprowadzi to do nadmiernej kruchości metalu.

Zakres

Tak jak w przypadku stali stopowej, jest to praktycznie dowolna sfera ludzkiej działalności. Metal narzędziowy służy do produkcji frezów, noży, wykrojników, przyrządów pomiarowych, kół zębatych, sprężyn, zawiesi, rozstępów i innych. Stal nierdzewna LS jest idealna do produkcji naczyń, skrzynek AGD.

Środki do spawania

Proces zgrzewania leku w pełni zależy od składu chemicznego metalu. Ponadto, w przeciwieństwie do pierwiastków stopowych, węgiel ma największy wpływ. W tym samym czasie same dodatki mają inny wpływ na spawanie. Na przykład obecność chromu i manganu w większym stopniu prowadzi do powstawania pęknięć, a nie nikiel. Ale tytan w tym procesie działa całkiem nieźle.

Ze względu na dużą zawartość siarki, fosforu i gazów rozpuszczonych, spawalność stali znacznie się pogarsza. Dlatego ich zawartość nie powinna przekraczać 0,020-0,055%, co w żaden sposób nie wpłynie na spawanie stali stopowych.