Untereutektoider Stahl: Struktur, Eigenschaften, Herstellung und Anwendung

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

Die Verwendung von Kohlenstoffstählen ist im Bauwesen und in der Industrie weit verbreitet. Die Gruppe der sogenannten technischen Eisen hat viele Vorteile, die zu einer Leistungssteigerung der Endprodukte und Strukturen führen. Neben optimalen Festigkeits- und Belastbarkeitseigenschaften zeichnen sich diese Legierungen auch durch flexible dynamische Eigenschaften aus. Besonders untereutektoider Stahl, der auch einen erheblichen Anteil an Kohlenstoffmischungen enthält, wird wegen seiner hohen Duktilität geschätzt. Aber das sind noch nicht alle Vorteile dieser Sorte von hochfestem Eisen.

Allgemeines zur Legierung

Ein charakteristisches Merkmal von Stahl ist das Vorhandensein von speziellen legierten Verunreinigungen und Kohlenstoff in der Struktur. Tatsächlich wird die untereutektoide Legierung durch den Kohlenstoffgeh alt bestimmt. Hier ist es wichtig, zwischen klassischen eutektoiden und ledeburitischen Stählen zu unterscheiden, die viele Gemeinsamkeiten mit der beschriebenen Art des technischen Eisens haben. Wenn wir die Strukturklasse von Stahl betrachten, bezieht sich die untereutektoide Legierung auf Eutektoide, die jedoch legierte Ferrite und Perlite enth alten. Der grundlegende Unterschied zu Übereutektoiden ist der Kohlenstoffgeh alt unter 0,8 %. Dies übertreffenIndikator erlaubt es uns, Stahl als vollwertige Eutektoide zu klassifizieren. Das Gegenstück zum untereutektoiden ist gewissermaßen der übereutektoide Stahl, der neben Perlit auch sekundäre Verunreinigungen durch Karbide enthält. Somit gibt es zwei Hauptfaktoren, die es ermöglichen, untereutektoide Legierungen von der allgemeinen Gruppe der Eutektoiden zu unterscheiden. Erstens ist dies ein relativ geringer Kohlenstoffgeh alt, und zweitens handelt es sich um eine spezielle Gruppe von Verunreinigungen, deren Basis Ferrit ist.

Produktionstechnik

Der allgemeine technologische Prozess zur Herstellung von untereutektoidem Stahl ähnelt der Herstellung anderer Legierungen. Das heißt, es werden ungefähr die gleichen Techniken verwendet, aber in unterschiedlichen Konfigurationen. Untereutektoider Stahl erfordert besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Erzielung seiner spezifischen Struktur. Dazu wird eine Technologie eingesetzt, die die Zersetzung von Austenit vor dem Hintergrund der Abkühlung sicherstellt. Austenit wiederum ist eine kombinierte Mischung, die denselben Ferrit und Perlit enthält. Durch Regulierung der Heiz- und Kühlintensität können Technologen die Verteilung dieses Additivs steuern, was sich letztendlich auf die Bildung bestimmter Leistungseigenschaften des Materials auswirkt.

Der durch Perlit bereitgestellte Kohlenstoff bleibt jedoch gleich. Obwohl ein anschließendes Glühen die Bildung der Mikrostruktur korrigieren kann, liegt der Kohlenstoffgeh alt im Bereich von 0,8 %. Eine obligatorische Phase im Prozess der Stahlkonstruktionsbildung ist die Normalisierung. Dieses Verfahren wird zur fraktionierten Optimierung von Körnern derselben benötigtAustenit. Mit anderen Worten, Ferrit- und Perlitpartikel werden auf eine optimale Größe reduziert, was die technische und physikalische Leistung des Stahls weiter verbessert. Das ist ein komplexer Prozess, bei dem viel von der Qualität der Heizungsregelung abhängt. Wenn das Temperaturregime überschritten wird, kann durchaus der gegenteilige Effekt erzielt werden - eine Zunahme der Austenitkörner.

