Aliatges resistents a la calor. Acers i aliatges especials. Producció i ús d'aliatges resistents a la calor

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

La indústria moderna no es pot imaginar sense material com l'acer. El trobem gairebé a cada pas. En introduir diversos elements químics a la seva composició, les propietats mecàniques i operatives es poden millorar significativament.

Què és l'acer

L'acer és un aliatge que conté carboni i ferro. A més, aquest aliatge (foto a continuació) pot tenir impureses d' altres elements químics.

Hi ha diversos estats estructurals. Si el contingut de carboni està entre el 0,025 i el 0,8%, aquests acers s'anomenen hipoeutectoides i tenen perlita i ferrita a la seva estructura. Si l'acer és hipereutectoide, es poden observar fases perlítica i cementita. Una característica de l'estructura de ferrita és la seva alta plasticitat. La cementita també té una duresa considerable. La perlita forma les dues fases anteriors. Pot tenir una forma granular (les inclusions de cementita es troben al llarg dels grans de ferrita, que tenen forma rodona) i lamel·lar (ambdues fases semblen plaques). Si l'acer s'escalfa per sobre de la temperatura a la quales produeixen modificacions polimòrfiques, l'estructura canvia a austenítica. Aquesta fase ha augmentat la plasticitat. Si el contingut de carboni supera el 2,14%, aquests materials i aliatges s'anomenen ferros colats.

Tipus d'acer

Depenent de la composició, l'acer pot ser de carboni i aliat. El contingut de carboni inferior al 0,25% caracteritza l'acer suau. Si la seva quantitat arriba al 0,55%, llavors podem parlar d'un aliatge de carboni mitjà. L'acer, que té més d'un 0,6% de carboni en la seva composició, s'anomena acer alt en carboni. Si, en el procés de producció d'un aliatge, la tecnologia implica la introducció d'elements químics específics, aquest acer s'anomena aliat. La introducció de diversos components canvia significativament les seves propietats. Si el seu nombre no supera el 4%, l'aliatge és poc aliat. L'acer mitjà i alt aliat té fins a un 11% i més d'un 12% de les inclusions, respectivament. Segons l'àrea en què s'utilitzen aliatges d'acer, n'hi ha d'aquests tipus: acers per a eines, estructurals i especials i aliatges.

Tecnologia de producció

El procés de fosa d'acer és força laboriós. Inclou diverses etapes. En primer lloc, necessiteu matèries primeres: mineral de ferro. La primera etapa consisteix a escalfar a una determinada temperatura. En aquest cas, es produeixen processos oxidatius. En la segona etapa, la temperatura augmenta molt. Els processos d'oxidació del carboni són més intensos. És possible un enriquiment addicional de l'aliatge amb oxigen. S'eliminen les impureses innecessàriesescòries. El següent pas és eliminar l'oxigen de l'acer, ja que redueix significativament les propietats mecàniques. Això es pot dur a terme de manera difusió o precipitada. Si no es produeix el procés de desoxidació, l'acer resultant s'anomena acer en ebullició. L'aliatge tranquil no emet gasos, l'oxigen s'elimina completament. Una posició intermèdia l'ocupen els acers semi-sil·lents. La producció d'aliatges de ferro es fa en forns d'inducció, convertidors d'oxigen, de foc obert.

Aliatge d'acer

Per tal d'obtenir determinades propietats de l'acer, s'introdueixen substàncies especials d'aliatge en la seva composició. Els principals avantatges d'aquest aliatge són una major resistència a diverses deformacions, la fiabilitat de les peces i altres elements estructurals augmenta significativament. L'enduriment redueix el percentatge d'esquerdes i altres defectes. Sovint s'utilitza aquest mètode de saturació amb diferents elements per donar resistència a la corrosió química. Però també hi ha una sèrie d'inconvenients. Requereixen un processament addicional, la probabilitat que apareguin escates és alta. A més, el cost del material també augmenta. Els elements d'aliatge més comuns són el crom, níquel, tungstè, molibdè, cob alt. L'abast de la seva aplicació és bastant gran. Això inclou l'enginyeria mecànica i la fabricació de peces per a canonades, centrals elèctriques, aviació i molt més.

