Hitzebeständige Legierungen. Sonderstähle und Legierungen. Herstellung und Verwendung von hitzebeständigen Legierungen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Stahl ist aus der modernen Industrie nicht mehr wegzudenken. Wir begegnen ihm an fast jeder Ecke. Durch die Einführung verschiedener chemischer Elemente in seine Zusammensetzung können die mechanischen und betrieblichen Eigenschaften erheblich verbessert werden.

Was ist Stahl

Stahl ist eine Legierung, die Kohlenstoff und Eisen enthält. Außerdem kann eine solche Legierung (Foto unten) Verunreinigungen anderer chemischer Elemente aufweisen.

Es gibt mehrere Strukturzustände. Wenn der Kohlenstoffgeh alt im Bereich von 0,025–0,8 % liegt, werden diese Stähle als untereutektoid bezeichnet und haben Perlit und Ferrit in ihrer Struktur. Ist der Stahl übereutektoid, können Perlit- und Zementitphasen beobachtet werden. Ein Merkmal der Ferritstruktur ist ihre hohe Plastizität. Zementit hat auch eine beträchtliche Härte. Perlite bilden beide vorherigen Phasen. Es kann eine körnige Form haben (Einschlüsse von Zementit befinden sich entlang der Ferritkörner, die eine runde Form haben) und lamellar (beide Phasen sehen aus wie Platten). Wenn Stahl über die Temperatur erhitzt wird, bei derEs treten polymorphe Modifikationen auf, das Gefüge ändert sich ins Austenitische. Diese Phase hat eine erhöhte Plastizität. Übersteigt der Kohlenstoffgeh alt 2,14 %, werden solche Werkstoffe und Legierungen als Gusseisen bezeichnet.

Stahlsorten

Stahl kann je nach Zusammensetzung kohlenstoffh altig und legiert sein. Der Kohlenstoffgeh alt von weniger als 0,25 % kennzeichnet Weichstahl. Wenn seine Menge 0,55 % erreicht, können wir von einer Legierung mit mittlerem Kohlenstoffgeh alt sprechen. Stahl, der mehr als 0,6 % Kohlenstoff in seiner Zusammensetzung enthält, wird als kohlenstoffreicher Stahl bezeichnet. Wenn die Technologie bei der Herstellung einer Legierung die Einführung bestimmter chemischer Elemente beinh altet, wird dieser Stahl als legiert bezeichnet. Die Einführung verschiedener Komponenten verändert seine Eigenschaften erheblich. Übersteigt ihre Anzahl 4 % nicht, handelt es sich um eine niedriglegierte Legierung. Mittellegierter und hochlegierter Stahl hat bis zu 11 % bzw. mehr als 12 % Einschlüsse. Je nach Einsatzgebiet von Stahllegierungen gibt es solche: Werkzeug-, Bau- und Sonderstähle und Legierungen.

Produktionstechnik

Das Schmelzen von Stahl ist ziemlich mühsam. Es umfasst mehrere Stufen. Zuallererst brauchen Sie Rohstoffe - Eisenerz. In der ersten Stufe wird auf eine bestimmte Temperatur erhitzt. In diesem Fall treten oxidative Prozesse auf. In der zweiten Stufe wird die Temperatur viel höher. Intensiver sind die Prozesse der Kohlenstoffoxidation. Eine zusätzliche Anreicherung der Legierung mit Sauerstoff ist möglich. Unnötige Verunreinigungen werden entferntSchlacke. Im nächsten Schritt wird dem Stahl Sauerstoff entzogen, da dieser die mechanischen Eigenschaften deutlich herabsetzt. Dies kann diffundierend oder präzipitierend erfolgen. Wenn der Desoxidationsprozess nicht stattfindet, wird der resultierende Stahl als kochender Stahl bezeichnet. Ruhige Legierung gibt keine Gase ab, Sauerstoff wird vollständig entfernt. Eine Zwischenstellung nehmen halbleise Stähle ein. Die Herstellung von Eisenlegierungen erfolgt in Herdöfen, Induktionsöfen, Sauerstoffkonvertern.

Legierung von Stahl

Um bestimmte Eigenschaften von Stahl zu erh alten, werden spezielle Legierungsstoffe in seine Zusammensetzung eingebracht. Die Hauptvorteile dieser Legierung sind eine erhöhte Beständigkeit gegen verschiedene Verformungen, die Zuverlässigkeit von Teilen und anderen Strukturelementen steigt erheblich. Das Härten reduziert den Prozentsatz von Rissen und anderen Defekten. Oft wird diese Methode der Sättigung mit verschiedenen Elementen verwendet, um Beständigkeit gegen chemische Korrosion zu verleihen. Aber es gibt auch eine Reihe von Nachteilen. Sie erfordern eine zusätzliche Verarbeitung, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Flocken ist hoch. Außerdem steigen auch die Materialkosten. Die häufigsten Legierungselemente sind Chrom, Nickel, Wolfram, Molybdän, Kob alt. Der Umfang ihrer Anwendung ist ziemlich groß. Dazu gehören der Maschinenbau, die Herstellung von Teilen für Pipelines, Kraftwerke, die Luftfahrt und vieles mehr.