Stahlglühen

Der Einsatz mehrerer Glühverfahren wird praktiziert. Es gibt einen grundlegenden Unterschied zwischen Voll- und Teilglühtechniken. Im ersten Fall wird der Austenit intensiv auf eine kritische Temperatur erhitzt, danach erfolgt eine Normalisierung durch Abkühlung. Hier findet die Zersetzung von Austenit statt. In der Regel wird das Vollglühen von Stählen im Modus von 700-800 °C durchgeführt. Eine Wärmebehandlung auf dieser Ebene aktiviert nur die Zerfallsprozesse von Ferritelementen. Auch die Abkühlgeschwindigkeit kann eingestellt werden, beispielsweise kann das Ofenpersonal die Kammertür durch Schließen oder Öffnen bedienen. Die neuesten Modelle von isothermischen Öfen im automatischen Modus können eine langsame Abkühlung gemäß einem vorgegebenen Programm durchführen.

Unvollständiges Glühen wird durch Erhitzen auf eine Temperatur über 800 °C erzeugt. Es gibt jedoch ernsthafte Beschränkungen hinsichtlich der Zeit zum H alten des Effekts der kritischen Temperatur. Aus diesem Grund kommt es zu einer unvollständigen Ausheilung, wodurch der Ferrit nicht verschwindet. Folglich werden viele Mängel in der Struktur des zukünftigen Materials nicht beseitigt. Warum ist ein solches Glühen von Stählen notwendig, wenn es die physikalische Beschaffenheit nicht verbessert?Qualität? Tatsächlich ist es eine unvollständige Wärmebehandlung, die es Ihnen ermöglicht, eine weiche Struktur beizubeh alten. Das Endmaterial ist möglicherweise nicht in jeder Anwendung erforderlich, die für Kohlenstoffstähle an sich spezifisch ist, ermöglicht jedoch eine einfache Bearbeitung. Die weiche pro-eutektoide Legierung ist leicht zu schneiden und kostengünstiger in der Herstellung.

Legierungsnormalisierung

Nach dem Brennen kommen Verfahren der erhöhten Wärmebehandlung an die Reihe. Es gibt Normalisierungs- und Erwärmungsvorgänge. In beiden Fällen handelt es sich um eine thermische Einwirkung auf das Werkstück, bei der die Temperatur 1000 °C überschreiten kann. Die Normalisierung von untereutektoiden Stählen an sich erfolgt jedoch nach Abschluss der Wärmebehandlung. In diesem Stadium beginnt die Abkühlung unter ruhenden Luftbedingungen, bei der bis zur vollständigen Bildung von feinkörnigem Austenit freigelegt wird. Das heißt, das Erhitzen ist eine Art vorbereitender Vorgang, bevor die Legierung in einen normalisierten Zustand gebracht wird. Wenn wir von spezifischen strukturellen Veränderungen sprechen, äußern sie sich meistens in einer Abnahme der Größe von Ferrit und Perlit sowie in einer Zunahme ihrer Härte. Die Festigkeitseigenschaften der Partikel werden gegenüber Glühverfahren erhöht.

Nach der Normalisierung kann ein weiteres Langzeitbelichtungs-Erwärmungsverfahren folgen. Das Werkstück wird dann gekühlt, und dieser Schritt kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden. Der endgültige untereutektoide Stahl wird entweder in Luft oder in erh altenÖfen mit langsamer Abkühlung. Wie die Praxis zeigt, wird die hochwertigste Legierung mit der vollen Technologie der Normalisierung gebildet.

Einfluss der Temperatur auf das Gefüge der Legierung

Der Eingriff der Temperatur in den Prozess der Bildung der Stahlkonstruktion beginnt ab dem Moment der Umwandlung der Ferrit-Zementit-Masse in Austenit. Mit anderen Worten, Perlit geht in einen Zustand einer funktionellen Mischung über, die teilweise zur Grundlage für die Bildung von hochfestem Stahl wird. In der nächsten Stufe der thermischen Behandlung wird der gehärtete Stahl von überschüssigem Ferrit befreit. Wie bereits erwähnt, wird es nicht immer vollständig eliminiert, wie im Fall des unvollständigen Glühens. Die klassische untereutektoide Legierung beinh altet jedoch immer noch die Eliminierung dieses Austenitanteils. In der nächsten Stufe wird die bestehende Zusammensetzung bereits optimiert mit der Erwartung, eine optimierte Struktur zu bilden. Das heißt, es gibt eine Abnahme der Partikel der Legierung mit dem Erwerb erhöhter Festigkeitseigenschaften.

