Hypoeutektoidní ocel: struktura, vlastnosti, výroba a použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Použití uhlíkových ocelí je rozšířené ve stavebnictví a průmyslu. Skupina tzv. technického železa má mnoho výhod, které vedou ke zvýšení výkonu finálních výrobků a konstrukcí. Kromě optimálních charakteristik pevnosti a odolnosti proti namáhání se tyto slitiny vyznačují také pružnými dynamickými vlastnostmi. Zejména hypoeutektoidní ocel, která také obsahuje značné procento uhlíkových směsí, je ceněna pro svou vysokou tažnost. To však nejsou všechny výhody této odrůdy vysoce pevného železa.

Obecné informace o slitině

Výrazným rysem oceli je přítomnost speciálních legovaných nečistot a uhlíku ve struktuře. Ve skutečnosti je hypoeutektoidní slitina určena obsahem uhlíku. Zde je důležité rozlišovat klasické eutektoidní a ledeburitové oceli, které mají mnoho společného s popisovanou rozmanitostí technického železa. Pokud vezmeme v úvahu strukturální třídu oceli, pak hypoeutektoidní slitina bude odkazovat na eutektoidy, ale obsahující legované ferity a perlity. Zásadním rozdílem od hypereutektoidů je hladina uhlíku pod 0,8 %. Překročení tohotoindikátor nám umožňuje klasifikovat ocel jako plnohodnotné eutektoidy. Svým způsobem je opakem hypoeutektoidní ocel hypereutektoidní, která kromě perlitu obsahuje i sekundární příměsi karbidů. Existují tedy dva hlavní faktory, které umožňují odlišit hypoeutektoidní slitiny od obecné skupiny eutektoidů. Za prvé se jedná o relativně malý obsah uhlíku a za druhé se jedná o speciální sadu nečistot, jejichž základem je ferit.

Výrobní technologie

Obecný technologický postup výroby podeutektoidní oceli je podobný jako při výrobě jiných slitin. To znamená, že se používají přibližně stejné techniky, ale v různých konfiguracích. Hypoeutektoidní ocel vyžaduje zvláštní pozornost, pokud jde o získání její specifické struktury. K tomu se používá technologie zajišťující rozklad austenitu na pozadí chlazení. Austenit je zase kombinovaná směs, zahrnující stejný ferit a perlit. Regulací intenzity ohřevu a ochlazování mohou technologové řídit disperzi této přísady, což v konečném důsledku ovlivňuje tvorbu určitých výkonnostních kvalit materiálu.

Uhlík poskytovaný perlitem však zůstává stejný. Přestože následné žíhání může korigovat tvorbu mikrostruktury, obsah uhlíku se bude pohybovat v rozmezí 0,8 %. Povinnou fází v procesu tvorby ocelové konstrukce je normalizace. Tento postup je vyžadován pro frakční optimalizaci zrn téhožaustenit. Jinými slovy, částice feritu a perlitu jsou zmenšeny na optimální velikost, což dále zlepšuje technické a fyzikální vlastnosti oceli. Jedná se o složitý proces, ve kterém hodně závisí na kvalitě regulace vytápění. Pokud je teplotní režim překročen, může dojít k opačnému efektu - zvýšení austenitových zrn.

Žíhání oceli

Praktikuje se použití několika metod žíhání. Mezi technikami úplného a částečného žíhání je zásadní rozdíl. V prvním případě se austenit intenzivně zahřeje na kritickou teplotu, načež se provede normalizace pomocí chlazení. Zde dochází k rozkladu austenitu. Úplné žíhání ocelí se zpravidla provádí v režimu 700-800 °C. Tepelné zpracování na této úrovni pouze aktivuje procesy rozpadu feritových prvků. Rychlost chlazení lze také upravit, například personál pece může ovládat dvířka komory jejich zavřením nebo otevřením. Nejnovější modely izotermických pecí v automatickém režimu mohou provádět pomalé chlazení podle daného programu.