Das Konzept der Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit

Das Konzept der Hitzebeständigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Metalls oder einer Legierung, alle seine Eigenschaften beizubeh alten, wenn es bei hohen Temperaturen arbeitet. In einer solchen Umgebung oftGaskorrosion wird beobachtet. Daher muss das Material auch beständig gegen seine Einwirkung sein, dh hitzebeständig sein. Daher muss die Charakterisierung von Legierungen, die bei signifikanten Temperaturen verwendet werden, diese beiden Konzepte beinh alten. Nur dann bieten solche Stähle die notwendige Lebensdauer für Teile, Werkzeuge und andere Konstruktionselemente.

Eigenschaften von hitzebeständigem Stahl

In Fällen, in denen die Temperatur hohe Werte erreicht, ist die Verwendung von Legierungen erforderlich, die nicht kollabieren und sich nicht verformen. In diesem Fall werden hitzebeständige Legierungen verwendet. Die Betriebstemperatur für solche Materialien liegt über 500 ° C. Wichtige Punkte, die solche Stähle charakterisieren, sind eine hohe Dauerfestigkeit, Plastizität, die lange anhält, sowie Relaxationsstabilität. Es gibt eine Reihe von Elementen, die die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen erheblich erhöhen können: Kob alt, Wolfram, Molybdän. Chrom ist ebenfalls eine erforderliche Komponente. Es beeinflusst nicht so sehr die Festigkeit, sondern erhöht die Zunderbeständigkeit. Chrom verhindert auch Korrosionsprozesse. Eine weitere wichtige Eigenschaft derartiger Legierungen ist das langsame Kriechen.

Einteilung hitzebeständiger Stähle nach Struktur

Hitzebeständige und hitzebeständige Legierungen gehören zur ferritischen Klasse, martensitisch, austenitisch und mit einem ferritisch-martensitischen Gefüge. Erstere enth alten etwa 30 % Chrom. Nach spezieller Bearbeitung wird die Struktur feinkörnig. Wenn die Heiztemperatur 850 ° C überschreitet, dann die Körnerzunehmen, und solche hitzebeständigen Materialien werden spröde. Die martensitische Klasse ist durch folgenden Chromgeh alt gekennzeichnet: von 4 % bis 12 %. Nickel, Wolfram und andere Elemente können ebenfalls in geringen Mengen vorhanden sein. Aus ihnen werden Teile von Turbinen und Ventilen in Automobilen hergestellt. Stähle, die Martensit und Ferrit in ihrem Gefüge aufweisen, eignen sich für den Betrieb bei konstant hohen Temperaturen und für den Langzeitbetrieb. Der Chromgeh alt erreicht 14 %. Austenit wird durch Einbringen von Nickel in hitzebeständige Legierungen gewonnen. Stähle mit ähnlicher Struktur haben viele Sorten.

Nickelbasislegierungen

Nickel hat eine Reihe nützlicher Eigenschaften. Es wirkt sich positiv auf die Bearbeitbarkeit von Stahl (sowohl heiß als auch k alt) aus. Wenn ein Teil oder Werkzeug für den Einsatz in einer aggressiven Umgebung ausgelegt ist, erhöht das Legieren mit diesem Element die Korrosionsbeständigkeit erheblich. Hitzebeständige Materialien auf Nickelbasis werden in folgende Gruppen eingeteilt: hitzebeständig und tatsächlich hitzebeständig. Letzteres sollte auch mindestens hitzebeständige Eigenschaften aufweisen. Arbeitstemperaturen erreichen 1200ºС. Zusätzlich wird Chrom oder Titan hinzugefügt. Mit Nickel legierte Stähle haben charakteristischerweise eine geringe Menge an Verunreinigungen wie Barium, Magnesium, Bor, sodass die Korngrenzen stärker verstärkt werden. Hitzebeständige Legierungen dieser Art werden in Form von Schmiedestücken und Walzprodukten hergestellt. Es ist auch möglich, Teile zu gießen. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Herstellung von Gasturbinenelementen. Hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis enth alten bis zu 30 % Chrom. Sie eignen sich gut genug zum Stanzen, Schweißen. Zudem liegt die Zunderbeständigkeit auf einem hohen Niveau. Dies ermöglicht den Einsatz in Gasleitungssystemen.

Hitzebeständiger Titanlegierungsstahl

Titan wird in geringer Menge (bis zu 0,3%) eingebracht. In diesem Fall erhöht es die Festigkeit der Legierung. Wenn sein Geh alt viel höher ist, verschlechtern sich einige mechanische Eigenschaften (Härte, Festigkeit). Aber die Plastizität nimmt zu. Dies erleichtert die Bearbeitung von Stahl. Durch die Einführung von Titan zusammen mit anderen Komponenten ist es möglich, die Hitzebeständigkeitseigenschaften deutlich zu verbessern. Wenn in einer aggressiven Umgebung gearbeitet werden muss (insbesondere wenn das Design Schweißen beinh altet), ist das Legieren mit diesem chemischen Element gerechtfertigt.

