Все про перлітні сталі

Споживачам металів важливо з'ясувати, що це таке – перлітні сталі, які марки до них належать. Необхідно розібратися, який вплив перліту на властивості та структуру сталі. Ще один важливий нюанс – дізнатися, де застосовують жароміцні сталі.

Характеристика та склад

Відразу варто зазначити, що перлітні стали прийнято відносити до слаболегованого та середньолегованого типу. Коли їх відпалять або прокатають на спеціальному устаткуванні, можна обробляти конструкції різними різальними пристроями. З хімічної точки зору перлітна сталь традиційно є сумішшю заліза з вуглецем. Перліт металознавці називають евтектоїдне поєднання фериту і цементиту. Ця мікроструктура утворюється при відносно повільному зниженні температури менш як до 727 градусів.

Одночасно гамма-залізо перетворюється на іншу форму — альфа-залізо. Цей процес супроводжується зниженням концентрації вуглецю. У доевтектоїдної сталі міститься досить багато фериту. Дисперсність сплаву визначається ступенем його переохолодження у процесі виробництва.

Відносна кількість вуглецю може гнучко змінюватись, але вона не може перевищувати 2,14%.

При цьому сумарна частка компонентів, що легують, повинна досягати максимум 5%. Такі особливості хімічного складу дозволяють досягти відмінного результату та отримувати чудові сплави майже будь-якого призначення. Необхідно розуміти при цьому, що перліт евтектоїдної сталі відрізняється від сорбіту та трооститу лише рівнем дисперсності. Чим вона вища, тим твердіше і міцніше виявляється зразок. Тому варіювання цих структур не менш актуальне, ніж коригування вуглецю.

Кристалічні грати сталей змінюються кілька разів, за різних температур — 768, 898, 910 і 1390 градусів. Пластинчастий перліт виходить у тому випадку, якщо сплав стрімко остуджують, і цементит, що входить до його складу, набуває форми пластинок на мікрорівні.

Характерний для перліту вплив на властивості сталі — не тільки збільшення міцності та підвищення твердості, а й зменшення рухливості диспозицій;

Класифікація

Перлітні сталі відносяться до різних категорій сплавів в залежності від точного складу, хімічних і фізичних властивостей, області застосування. За класами якості виділяють:

• метал звичайної якості;
• якісну продукцію;
• Високоякісні партії.

За способом виробництва переважно згадують такі види, як:

• мартенівські;
• безсемерівські;
• тигельні;
• одержувані в кисневих конвертерах;
• вироблювані в електричних печах.

Виділяють такі категорії (марки) сплавів, як:

• інструментальні;
• конструкційні;
• спеціальні;
• штампувальні;
• жароміцні;
• будівельні сталі.

Маркування легованих сталей ілюструє кількісний вміст вуглецю. Далі літерами показують вміст легуючих компонентів.

Сталь, що має структуру перліт і вторинний цементит в комбінації з ледебуритом, мало відрізняється від доевтектичного чавуну.

Що стосується конструкційних сплавів з межею плинності понад 360 МПа, вони маркуються як М03 або W03. По зварюваності виділяють групи:

• М02 (сталь низьколегована, вміст хрому та молібдену);
• М01 (перлітна група з плинністю до 360 МПа);
• М04 (високохромисті сплави).

За входженням вуглецю виділяють насамперед евтектоїдну сталь. У ній міститься 0,8% цього елемента; при меншій концентрації говорять про доевтектоїдну, а при більшій — про заевтектоїдну групу. Доевтектоїдний сплав ще відносять до ферито-перлітної категорії. У евтектоїдному металі зустрічається пластинчастий або зернистий перліт. Заевтектоїдна продукція складається з перліто-цементитної комбінації.

Сталь 45 перліт відносять до доевтектоїдної категорії. Цей метал потрібно покращувати (наприклад, відпалюючи його або гартуючи). Необхідні якості досягаються лише після переведення в аустенітний стан. Те ж саме стосується і сталі 60 перліт; вона призначена для різних конструкцій та містить відносно багато марганцю. Іноді застосовують і перлітні сталі, що піджарюються, але це вже прерогатива вузьких фахівців.

