Влиянието на сплавни елементи върху свойствата на стоманата. Основни легиращи елементи
Влиянието на сплавните елементи върху свойствата на стоманата е много голямо. Компетентно използване на различни добавки, можете да получите много различен материал, с различни свойства. Но за да се използват успешно легиращи елементи, е необходимо да се знае какво е то, как работят и как се наричат.
Общо описание на веществата
Така, както вече споменахме, влиянието на легиращите елементи върху свойствата на стоманата е голямо. Какви са тези елементи? Това са вещества, които се въвеждат в структурата на стоманата и влияят на нейните физични и химични характеристики. Материалът, който се получава в резултат на такава намеса, се нарича легиран. Самият процес е технологична процедура, чиято основна задача е да подобри или промени първоначалните характеристики на суровините. Благодарение на тази процедура е възможно да се променят всички свойства на стоманата, което я прави подходяща за използване в почти всяка област на дейност.
Легиращи елементи от първи ред
Естествено, има няколко групи вещества, които могат да окажат влияние върху материала. В зависимост от степента на употреба и значение, съществуват основни и помощни реагенти. Ефектът на сплавните елементи върху свойствата на стоманата от основната група е много голям.
Най-често срещаният е въглеродът. Въпреки че се използва в почти всяка процедура, неговият ефект не е напълно недвусмислен. От една страна, съдържанието на тази субстанция в структурата от около 1,2% подобрява качества като якост, твърдост и студена крехкост. Но с нарастването на тези свойства други се влошават, например, топлинната проводимост и плътността на суровината. Освен това, дори тези показатели не се считат за основни. Подобно на въвеждането на каквото и да е друго вещество, добавянето на въглерод към стоманата се придружава от специфична операция. И тук идва важната разлика. В резултат на тази процедура не всички реактиви са в състояние да запазят своите компоненти в първоначалната си форма, някои просто се губят. Въглеродът от своя страна е напълно запазен. С други думи, по време на процедурата операторите имат способността да контролират и регулират изцяло количественото съдържание на това вещество в структурата.
Други вещества от първата група
Въглеродът не е единственият легиращ елемент, който влияе силно върху свойствата на стоманата. Основната категория включва също силиций и манган. Въпреки че заслужава да се отбележи, че например добавянето на силиций е винаги много минимално, около 0,4%, и този реагент не прави никакви специални промени в структурата. Използва се като основно окислително и свързващо вещество. С други думи, тези компоненти са връзката, която ви позволява да добавяте други важни компоненти към стоманата по такъв начин, че да се получи кохерентна и солидна структура.
Елементи от втори ред
Броят на веществата в тази група е много по-голям. Влиянието на легиращите елементи върху структурата на стоманата от тази група може да бъде много разнообразно. Едно от най-използваните вещества беше молибден. Най-често тази добавка се използва в хромови стомани. Въвеждането на тази добавка оказва значително влияние върху две характеристики на стоманата - увеличаване на способността за закаляване, както и значително намаляване на прага на студ. Най-често стоманата, съдържаща молибден, се използва от строителната индустрия. Освен това, той произвежда молибденови компоненти. Тези вещества се считат за много ефективни, тъй като когато се добавят към материала, те гарантират както динамичната, така и статичната якост на суровините. В същото време, тези компоненти значително намаляват вероятността от вътрешно окисление.
Друг представител на втората категория легиращи компоненти е титан. Използването на тази добавка е доста ограничено и се използва само в двойка с хромо-манганови сплави. В такива случаи титанът допринася за смилането на структурни зърна в този материал. Съдържанието на сплавни елементи, като например калций и олово, например, допринася за факта, че процесът на рязане на стомана ще бъде много по-лесен. Затова те се използват само в тези метални заготовки, които след производството трябва да бъдат нарязани на няколко части.
Класификация на реактивите
Трябва да се каже, че в допълнение към условното разделение в две категории, като основни и допълнителни елементи, има по-точна класификация. Например, това може да се дължи на такъв знак като степента на механично въздействие върху структурата на веществото. Според тази функция всички елементи могат да бъдат разделени в три групи:
- влиянието на елементите, в резултат на които се образуват карбиди;
- елементи, които имат полиморфен ефект върху стоманата;
- елементи, въвеждането на които образува интерметални съединения.
Много важно е обаче да се отбележи, че въздействието на реактивите от всяка категория от този клас ще зависи и от това кои добавки от трети страни ще присъстват в сплавта. В допълнение, ако се вникнете в класификацията на сплавни елементи в сплави, си струва да се каже, че степента на полиморфно влияние може да се раздели на няколко групи според естеството на тяхното въздействие върху материала.
Общо описание на подобренията чрез допинг
Общо казано, има няколко категории, чрез които всички сплавни елементи могат да бъдат разделени. Някои от тях значително ще повлияят на механичните качества на материала, подобрявайки неговия технически ресурс. Такива показатели като якост, твърдост, пластичност или закаляемост най-често се подобряват. Друга посока, повлияна от тези елементи, са защитните свойства. Сплав стомана се различава от обичайните в това, че е много по-добре издържат на удари, тя има много по-висока червена устойчивост, повишена устойчивост на топлина, а също и подобрена устойчивост на корозия.
Някои области на човешката дейност изискват подобряването на такива качества на металите, които могат да бъдат приписани на електрохимиката. Ако трябва да се подобри този компонент, то най-често се фокусира върху увеличаване на електрическата и топлинната проводимост, повишаване на устойчивостта на окисляване на веществата.