Kob altlegierungen

Eine große Menge Kob alt (bis zu 80%) geht in die Herstellung von Materialien wie hitzebeständigen und hitzebeständigen Legierungen, da es in seiner reinen Form selten verwendet wird. Seine Einführung erhöht die Plastizität sowie die Beständigkeit beim Arbeiten bei hohen Temperaturen. Und je höher er ist, desto mehr Kob alt wird in die Legierung eingebracht. Bei einigen Marken erreicht der Inh alt 30%. Ein weiteres charakteristisches Merkmal solcher Stähle ist die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften. Aufgrund der hohen Kosten von Kob alt ist seine Verwendung jedoch eher begrenzt.

Einfluss von Molybdän auf hitzebeständige Legierungen

Dieses chemische Element beeinflusst die Festigkeit des Materials bei hohen Temperaturen erheblich.

Es ist besonders effektiv, wenn es zusammen mit anderen Elementen verwendet wird. Es erhöht die Härte von Stahl deutlich (bereits bei einem Geh alt von 0,3 %). Auch die Zugfestigkeit steigt. Eine weitere positive Eigenschaft von mit Molybdän legierten hitzebeständigen Legierungen ist eine hohe Beständigkeit gegenüber oxidativen Prozessen. Molybdän trägt zum Mahlen von Getreide bei. Der Nachteil ist die Schwierigkeit beim Schweißen.

Andere Edelstähle und Legierungen

Um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, werden Materialien benötigt, die bestimmte Eigenschaften haben. Daher können wir über die Verwendung von speziellen Legierungen sprechen, die sowohl legiert als auch Kohlenstoff sein können. Bei letzterem werden die erforderlichen Eigenschaften dadurch erreicht, dass die Herstellung von Legierungen und ihre Verarbeitung mit einer speziellen Technologie erfolgt. Auch Sonderlegierungen und Stähle werden in Bau- und Werkzeugstahl unterteilt. Unter den Hauptaufgaben für diese Art von Materialien können die folgenden unterschieden werden: Beständigkeit gegen Korrosions- und Verschleißprozesse, die Fähigkeit, in einer aggressiven Umgebung zu arbeiten, und verbesserte mechanische Eigenschaften. Diese Kategorie umfasst sowohl hitzebeständige Stähle und Legierungen mit hohen Betriebstemperaturen als auch kryogene Stähle, die bis zu -296 °C standh alten können.

Werkzeugstahl

Sonderwerkzeugstahl wird bei der Herstellung von Werkzeugen verwendet. Aufgrund der unterschiedlichen Arbeitsbedingungen werden auch die Materialien individuell ausgewählt. Da die Anforderungen an Werkzeuge recht hoch sind, sind die Eigenschaften von Legierungen für ihreDie Herstellung ist angemessen: Sie müssen frei von Fremdverunreinigungen, Einschlüssen, der Desoxidationsprozess gut durchgeführt und das Gefüge homogen sein. Es ist sehr wichtig, dass Messgeräte stabile Parameter haben und verschleißfest sind. Wenn wir über Schneidwerkzeuge sprechen, dann arbeiten sie bei erhöhten Temperaturen (Erwärmung der Kante), konstanter Reibung und Verformung. Daher ist es sehr wichtig, dass sie beim Erhitzen ihre Primärhärte beibeh alten. Eine andere Art von Werkzeugstahl ist Schnellarbeitsstahl. Grundsätzlich ist es mit Wolfram dotiert. Die Härte bleibt bis zu einer Temperatur von etwa 600 ° C erh alten. Es gibt auch Gesenkstähle. Sie sind sowohl für die Warm- als auch für die K altumformung ausgelegt.

Spezielle Legierungsanwendungen

Es gibt viele Branchen, die Legierungen mit besonderen Eigenschaften verwenden. Aufgrund ihrer verbesserten Eigenschaften sind sie im Maschinenbau, im Bauwesen und in der Mineralölindustrie unverzichtbar. Hitzebeständige und hitzebeständige Legierungen werden bei der Herstellung von Turbinenteilen, Ersatzteilen für Autos verwendet. Stähle mit hohen Korrosionsschutzeigenschaften sind für die Herstellung von Rohren, Vergasernadeln, Scheiben und verschiedenen Elementen der chemischen Industrie unverzichtbar. Eisenbahnschienen, Kübel, Gleise für Fahrzeuge – verschleißfeste Stähle sind die Basis für all das. Bei der Massenproduktion von Schrauben, Muttern und anderen ähnlichen Teilen werden automatische Legierungen verwendet. Die Federn müssen ausreichend elastisch und verschleißfest sein. DeshalbMaterial für sie ist Federstahl. Um diese Qualität zu verbessern, werden sie zusätzlich mit Chrom, Molybdän legiert. Alle Sonderlegierungen und Stähle mit einer Reihe spezifischer Eigenschaften können die Kosten für Teile senken, bei denen bisher Nichteisenmetalle verwendet wurden.