Виробництво

Дуже цікаво з'ясувати, як усе це одержують. Виробити перліт у легованій сталі важко навіть при добре поставленій термообробці. Утворення евтектоїду ускладнюється залученням до процесу допоміжних речовин. Іноді між різними структурами легуючі компоненти розподіляються нерівномірно. Додавати велику кількість хрому не рекомендується. Введення додаткових компонентів дозволяє покращувати характеристики сплаву. Так, нікель покращує зварюваність металу. Титан збільшує як щільність, а й еластичність матеріалу.Послідовність виробництва та сама, що й у сталей інших типів: плавлення шихти, кипіння ванни, розкислення. Відпалюють на зернистий перліт як евтектоїдні, так і заевтектоїдні сплави.

Процедура відпалу передбачає:

• прогрів до точки повного чи неповного відпалу (залежно від конкретного складу);
• підтримка в стані, що рівномірно прогрівається;
• після досягнення фазового переходу – поступове охолодження сплаву з урахуванням усіх особливостей конкретної плавки.

Застосування

Те, де застосовують перлітну сталь, залежить від її конкретних характеристик. Так, споживачами жаростійких чи теплостійких продуктів є виробництва:

• котельного обладнання;
• турбін;
• компресорів;
• печей;
• паропроводів;
• запірної арматури.

Хорошими прикладами перлітних сталей є:

З 15Х часто роблять втулки та шестерні, валики та штовхачі. Сплави 40ХГ йдуть на штоки, болти та шпильки. Матеріал 35ГС затребуваний виробниками арматури з періодичним профілем. Продукцію категорії 16Г2АФ зазвичай відпускають виготовлення металевих ферм. Одержують із неї та інші металоконструкції.

Дуже важливе значення має точне визначення зварюваності та конкретних параметрів, при яких сплави можуть бути оптимально зварені.

Великою проблемою є утворення холодних тріщин та втрата міцності у місцях, які обробляють зварювальники. Професіонали часто вдаються до підігріву виробів, що зварюються. У технології зварювання є й інші аспекти:

• при обробці сталей з різним рівнем легування електроди та присадки беруть із розрахунком на менш легований метал;
• режим, навпаки, підбирають під легованішу частину;
• ручне дугове зварювання має на увазі застосування електродів з фтористо-кальцієвою поверхнею;
• при незначній або нульовій різниці у легуванні можна прогрівати метал до гранично допустимого для менш легованого зразка значення;
• підігрів повинен проводитися дуже ретельно (низькі температури неефективні, високі - порушують хімічні та фізичні властивості матеріалу).

Ферито-перлітна структура сталі

Структура ферит з перлітом є найбільш поширеною серед вуглецевих доевтектоїдних сталей. Вона характерна практично всім конструкційних сталей. Для того, щоб описати цю структуру, потрібно звернутися до діаграми залізо-вуглець і дати кілька визначень.

Ферріт, як ми бачимо з основної діаграми металознавця, – це твердий розчин вуглецю в ОЦК-залізі. Перліт – це пластинчаста дрібнодисперсна суміш фериту з карбідом двовалентного заліза (цементит Fe3C). Ці дві фазові складові утворюють дрібнодисперсну суміш, в якій ці фази не помітні одна від одної за допомогою оптики, тому їх об'єднали в одну структурну складову перліт. Ферріт у перліті має надмірну, а не вторинну природу, тобто він з'явився в процесі поліморфного перетворення, а не через зміну розчинності.

Ферито-перлітна структура - це структура, утворена в результаті рівноважного розпаду аустеніту у вуглецевих сталях із вмістом вуглецю менше 0,8%. Для прикладу розглянемо ділянку діаграми "залізо-вуглець" та повільне охолодження сплаву складу X . Під повільною я маю на увазі таку швидкість охолодження, при якій можлива дифузія всіх атомів, що беруть участь у перетворенні.При температурі Т1 з аустеніту починають виділятися перші кристали фериту, утворення зародків нових зерен відбувається на межах вихідних аустенітів. При температурі Т2 половина (оскільки відрізок приблизно дорівнює відрізку, тут працює «правило важеля») аустеніту вже перетворилася на ферит, а аустеніт, що залишився, перетворюється на перліт в результаті евтектоїдного перетворення.

Як ви зрозуміли, що, виходячи з «правила важеля», співвідношення фериту і перліту визначається кількістю вуглецю в сталі. При вмісті вуглецю в сталі не більше 0,025% структура буде представлена ​​лише феритом, а при 0,8% лише перлітом, про ці окремі випадки ми поговоримо окремо в наступних статтях.

Зображення ферито-перлітної струкутри можна переглянути за посиланням.