Вредни добавки
Естествено, всеки процес е придружен и от отрицателна страна. За легирани стомани, такава страна е появата на фосфор и сяра, които също принадлежат към легиращи реагенти. Въпреки това, те се опитват да се отърват от тях, а не да добавят към структурата. Например, наличието на фосфор в състава на желязото ще остане дори и след като целият процес на допинг е преминал. А взаимодействието на тези два компонента води до крехкост на стоманените зърна. В резултат на това продуктът ще има по-ниска якост, както и повишена крехкост. Въпреки че си струва да се отбележи, че ако се комбинират елементите на фосфора и въглерода, процесът на отделяне на чип ще бъде подобрен, което ще помогне в бъдеще по-лесно да се обработи стоманата. Следователно минималното съдържание на фосфор все още присъства в сплавта.
От основните легиращи елементи, които се считат за вредни, втората е сяра. Заслужава да се отбележи, че съдържанието на този примес е дори по-лошо от фосфора. В частност, това се дължи на факта, че сярата издържа на метална устойчивост на външни натоварвания. Това означава, че присъствието на този реагент в състава на стоманата ще го направи по-малко устойчив на корозия, значително ще повиши износването и ще намали устойчивостта на метална умора.
Как е допингът
Най-често процесът на допинг се осъществява в металургичната индустрия. В разтопената маса или смес се добавя необходимото количество от тези вещества, които са описани по-горе. В резултат на следващите топлинна обработка процесът на комбиниране на отделни реагенти в твърда структура и някои деформации. По този начин се подобрява качеството на сплавта.
Подробно описание на елементите
След това ще бъде представено по-подробно описание на легиращите елементи.
| Наименованието на легиращия елемент | Сплавни свойства |
| хром | Наличието на това вещество в състава на сплавта увеличава неговата якост и твърдост, но пластичността донякъде намалява. Засяга увеличаването на такива характеристики като устойчивост на корозия. Ако добавите повече от 13% хром в структурата, материалът ще попадне в групата на неръждаемите стомани. |
никел | Въвеждането на този компонент също влияе върху повишаването на корозионната устойчивост. Увеличава се якостта и пластичността на суровините. Степента на закаляемост се увеличава, а коефициентът на топлинно разширение също се променя. |
| волфрам | Добавката под формата на волфрам дава тласък на образуването на вещества като карбиди. Тези елементи влияят силно върху свойствата на твърдост и твърдост на червеното. В допълнение, елиминира процеса на растеж на зърно по време на нагряване, а също и премахва крехкостта, която се появява по време на освобождаването на продукта. |
| ванадий | Както и хром, увеличава силата и твърдостта, но не причинява влошаване на еластичността. Смила зърното. усилва плътност на стоманата тъй като действа като окислител. |
| силиций | Ако в състава на стоманата е въведено повече от 1% силиций, това значително ще повиши якостта и ще запази вискозитета на материала. Също така с увеличаване на процента на реагент ще се увеличи електрическото съпротивление. |
| манган | Ефектът на мангана върху свойствата на стоманата ще се прояви само ако съдържанието му също е 1% или повече. Твърдостта и износоустойчивостта ще се увеличат, ще се увеличи устойчивостта на ударни натоварвания. В този случай пластичността на материала ще остане същата. |
| кобалт | Допринася за подобряване на топлоустойчивостта и магнитните свойства на суровините. |
| молибден | Подобрява характеристиките като зачервяване, устойчивост и крайната сила Освен това, той повишава устойчивостта на окисление при повишени температури. |
| Титан | Подобрява здравината и плътността на стоманата. |
| ниобий | Добавянето на ниобий повишава устойчивостта на окисление. |
| алуминий | Допринася за смилането на зърно. |
| мед | Използва се за стоманени конструкции. Подобрява устойчивостта на корозия. |
| цирконий | Въвеждането на цирконий раздробява зърното и също така позволява да се получи материал с предварително определен размер на зърната в резултат на обработката. |
Струва си да добавим, че има обозначение на легиращи елементи, което служи така, че да можете бързо да разберете кои вещества са използвани за подобряване на структурата.
Какво се случва с въвеждането на реагенти?
Не мислете, че добавянето на такива вещества не засяга взаимодействието им един с друг. Колкото повече различни вещества за допинг се въвеждат, толкова по-трудно става този процес. Въвеждането на нови елементи създава нови фази, променя процеса на топлинна обработка, води до създаване на нови структурни компоненти. Също така тук си струва да се отбележи, че всички елементи са в различни позиции. Някои са в свободно състояние (мед, олово), някои формират интерметални съединения - метал-метал и др.
Мартензитни стомани
Има един вид стомана, която се нарича мартензитна. Въвеждането на някои легиращи елементи в състава на такъв материал ще има доста негативен ефект. Например, манган, молибден или хром ще намалят мартензитната точка на нагряване и също ще допринесат за увеличаване на аустенитния остатък. Тези качества ще окажат неблагоприятно влияние върху крайното качество на материала след закаляване.
Освобождаване на суровини
Наличието на сплавни елементи също ще остави своя отпечатък върху освобождаването на стомана. Голямо количество реагенти ще намали скоростта на превръщане и ще повишат температурата, необходима за превръщането. Поради тази причина всички сплавени сплави се освобождават при температура от 100-150 градуса по-висока от нормалната.
резюмиране
Процесът на легиране е сложен технологичен процес, който се използва за подобряване или промяна на първоначалните характеристики на стоманата. По време на тази процедура се използват основните легиращи елементи или незначителни. Реагентите от двете групи могат да се използват едновременно. Струва си да се припомни, че добавянето на някои елементи не само ще подобри някои характеристики, но и ще влоши другите. Следователно, преди да пристъпите към този процес, е необходимо да извършите задълбочени изчисления. За да се изпълни тази задача, в заводите и заводите, които определят състава за всяка марка стомана, има технолози, както и точно определяне на количеството, което трябва да се добави към масата, за да се постигне желания ефект.