Isothermische Umwandlung mit einer unterkühlten Mischung von Austeniten kann in verschiedenen Modi durchgeführt werden und das Temperaturniveau ist nur einer der vom Technologen kontrollierten Parameter. Auch variieren die Spitzenintervalle der Wärmeeinwirkung, die Abkühlgeschwindigkeit usw. Je nach gewähltem Normalisierungsmodus wird gehärteter Stahl mit bestimmten technischen und physikalischen Eigenschaften erh alten. Hier können auch spezielle Betriebseigenschaften eingestellt werden. Ein markantes Beispiel ist eine Legierung mit weichem Gefüge, die mit dem Ziel einer effizienten Weiterverarbeitung gewonnen wird. Aber meistensHersteller konzentrieren sich nach wie vor auf die Bedürfnisse des Endverbrauchers und seine Anforderungen an die wichtigsten technischen und betrieblichen Eigenschaften des Metalls.

Struktur aus Stahl

Der Normalisierungsmodus bei einer Temperatur von 700 °C bewirkt die Bildung einer Struktur, in der die Körner von Ferriten und Perliten die Basis bilden. Übrigens haben übereutektoide Stähle statt Ferrit Zementit im Gefüge. Bei Raumtemperatur wird im Normalzustand auch der Geh alt an überschüssigem Ferrit festgestellt, obwohl dieser Anteil mit zunehmendem Kohlenstoff minimiert wird. Es ist wichtig zu betonen, dass das Gefüge von Stahl zu einem geringen Teil vom Kohlenstoffgeh alt abhängt. Es beeinflusst praktisch nicht das Verh alten der Hauptkomponenten während der gleichen Erwärmung und fast alles davon ist in Perlit konzentriert. Perlit kann eigentlich zur Bestimmung des Geh alts an Kohlenstoffmischungen verwendet werden - in der Regel ist dies ein unbedeutender Wert.

Interessant ist noch eine weitere strukturelle Nuance. Tatsache ist, dass Perlit- und Ferritpartikel das gleiche spezifische Gewicht haben. Das bedeutet, dass Sie anhand des Anteils einer dieser Komponenten an der Gesamtmasse herausfinden können, welche Gesamtfläche sie einnimmt. Daher werden Schliffoberflächen untersucht. Je nachdem, wie der untereutektoide Stahl erhitzt wurde, bilden sich auch die Fraktionsparameter von Austenitpartikeln. Dies geschieht jedoch fast in einem individuellen Format mit der Bildung eindeutiger Werte - eine andere Sache ist, dass die Grenzwerte für verschiedene Indikatoren Standard bleiben.

Eigenschaften von untereutektoidem Stahl

Dieses Metall gehört dazuzu kohlenstoffarmen Stählen, daher sollten Sie keine besonderen Leistungen von ihm erwarten. Es genügt zu sagen, dass diese Legierung in Bezug auf die Festigkeitseigenschaften Eutektoiden deutlich unterlegen ist. Dies ist auf Unterschiede in der Struktur zurückzuführen. Tatsache ist, dass die untereutektoide Stahlklasse mit dem Geh alt an überschüssigen Ferriten eine geringere Festigkeit aufweist als Analoga mit Zementit im Struktursatz. Teilweise aus diesem Grund empfehlen Technologen die Verwendung von Legierungen für die Bauindustrie, bei deren Herstellung der Brennvorgang mit der Verdrängung von Ferriten maximal durchgeführt wurde.