El concepte de resistència a la calor i resistència a la calor

El concepte de resistència a la calor fa referència a la capacitat d'un metall o aliatge de conservar totes les seves característiques quan es treballa a altes temperatures. En un entorn així, sovints'observa corrosió gasosa. Per tant, el material també ha de ser resistent a la seva acció, és a dir, resistent a la calor. Així, la caracterització dels aliatges que s'utilitzen a temperatures significatives ha d'incloure ambdós conceptes. Només així aquests acers proporcionaran la vida útil necessària per a peces, eines i altres elements estructurals.

Característiques de l'acer resistent a la calor

En els casos en què la temperatura assoleix valors elevats, es requereix l'ús d'aliatges que no s'esfondran i sucumbin a la deformació. En aquest cas, s'utilitzen aliatges resistents a la calor. La temperatura de funcionament d'aquests materials és superior a 500ºС. Els punts importants que caracteritzen aquests acers són el límit de resistència elevat, la plasticitat, que persisteix durant molt de temps, així com l'estabilitat de relaxació. Hi ha una sèrie d'elements que poden augmentar significativament la resistència a les altes temperatures: cob alt, tungstè, molibdè. El crom també és un component necessari. No afecta tant la força sinó que augmenta la resistència a l'escala. El crom també prevé els processos de corrosió. Una altra característica important dels aliatges d'aquest tipus és la fluència lenta.

Classificació dels acers resistents a la calor per estructura

Els aliatges resistents a la calor i resistents a la calor són de la classe ferrítica, martensítiques, austenítiques i amb una estructura ferrítico-martensítica. Els primers contenen aproximadament un 30% de crom. Després d'un processament especial, l'estructura esdevé de gra fi. Si la temperatura d'escalfament supera els 850ºС, els gransaugmenten i aquests materials resistents a la calor es tornen trencadissos. La classe martensítica es caracteritza pel següent contingut de crom: del 4% al 12%. El níquel, el tungstè i altres elements també poden estar presents en petites quantitats. Les parts de les turbines i les vàlvules dels automòbils es fabriquen amb ells. Els acers que tenen martensita i ferrita a la seva estructura són adequats per al funcionament a altes temperatures constants i un funcionament a llarg termini. El contingut de crom arriba al 14%. L'austenita s'obté introduint níquel en aliatges resistents a la calor. Els acers amb una estructura similar tenen molts graus.

Aliatges a base de níquel

El níquel té una sèrie de propietats útils. Té un efecte positiu en la treballabilitat de l'acer (tant en calent com en fred). Si una peça o eina està dissenyada per funcionar en un entorn agressiu, aleshores l'aliatge amb aquest element augmenta significativament la resistència a la corrosió. Els materials resistents a la calor a base de níquel es divideixen en els grups següents: resistents a la calor i realment resistents a la calor. Aquest últim també hauria de tenir característiques mínimes de resistència a la calor. Les temperatures de treball arriben als 1200ºС. A més, s'afegeix crom o titani. De manera característica, els acers aliats amb níquel tenen una petita quantitat d'impureses com bari, magnesi, bor, de manera que els límits de gra estan més reforçats. Els aliatges resistents a la calor d'aquest tipus es produeixen en forma de forja i productes laminats. També és possible colar peces. La seva principal àrea d'aplicació és la fabricació d'elements de turbines de gas. Els aliatges resistents a la calor a base de níquel contenen fins a un 30% de crom. Es presten prou bé per estampar, soldar. A més, la resistència a l'escala és a un nivell alt. Això fa possible utilitzar-los en sistemes de gasoductes.

Acer d'aliatge de titani resistent a la calor

El titani s'introdueix en una petita quantitat (fins a un 0,3%). En aquest cas, augmenta la resistència de l'aliatge. Si el seu contingut és molt superior, algunes propietats mecàniques es deterioren (duresa, resistència). Però la plasticitat augmenta. Això facilita el processament de l'acer. Amb la introducció del titani juntament amb altres components, és possible millorar significativament les característiques de resistència a la calor. Si cal treballar en un entorn agressiu (especialment quan el disseny implica soldadura), aleshores es justifica l'aliatge amb aquest element químic.