Pokud jde o neúplné žíhání, vyrábí se ohřevem na teplotu nad 800 °C. Existují však vážná omezení týkající se doby udržení účinku kritické teploty. Z tohoto důvodu dochází k neúplnému žíhání, v důsledku čehož ferit nezmizí. V důsledku toho není odstraněno mnoho nedostatků ve struktuře budoucího materiálu. Proč je takové žíhání ocelí nutné, když se tím nezlepší fyzikálníkvalitní? Ve skutečnosti je to neúplné tepelné zpracování, které umožňuje zachovat měkkou strukturu. Koncový materiál nemusí být vyžadován v každé aplikaci specifické pro uhlíkové oceli jako takové, ale umožní snadné obrábění. Měkká proeutektoidní slitina se snadno řeže a její výroba je levnější.

Normalizace slitiny

Po vypálení přichází řada na procedury zvýšeného tepelného zpracování. Jsou zde provozy normalizace a topení. V obou případech mluvíme o tepelném působení na obrobek, při kterém může teplota přesáhnout 1000 °C. Ale samo o sobě k normalizaci podeutektoidních ocelí dochází po dokončení tepelného zpracování. V této fázi začíná ochlazování v podmínkách klidného vzduchu, při kterém dochází k expozici až do úplného vytvoření jemnozrnného austenitu. To znamená, že ohřev je druh přípravné operace před uvedením slitiny do normalizovaného stavu. Pokud mluvíme o specifických strukturálních změnách, pak se nejčastěji projevují ve zmenšení velikosti feritu a perlitu a také ve zvýšení jejich tvrdosti. Pevnostní vlastnosti částic jsou ve srovnání s těmi, kterých se dosahuje žíhacími postupy, vyšší.

Po normalizaci může následovat další postup zahřívání s dlouhou expozicí. Obrobek se poté ochladí a tento krok lze provést různými způsoby. Finální hypoeutektoidní ocel se získává buď na vzduchu, nebo vpomalu ochlazující pece. Jak ukazuje praxe, slitina nejvyšší kvality se vyrábí pomocí plné technologie normalizace.

Vliv teploty na strukturu slitiny

Zásah teploty do procesu tvorby ocelové konstrukce začíná okamžikem přeměny feriticko-cementitové hmoty na austenit. Jinými slovy perlit přechází do stavu funkční směsi, která se částečně stává základem pro vznik vysokopevnostní oceli. V další fázi tepelného zpracování se kalená ocel zbaví přebytečného feritu. Jak již bylo uvedeno, není vždy zcela odstraněn, jako v případě neúplného žíhání. Ale klasická hypoeutektoidní slitina stále zahrnuje eliminaci této austenitové složky. V další fázi je již stávající kompozice optimalizována s očekáváním vytvoření optimalizované struktury. To znamená, že dochází k poklesu částic slitiny se získáním zvýšených pevnostních vlastností.

Izotermická přeměna podchlazenou směsí austenitů může být prováděna v různých režimech a úroveň teploty je pouze jedním z parametrů řízených technologem. Liší se také vrcholové intervaly tepelné expozice, rychlost ochlazování atd. V závislosti na zvoleném režimu normalizace se získá kalená ocel s určitými technickými a fyzikálními vlastnostmi. Právě v této fázi je také možné nastavit speciální provozní vlastnosti. Pozoruhodným příkladem je slitina s měkkou strukturou získaná s cílem efektivního dalšího zpracování. Ale nejčastějivýrobci se stále zaměřují na potřeby koncového spotřebitele a jeho požadavky na hlavní technické a provozní vlastnosti kovu.

Struktura oceli

Režim normalizace při teplotě 700 °C způsobuje vytvoření struktury, ve které budou tvořit základ zrna feritů a perlitů. Mimochodem, hypereutektoidní oceli mají ve své struktuře místo feritu cementit. Při pokojové teplotě, v normálním stavu, je také zaznamenán obsah přebytečného feritu, i když tato část je minimalizována s přibývajícím uhlíkem. Je důležité zdůraznit, že struktura oceli závisí v malé míře na obsahu uhlíku. Prakticky neovlivňuje chování hlavních komponent při stejném ohřevu a téměř celý je koncentrován v perlitu. Ve skutečnosti lze perlit použít ke stanovení úrovně obsahu uhlíkové směsi - zpravidla se jedná o nevýznamnou hodnotu.

