თბოგამძლე შენადნობები. სპეციალური ფოლადები და შენადნობები. სითბოს მდგრადი შენადნობების წარმოება და გამოყენება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

თანამედროვე ინდუსტრია წარმოუდგენელია ისეთი მასალის გარეშე, როგორიცაა ფოლადი. მას თითქმის ყოველ ნაბიჯზე ვხვდებით. მის შემადგენლობაში სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების შეყვანით შესაძლებელია მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს მექანიკური და ოპერატიული თვისებები.

რა არის ფოლადი

ფოლადი არის შენადნობი, რომელიც შეიცავს ნახშირბადს და რკინას. ასევე, ასეთ შენადნობს (ქვემოთ ფოტო) შეიძლება ჰქონდეს სხვა ქიმიური ელემენტების მინარევები.

არსებობს რამდენიმე სტრუქტურული მდგომარეობა. თუ ნახშირბადის შემცველობა 0,025-0,8%-ის ფარგლებშია, მაშინ ამ ფოლადებს ჰიპოევტექტოიდი ეწოდება და მათ სტრუქტურაში აქვთ პერლიტი და ფერიტი. თუ ფოლადი ჰიპერევტექტოიდურია, მაშინ შეიძლება შეინიშნოს პერლიტური და ცემენტიტის ფაზები. ფერიტის სტრუქტურის მახასიათებელია მისი მაღალი პლასტიურობა. ცემენტიტს ასევე აქვს მნიშვნელოვანი სიმტკიცე. პერლიტი ქმნის ორივე წინა ფაზას. მას შეიძლება ჰქონდეს მარცვლოვანი ფორმა (ცემენტიტის ჩანართები განლაგებულია ფერიტის მარცვლების გასწვრივ, რომლებსაც აქვთ მრგვალი ფორმა) და ლამელარული (ორივე ფაზა ფირფიტებს ჰგავს). თუ ფოლადი თბება იმ ტემპერატურაზე, რომლის დროსაცხდება პოლიმორფული მოდიფიკაციები, სტრუქტურა იცვლება ავსტენიტური. ამ ფაზამ გაზარდა პლასტიურობა. თუ ნახშირბადის შემცველობა აღემატება 2,14%-ს, მაშინ ასეთ მასალებს და შენადნობებს თუჯს უწოდებენ.

ფოლადის ტიპები

შემადგენლობის მიხედვით, ფოლადი შეიძლება იყოს ნახშირბადის და შენადნობი. ნახშირბადის შემცველობა 0,25%-ზე ნაკლები ახასიათებს რბილ ფოლადს. თუ მისი რაოდენობა 0,55%-ს მიაღწევს, მაშინ შეიძლება ვისაუბროთ საშუალო ნახშირბადის შენადნობზე. ფოლადი, რომელსაც შეიცავს 0,6%-ზე მეტი ნახშირბადი, ეწოდება ნახშირბადოვანი ფოლადი. თუ შენადნობის წარმოების პროცესში ტექნოლოგია გულისხმობს კონკრეტული ქიმიური ელემენტების დანერგვას, მაშინ ამ ფოლადი ეწოდება შენადნობს. სხვადასხვა კომპონენტის დანერგვა მნიშვნელოვნად ცვლის მის თვისებებს. თუ მათი რიცხვი არ აღემატება 4%-ს, მაშინ შენადნობი დაბალი შენადნობია. საშუალო შენადნობი და მაღალი შენადნობის ფოლადი შეიცავს შესაბამისად 11% და 12% -ზე მეტს. ფოლადის შენადნობების გამოყენების სფეროდან გამომდინარე, არსებობს მათი ასეთი ტიპები: ხელსაწყოები, სტრუქტურული და სპეციალური ფოლადები და შენადნობები.

