Aloi zinazostahimili joto. Vyuma maalum na aloi. Uzalishaji na matumizi ya aloi zinazostahimili joto

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Sekta ya kisasa haiwezi kufikiria bila nyenzo kama vile chuma. Tunakutana nayo karibu kila zamu. Kwa kuanzisha vipengele mbalimbali vya kemikali katika muundo wake, sifa za kiufundi na uendeshaji zinaweza kuboreshwa kwa kiasi kikubwa.

Chuma ni nini

Chuma ni aloi ambayo ina kaboni na chuma. Pia, aloi kama hiyo (picha hapa chini) inaweza kuwa na uchafu wa vipengele vingine vya kemikali.

Kuna hali kadhaa za kimuundo. Ikiwa maudhui ya kaboni iko katika kiwango cha 0.025-0.8%, basi vyuma hivi vinaitwa hypoeutectoid na vina pearlite na ferrite katika muundo wao. Ikiwa chuma ni hypereutectoid, basi awamu za pearlitic na cementite zinaweza kuzingatiwa. Kipengele cha muundo wa ferrite ni plastiki yake ya juu. Cementite pia ina ugumu mkubwa. Perlite huunda awamu zote mbili zilizopita. Inaweza kuwa na sura ya punjepunje (inclusions ya cementite iko kando ya nafaka za ferrite, ambazo zina sura ya pande zote) na lamellar (awamu zote mbili zinaonekana kama sahani). Ikiwa chuma kinapokanzwa juu ya joto ambalomarekebisho ya polymorphic hutokea, muundo hubadilika kuwa austenitic. Awamu hii imeongeza plastiki. Ikiwa maudhui ya kaboni yanazidi 2.14%, basi nyenzo kama hizo na aloi huitwa chuma cha kutupwa.

Aina za chuma

Kulingana na muundo, chuma kinaweza kuwa kaboni na aloi. Maudhui ya kaboni chini ya 0.25% yana sifa ya chuma kidogo. Ikiwa kiasi chake kinafikia 0.55%, basi tunaweza kuzungumza juu ya aloi ya kati ya kaboni. Chuma, ambacho kina zaidi ya 0.6% ya kaboni katika muundo wake, inaitwa chuma cha juu cha kaboni. Ikiwa, katika mchakato wa kuzalisha alloy, teknolojia inahusisha kuanzishwa kwa vipengele maalum vya kemikali, basi chuma hiki kinaitwa alloyed. Kuanzishwa kwa vipengele mbalimbali kwa kiasi kikubwa hubadilisha mali zake. Ikiwa idadi yao haizidi 4%, basi alloy ni alloy ya chini. Chuma cha aloi ya kati na ya juu ina hadi 11% na zaidi ya 12% ya inclusions, kwa mtiririko huo. Kulingana na eneo ambalo aloi za chuma hutumiwa, kuna aina kama hizo: zana, miundo na chuma maalum na aloi.

Teknolojia ya utayarishaji

Mchakato wa kuyeyusha chuma ni kazi ngumu sana. Inajumuisha hatua kadhaa. Kwanza kabisa, unahitaji malighafi - ore ya chuma. Hatua ya kwanza inahusisha inapokanzwa kwa joto fulani. Katika kesi hii, michakato ya oksidi hufanyika. Katika hatua ya pili, hali ya joto inakuwa ya juu zaidi. Michakato ya oxidation ya kaboni ni kubwa zaidi. Uboreshaji wa ziada wa alloy na oksijeni inawezekana. Uchafu usio wa lazima huondolewa ndanislag. Hatua inayofuata ni kuondoa oksijeni kutoka kwa chuma, kwani inapunguza kwa kiasi kikubwa mali ya mitambo. Hii inaweza kufanywa kwa njia ya kueneza au ya mvua. Ikiwa mchakato wa deoxidation haufanyiki, basi chuma kilichopatikana kinaitwa chuma cha kuchemsha. Aloi ya utulivu haitoi gesi, oksijeni huondolewa kabisa. Nafasi ya kati inachukuliwa na vyuma vya nusu-tulivu. Uzalishaji wa aloi za chuma hufanyika katika sehemu ya wazi, tanuru za induction, vibadilishaji oksijeni.

Aloi ya chuma

Ili kupata sifa fulani za chuma, vitu maalum vya aloi huletwa katika muundo wake. Faida kuu za aloi hii ni kuongezeka kwa upinzani kwa deformations mbalimbali, kuaminika kwa sehemu na vipengele vingine vya kimuundo huongezeka kwa kiasi kikubwa. Ugumu hupunguza asilimia ya nyufa na kasoro nyingine. Mara nyingi njia hii ya kueneza na vipengele tofauti hutumiwa kutoa upinzani dhidi ya kutu ya kemikali. Lakini pia kuna idadi ya hasara. Wanahitaji usindikaji wa ziada, uwezekano wa kuonekana kwa flakes ni juu. Aidha, gharama ya nyenzo pia huongezeka. Vipengele vya kawaida vya alloying ni chromium, nickel, tungsten, molybdenum, cob alt. Upeo wa maombi yao ni kubwa kabisa. Hii inajumuisha uhandisi wa mitambo, na utengenezaji wa sehemu za mabomba, mitambo ya kuzalisha umeme, usafiri wa anga na mengine mengi.