Další strukturální nuance je také zajímavá. Faktem je, že částice perlitu a feritu mají stejnou specifickou hmotnost. To znamená, že podle množství jedné z těchto složek v celkové hmotě můžete zjistit, jakou celkovou plochu zabírá. Jsou tedy studovány povrchy mikrořezů. V závislosti na režimu, ve kterém byla podeutektoidní ocel zahřívána, se tvoří i frakční parametry částic austenitu. Ale to se děje téměř v individuálním formátu s tvorbou jedinečných hodnot - další věc je, že limity pro různé indikátory zůstávají standardní.

Vlastnosti hypoeutektoidní oceli

Tento kov patřína nízkouhlíkové oceli, takže byste od něj neměli očekávat zvláštní výkon. Stačí říci, že z hlediska pevnostních charakteristik je tato slitina výrazně horší než eutektoidy. To je způsobeno rozdíly ve struktuře. Faktem je, že hypoeutektoidní třída oceli s obsahem přebytečných feritů je v pevnosti nižší než analogy, které mají cementit ve struktuře. Částečně z tohoto důvodu technologové doporučují použití slitin pro stavebnictví, při jejichž výrobě byla maximálně implementována operace vypalování s vytěsňováním feritů.

Pokud mluvíme o kladných výjimečných vlastnostech tohoto materiálu, pak jsou to plasticita, odolnost vůči přirozeným biologickým procesům destrukce atd. Kalení hypoeutektoidních ocelí přitom může dodat řadu dalších kvalit kov. Může to být například jak zvýšená tepelná odolnost a absence predispozice ke korozním procesům, tak celá řada ochranných vlastností vlastních konvenčním nízkouhlíkovým slitinám.

Oblasti použití

Navzdory mírnému poklesu pevnostních vlastností v důsledku skutečnosti, že kov patří do třídy feritických ocelí, je tento materiál běžný v různých oblastech. Například ve strojírenství se používají díly z podeutektoidních ocelí. Další věcí je, že se používají slitiny vysoké jakosti, při jejichž výrobě byly použity pokročilé technologie vypalování a normalizace. Také struktura podeutektoidní oceli se sníženým obsahem feritu je poměrně slušnáumožňuje použití kovu při výrobě stavebních konstrukcí. Navíc vám dostupné náklady na některé druhy oceli tohoto typu umožňují počítat s významnými úsporami. Někdy při výrobě stavebních materiálů a ocelových modulů není zvýšená pevnost vůbec vyžadována, ale je nezbytná odolnost proti opotřebení a elasticita. V takových případech je použití hypoeutektoidních slitin oprávněné.

Produkce

Výrobou, přípravou a výrobou podeutektoidního kovu v Rusku se zabývá mnoho podniků. Například závod Ural Non-Ferrous Metals Plant (UZTSM) vyrábí několik druhů oceli tohoto typu najednou, což nabízí spotřebiteli různé sady technických a fyzikálních vlastností. Ural Steel Plant vyrábí feritické oceli, které obsahují vysoce kvalitní legované komponenty. Kromě toho jsou v sortimentu k dispozici speciální modifikace slitin, včetně žáruvzdorných, vysoce chromových a nerezových kovů.

Metalloinvest lze také vyčlenit mezi největší producenty. V provozech této společnosti se vyrábí konstrukční oceli s podeutektoidní strukturou, určené pro použití ve stavebnictví. V současné době ocelárna podniku pracuje podle nových norem, což umožňuje zlepšit slabé místo feritových slitin - indikátor pevnosti. Technologové společnosti pracují zejména na zvýšení faktoru intenzity napětí, na optimalizaci rázové houževnatosti a odolnosti materiálu proti únavě. To nám umožňuje nabízet téměř univerzální slitiny.

Závěr

Je několik technických a provozních vlastností průmyslových a stavebních kovů, které jsou považovány za základní a jsou pravidelně vylepšovány. Se stále složitějšími konstrukcemi a technologickými postupy však vznikají i nové požadavky na základnu prvků. V tomto ohledu se jasně projevuje hypoeutektoidní ocel, ve které jsou soustředěny různé výkonové kvality. Použití tohoto kovu není opodstatněné v případech, kdy je potřeba díl s několika ultravysokými výkony, ale v situacích, kdy jsou vyžadovány speciální atypické sady různých vlastností. V tomto případě je kov příkladem kombinace pružnosti a tažnosti s optimální odolností proti nárazu a základními ochrannými vlastnostmi, které se vyskytují u většiny uhlíkových slitin.