Wenn wir über die positiven außergewöhnlichen Eigenschaften dieses Materials sprechen, dann sind dies Plastizität, Widerstandsfähigkeit gegen natürliche biologische Zerstörungsprozesse usw. Gleichzeitig kann das Härten von untereutektoiden Stählen eine Reihe zusätzlicher Eigenschaften hinzufügen Metall. Dies kann beispielsweise sowohl eine erhöhte Wärmebeständigkeit als auch das Fehlen einer Neigung zu Korrosionsprozessen sein, sowie eine ganze Reihe von Schutzeigenschaften, die konventionellen kohlenstoffarmen Legierungen innewohnen.

Anwendungsbereiche

Trotz einer leichten Abnahme der Festigkeitseigenschaften aufgrund der Zugehörigkeit des Metalls zur Klasse der ferritischen Stähle ist dieser Werkstoff in verschiedenen Bereichen verbreitet. Beispielsweise werden im Maschinenbau Teile aus untereutektoiden Stählen verwendet. Eine andere Sache ist, dass hochwertige Legierungen verwendet werden, bei deren Herstellung fortschrittliche Technologien zum Brennen und Normalisieren verwendet wurden. Auch das Gefüge von untereutektoidem Stahl mit reduziertem Ferritgeh alt ist durchaus gegebenermöglicht die Verwendung von Metall bei der Herstellung von Baukonstruktionen. Darüber hinaus können Sie aufgrund der erschwinglichen Kosten einiger Stahlsorten dieser Art mit erheblichen Einsparungen rechnen. Manchmal ist bei der Herstellung von Baustoffen und Stahlmodulen gar keine erhöhte Festigkeit erforderlich, aber Verschleißfestigkeit und Elastizität sind erforderlich. In solchen Fällen ist der Einsatz untereutektoider Legierungen gerechtfertigt.

Produktion

Viele Unternehmen beschäftigen sich mit der Herstellung, Aufbereitung und Produktion von untereutektoidem Metall in Russland. Beispielsweise produziert das Uraler Nichteisenmetallwerk (UZTSM) mehrere Stahlsorten dieser Art gleichzeitig, die dem Verbraucher unterschiedliche technische und physikalische Eigenschaften bieten. Das Ural Steel Plant produziert ferritische Stähle, die hochwertige legierte Komponenten enth alten. Darüber hinaus sind spezielle Legierungsmodifikationen im Sortiment erhältlich, darunter hitzebeständige, hochverchromte und rostfreie Metalle.

Metalloinvest kann auch unter den größten Produzenten herausgegriffen werden. In den Anlagen dieses Unternehmens werden Baustähle mit untereutektoidem Gefüge hergestellt, die für den Einsatz im Bauwesen bestimmt sind. Derzeit arbeitet das Stahlwerk des Unternehmens nach neuen Standards, die es ermöglichen, den Schwachpunkt von Ferritlegierungen - den Festigkeitsindikator - zu verbessern. Die Technologen des Unternehmens arbeiten insbesondere daran, den Spannungsintensitätsfaktor zu erhöhen, um die Schlagfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit des Materials zu optimieren. Dadurch können wir nahezu universelle Legierungen anbieten.

Schlussfolgerung

Es gibt mehrere technische und betriebliche Eigenschaften von Industrie- und Baumetallen, die als grundlegend gelten und regelmäßig verbessert werden. Mit komplexer werdenden Konstruktionen und technologischen Prozessen ergeben sich jedoch auch neue Anforderungen an die Elementbasis. In dieser Hinsicht manifestiert sich deutlich untereutektoider Stahl, in dem sich unterschiedliche Leistungsqualitäten konzentrieren. Die Verwendung dieses Metalls ist nicht in Fällen gerechtfertigt, in denen ein Teil mit mehreren Ultrahochleistungen benötigt wird, sondern in Situationen, in denen spezielle atypische Sätze mit unterschiedlichen Eigenschaften erforderlich sind. In diesem Fall veranschaulicht das Metall die Kombination aus Flexibilität und Duktilität mit optimaler Schlagfestigkeit und den grundlegenden Schutzeigenschaften, die in den meisten Kohlenstofflegierungen zu finden sind.