Dhana ya kustahimili joto na ukinzani wa joto

Dhana ya kustahimili joto inarejelea uwezo wa chuma au aloi kuhifadhi sifa zake zote wakati wa kufanya kazi katika halijoto ya juu. Katika mazingira kama hayo, mara nyingikutu ya gesi huzingatiwa. Kwa hivyo, nyenzo lazima pia ziwe sugu kwa hatua yake, ambayo ni, sugu ya joto. Kwa hivyo, sifa za aloi ambazo hutumiwa kwa joto kubwa lazima zijumuishe dhana hizi zote mbili. Hapo ndipo vyuma kama hivyo vitatoa maisha ya huduma muhimu kwa sehemu, zana na vipengele vingine vya muundo.

Sifa za Chuma Kinachostahimili Joto

Katika hali ambapo halijoto inafikia viwango vya juu, matumizi ya aloi yanahitajika ambayo hayataanguka na kushindwa na deformation. Katika kesi hii, aloi zisizo na joto hutumiwa. Joto la uendeshaji kwa nyenzo kama hizo ni zaidi ya 500ºС. Mambo muhimu ambayo yana sifa ya vyuma vile ni kikomo cha juu cha uvumilivu, plastiki, ambayo hudumu kwa muda mrefu, pamoja na utulivu wa kupumzika. Kuna idadi ya vipengele ambavyo vinaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa upinzani dhidi ya joto la juu: cob alt, tungsten, molybdenum. Chromium pia ni kijenzi kinachohitajika. Haiathiri sana nguvu kwani huongeza upinzani wa kiwango. Chromium pia huzuia michakato ya kutu. Sifa nyingine muhimu ya aloi za aina hii ni kutambaa polepole.

Uainishaji wa vyuma vinavyostahimili joto kulingana na muundo

Aloi zinazostahimili joto na zinazostahimili joto ni za aina ya feri, martensitic, austenitic na zenye muundo wa feri-martensitic. Ya awali ina takriban 30% ya chromium. Baada ya usindikaji maalum, muundo unakuwa mzuri. Ikiwa joto la joto linazidi 850ºС, basi nafakakuongezeka, na nyenzo hizo zinazostahimili joto huwa brittle. Darasa la martensitic lina sifa ya maudhui yafuatayo ya chromium: kutoka 4% hadi 12%. Nickel, tungsten na vipengele vingine vinaweza pia kuwepo kwa kiasi kidogo. Sehemu za turbines na valves katika magari hufanywa kutoka kwao. Vyuma ambavyo vina martensite na ferrite katika muundo wao vinafaa kwa uendeshaji kwa joto la juu la mara kwa mara na uendeshaji wa muda mrefu. Maudhui ya chromium hufikia 14%. Austenite hupatikana kwa kuingiza nikeli kwenye aloi zinazostahimili joto. Vyuma vilivyo na muundo sawa vina alama nyingi.

Aloi za nikeli

Nickel ina idadi ya vipengele muhimu. Ina athari nzuri juu ya kazi ya chuma (yote moto na baridi). Ikiwa sehemu au chombo kimeundwa kufanya kazi katika mazingira ya fujo, basi aloi na kipengele hiki huongeza upinzani wa kutu. Nyenzo zinazokinza joto zenye nickel zimegawanywa katika vikundi vifuatavyo: sugu ya joto na kwa kweli sugu ya joto. Ya mwisho inapaswa pia kuwa na sifa za chini zinazostahimili joto. Joto la kufanya kazi hufikia 1200ºС. Zaidi ya hayo, chromium au titani huongezwa. Kwa tabia, vyuma vilivyounganishwa na nikeli vina kiasi kidogo cha uchafu kama vile bariamu, magnesiamu, boroni, hivyo mipaka ya nafaka inaimarishwa zaidi. Aloi zinazostahimili joto za aina hii hutolewa kwa njia ya kughushi na bidhaa zilizovingirishwa. Inawezekana pia kutengeneza sehemu. Eneo lao kuu la maombi ni utengenezaji wa vipengele vya turbine ya gesi. Aloi za nikeli zinazostahimili joto zina hadi 30% ya chromium. Wanajikopesha vya kutosha kukanyaga, kulehemu. Kwa kuongeza, upinzani wa kiwango ni katika kiwango cha juu. Hii inafanya uwezekano wa kuzitumia katika mifumo ya bomba la gesi.

Aloi ya titanium inayostahimili joto

Titanium inaletwa kwa kiasi kidogo (hadi 0.3%). Katika kesi hii, huongeza nguvu ya alloy. Ikiwa maudhui yake ni ya juu zaidi, basi baadhi ya mali za mitambo huharibika (ugumu, nguvu). Lakini plastiki huongezeka. Hii inawezesha usindikaji wa chuma. Kwa kuanzishwa kwa titani pamoja na vipengele vingine, inawezekana kuboresha kwa kiasi kikubwa sifa zinazostahimili joto. Ikiwa kuna haja ya kufanya kazi katika mazingira ya fujo (hasa wakati muundo unahusisha kulehemu), basi kuunganisha na kipengele hiki cha kemikali ni sawa.