Aliatges de cob alt

Una gran quantitat de cob alt (fins a un 80%) es destina a la producció de materials com ara aliatges resistents a la calor i a la calor, ja que rarament s'utilitza en la seva forma pura. La seva introducció augmenta la plasticitat, així com la resistència quan es treballa a altes temperatures. I com més alt sigui, més gran serà la quantitat de cob alt introduïda a l'aliatge. En algunes marques, el seu contingut arriba al 30%. Un altre tret característic d'aquests acers és la millora de les propietats magnètiques. Tanmateix, a causa de l' alt cost del cob alt, el seu ús és força limitat.

Influència del molibdè en aliatges resistents a la calor

Aquest element químic afecta significativament la resistència del material a altes temperatures.

És especialment efectiu quan s'utilitza juntament amb altres elements. Augmenta significativament la duresa de l'acer (ja en un contingut del 0,3%). La resistència a la tracció també augmenta. Una altra característica positiva que tenen els aliatges resistents a la calor aliats amb molibdè és un alt grau de resistència als processos oxidatius. El molibdè contribueix a la mòlta del gra. El desavantatge és la dificultat de soldar.

Altres acers i aliatges especials

Per realitzar determinades tasques calen materials que tinguin certes propietats. Així, podem parlar de l'ús d'aliatges especials, que poden ser tant aliats com de carboni. En aquest últim, s'aconsegueix el conjunt de característiques requerides pel fet que la fabricació d'aliatges i el seu processament es realitza mitjançant una tecnologia especial. Fins i tot els aliatges especials i els acers es divideixen en estructurals i eines. Entre les principals tasques d'aquest tipus de materials es poden distingir les següents: resistència als processos de corrosió i desgast, capacitat de treballar en un entorn agressiu i característiques mecàniques millorades. Aquesta categoria inclou tant acers i aliatges resistents a la calor amb altes temperatures de funcionament, com acers criogènics que poden suportar fins a -296ºС.

Acer per a eines

S'utilitza acer especial per a eines en la producció d'eines. A causa del fet que les seves condicions de treball són diferents, els materials també es seleccionen individualment. Atès que els requisits per a les eines són bastant alts, les característiques dels aliatges per als seusla producció és adequada: han d'estar lliures d'impureses de tercers, inclusions, el procés de desoxidació es realitza bé i l'estructura és homogènia. És molt important que els instruments de mesura tinguin paràmetres estables i resisteixin el desgast. Si parlem d'eines de tall, funcionen a temperatures elevades (hi ha escalfament de la vora), fricció constant i deformació. Per tant, és molt important que mantinguin la seva duresa primària quan s'escalfen. Un altre tipus d'acer per a eines és l'acer d' alta velocitat. Bàsicament, està dopat amb tungstè. La duresa es manté fins a una temperatura d'uns 600ºС. També hi ha acers de matriu. Estan dissenyats tant per a la conformació en calent com en fred.

Aplicacions especials d'aliatges

Les indústries que utilitzen aliatges amb característiques especials són moltes. A causa de les seves qualitats millorades, són indispensables en l'enginyeria mecànica, la construcció i la indústria petroliera. Els aliatges resistents a la calor i a la calor s'utilitzen en la fabricació de peces de turbines, peces de recanvi per a cotxes. Els acers que tenen característiques anticorrosives elevades són indispensables per a la producció de canonades, agulles de carburador, discos i diversos elements de la indústria química. Carrils de ferrocarril, galledes, vies per a vehicles: els acers resistents al desgast són la base de tot això. En la producció massiva de cargols, femelles i altres peces similars, s'utilitzen aliatges automàtics. Els ressorts han de ser prou elàstics i resistents al desgast. Aixo es perquéEl material per a ells és acer de molla. Per millorar aquesta qualitat, s'alien addicionalment amb crom, molibdè. Tots els aliatges i acers especials amb un conjunt de característiques específiques poden reduir el cost de les peces on abans s'utilitzaven metalls no fèrrics.