წარმოების ტექნოლოგია

ფოლადის დნობის პროცესი საკმაოდ შრომატევადია. იგი მოიცავს რამდენიმე ეტაპს. პირველ რიგში, საჭიროა ნედლეული - რკინის საბადო. პირველი ეტაპი გულისხმობს გათბობას გარკვეულ ტემპერატურამდე. ამ შემთხვევაში ხდება ჟანგვითი პროცესები. მეორე ეტაპზე ტემპერატურა გაცილებით მაღალი ხდება. ნახშირბადის დაჟანგვის პროცესები უფრო ინტენსიურია. შესაძლებელია შენადნობის დამატებითი გამდიდრება ჟანგბადით. არასაჭირო მინარევები ამოღებულია შიგნითწიდა. შემდეგი ნაბიჯი არის ფოლადისგან ჟანგბადის ამოღება, რადგან ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს მექანიკურ თვისებებს. ეს შეიძლება განხორციელდეს დიფუზიური ან ნალექის გზით. თუ დეოქსიდაციის პროცესი არ მოხდა, მაშინ მიღებულ ფოლადს მდუღარე ფოლადი ეწოდება. მშვიდი შენადნობი არ გამოყოფს გაზებს, ჟანგბადი მთლიანად მოიხსნება. შუალედურ პოზიციას იკავებს ნახევრად მშვიდი ფოლადები. რკინის შენადნობების წარმოება ხდება ღია კერაში, ინდუქციურ ღუმელებში, ჟანგბადის გადამყვანებში.

ფოლადის შენადნობი

ფოლადის გარკვეული თვისებების მისაღებად მის შემადგენლობაში შეჰყავთ სპეციალური შენადნობი ნივთიერებები. ამ შენადნობის მთავარი უპირატესობებია გაზრდილი წინააღმდეგობა სხვადასხვა დეფორმაციების მიმართ, მნიშვნელოვნად იზრდება ნაწილების და სხვა სტრუქტურული ელემენტების საიმედოობა. გამკვრივება ამცირებს ბზარების და სხვა დეფექტების პროცენტს. ხშირად სხვადასხვა ელემენტებით გაჯერების ეს მეთოდი გამოიყენება ქიმიური კოროზიისადმი წინააღმდეგობის გაწევისთვის. მაგრამ ასევე არსებობს მთელი რიგი უარყოფითი მხარეები. ისინი საჭიროებენ დამატებით დამუშავებას, დიდია ფანტელების გაჩენის ალბათობა. გარდა ამისა, მასალის ღირებულებაც იზრდება. ყველაზე გავრცელებული შენადნობის ელემენტებია ქრომი, ნიკელი, ვოლფრამი, მოლიბდენი, კობალტი. მათი გამოყენების სფერო საკმაოდ დიდია. ეს მოიცავს მექანიკურ ინჟინერიას და მილსადენების, ელექტროსადგურების, ავიაციის და მრავალი სხვა ნაწილების წარმოებას.

სითბოგამძლეობის და სითბოს წინააღმდეგობის კონცეფცია

სითბომედეგობის კონცეფცია ეხება ლითონის ან შენადნობის უნარს შეინარჩუნოს ყველა თავისი მახასიათებელი მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობისას. ასეთ გარემოში ხშირადშეინიშნება გაზის კოროზია. ამიტომ, მასალა ასევე უნდა იყოს მდგრადი მისი მოქმედების მიმართ, ანუ იყოს სითბოს მდგრადი. ამრიგად, შენადნობების დახასიათება, რომლებიც გამოიყენება მნიშვნელოვან ტემპერატურაზე, უნდა მოიცავდეს ორივე კონცეფციას. მხოლოდ მაშინ ასეთი ფოლადები უზრუნველყოფენ ნაწილების, ხელსაწყოების და სხვა სტრუქტურული ელემენტების საჭირო მომსახურების ხანგრძლივობას.