Aloi za Cob alt

Kiasi kikubwa cha kob alti (hadi 80%) huenda kwa utengenezaji wa nyenzo kama vile aloi zinazostahimili joto na zinazostahimili joto, kwa sababu haitumiki katika umbo lake safi mara chache sana. Utangulizi wake huongeza plastiki, pamoja na upinzani wakati wa kufanya kazi kwa joto la juu. Na juu ni, juu ya kiasi cha cob alt kilicholetwa ndani ya alloy. Katika baadhi ya bidhaa, maudhui yake yanafikia 30%. Kipengele kingine cha sifa za chuma vile ni uboreshaji wa mali ya magnetic. Hata hivyo, kutokana na gharama kubwa ya cob alti, matumizi yake ni machache.

Athari ya molybdenum kwenye aloi zinazostahimili joto

Kipengele hiki cha kemikali huathiri kwa kiasi kikubwa uimara wa nyenzo kwenye halijoto ya juu.

Inafaa hasa inapotumiwa pamoja na vipengele vingine. Inaongeza kwa kiasi kikubwa ugumu wa chuma (tayari katika maudhui ya 0.3%). Nguvu ya mkazo pia huongezeka. Kipengele kingine chanya ambacho aloi zinazostahimili joto zilizo na molybdenum zina kiwango cha juu cha upinzani kwa michakato ya oksidi. Molybdenum inachangia kusaga nafaka. Ubaya ni ugumu wa welding.

Vyuma na aloi nyingine maalum

Ili kutekeleza kazi fulani, nyenzo zinahitajika ambazo zina sifa fulani. Kwa hivyo, tunaweza kuzungumza juu ya matumizi ya aloi maalum, ambayo inaweza kuwa alloyed na kaboni. Katika mwisho, seti ya sifa zinazohitajika hupatikana kutokana na ukweli kwamba utengenezaji wa aloi na usindikaji wao hufanyika kwa kutumia teknolojia maalum. Hata aloi maalum na vyuma vinagawanywa katika miundo na chombo. Miongoni mwa kazi kuu za aina hii ya vifaa, zifuatazo zinaweza kutofautishwa: upinzani dhidi ya kutu na michakato ya kuvaa, uwezo wa kufanya kazi katika mazingira ya fujo, na kuboresha sifa za mitambo. Aina hii inajumuisha vyuma na aloi zinazostahimili joto na halijoto ya juu ya kufanya kazi, na vyuma vya cryogenic vinavyostahimili hadi -296ºС.

Chuma cha zana

Chuma cha zana maalum hutumika katika utengenezaji wa zana. Kutokana na ukweli kwamba hali zao za kazi ni tofauti, vifaa pia huchaguliwa kila mmoja. Kwa kuwa mahitaji ya zana ni ya juu kabisa, sifa za aloi kwa zaouzalishaji ni sahihi: lazima wasiwe na uchafu wa tatu, inclusions, mchakato wa deoxidation unafanywa vizuri, na muundo ni homogeneous. Ni muhimu sana kwa vyombo vya kupimia kuwa na vigezo vilivyo imara na kupinga kuvaa. Ikiwa tunazungumzia kuhusu zana za kukata, basi hufanya kazi kwa joto la juu (kuna inapokanzwa kwa makali), msuguano wa mara kwa mara na deformation. Kwa hiyo, ni muhimu sana kwao kudumisha ugumu wao wa msingi wakati wa joto. Aina nyingine ya chuma cha chombo ni chuma cha kasi ya juu. Kimsingi, ni doped na tungsten. Ugumu huhifadhiwa hadi joto la karibu 600ºС. Pia kuna chuma cha kufa. Zimeundwa kwa ajili ya uundaji wa joto na baridi.

Matumizi Maalum ya Aloi

Sekta zinazotumia aloi zenye sifa maalum ni nyingi. Kwa sababu ya sifa zao zilizoboreshwa, ni muhimu sana katika uhandisi wa mitambo, ujenzi, na tasnia ya mafuta. Aloi zinazostahimili joto na sugu ya joto hutumiwa katika utengenezaji wa sehemu za turbine, vipuri vya magari. Vyuma ambavyo vina sifa za juu za kuzuia kutu ni muhimu sana kwa utengenezaji wa bomba, sindano za carbureta, diski na vitu anuwai vya tasnia ya kemikali. Reli za reli, ndoo, nyimbo za magari - vyuma visivyoweza kuvaa ndio msingi wa haya yote. Katika uzalishaji wa wingi wa bolts, karanga na sehemu nyingine zinazofanana, aloi za moja kwa moja hutumiwa. chemchemi lazima kutosha elastic na kuvaa sugu. Ndiyo maananyenzo kwao ni chuma cha spring. Ili kuboresha ubora huu, wao ni kuongeza alloyed na chromium, molybdenum. Aloi na vyuma vyote maalum vilivyo na seti ya sifa maalum vinaweza kupunguza gharama ya sehemu ambapo metali zisizo na feri zilitumika hapo awali.