თბოგამძლე ფოლადის მახასიათებლები

იმ შემთხვევებში, როდესაც ტემპერატურა აღწევს მაღალ მნიშვნელობებს, საჭიროა შენადნობების გამოყენება, რომლებიც არ იშლება და არ დაემორჩილება დეფორმაციას. ამ შემთხვევაში გამოიყენება სითბოს მდგრადი შენადნობები. ასეთი მასალების მუშაობის ტემპერატურა 500ºС-ზე მეტია. მნიშვნელოვანი პუნქტები, რომლებიც ახასიათებს ასეთ ფოლადებს, არის მაღალი გამძლეობის ზღვარი, პლასტიურობა, რომელიც გრძელდება დიდი ხნის განმავლობაში, ასევე რელაქსაციის სტაბილურობა. არსებობს მთელი რიგი ელემენტები, რომლებსაც შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გაზარდონ წინააღმდეგობა მაღალი ტემპერატურის მიმართ: კობალტი, ვოლფრამი, მოლიბდენი. ქრომი ასევე აუცილებელი კომპონენტია. ეს იმდენად არ მოქმედებს ძალაზე, რამდენადაც ზრდის მასშტაბის წინააღმდეგობას. ქრომი ასევე ხელს უშლის კოროზიის პროცესებს. ამ ტიპის შენადნობების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ნელი ცოცხალი.

თბოგამძლე ფოლადების კლასიფიკაცია სტრუქტურის მიხედვით

სითბომდგრადი და თბოგამძლე შენადნობები არის ფერიტული კლასის, მარტენზიტური, ავსტენიტური და ფერიტულ-მარტენზიტური სტრუქტურის. პირველი შეიცავს დაახლოებით 30% ქრომს. სპეციალური დამუშავების შემდეგ სტრუქტურა ხდება წვრილმარცვლოვანი. თუ გათბობის ტემპერატურა აღემატება 850ºС, მაშინ მარცვლებიიზრდება და ასეთი სითბოს მდგრადი მასალები ხდება მყიფე. მარტენზიტის კლასი ხასიათდება შემდეგი ქრომის შემცველობით: 4%-დან 12%-მდე. ნიკელი, ვოლფრამი და სხვა ელემენტები შეიძლება ასევე იყოს მცირე რაოდენობით. მათგან მზადდება ავტომობილების ტურბინების და სარქველების ნაწილები. ფოლადები, რომლებსაც აქვთ მარტენზიტი და ფერიტი, შესაფერისია მუდმივ მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობისთვის და ხანგრძლივი მუშაობისთვის. ქრომის შემცველობა 14%-ს აღწევს. ოსტენიტი მიიღება ნიკელის შეყვანით სითბოს მდგრად შენადნობებში. მსგავსი სტრუქტურის ფოლადებს ბევრი კლასიფიკაცია აქვთ.

ნიკელის დაფუძნებული შენადნობები

ნიკელს აქვს მრავალი სასარგებლო თვისება. ის დადებითად მოქმედებს ფოლადის (როგორც ცხელ, ასევე ცივ) სამუშაოუნარიანობაზე. თუ ნაწილი ან ინსტრუმენტი შექმნილია აგრესიულ გარემოში სამუშაოდ, მაშინ ამ ელემენტთან შენადნობი მნიშვნელოვნად ზრდის კოროზიის წინააღმდეგობას. ნიკელზე დაფუძნებული სითბოს მდგრადი მასალები იყოფა შემდეგ ჯგუფებად: სითბოს მდგრადი და რეალურად სითბოს მდგრადი. ამ უკანასკნელს ასევე უნდა ჰქონდეს მინიმალური სითბოს მდგრადი მახასიათებლები. სამუშაო ტემპერატურა აღწევს 1200ºС. დამატებით ემატება ქრომი ან ტიტანი. დამახასიათებელია, რომ ნიკელთან შენადნობ ფოლადებს აქვთ მცირე რაოდენობით მინარევები, როგორიცაა ბარიუმი, მაგნიუმი, ბორი, ამიტომ მარცვლის საზღვრები უფრო მყარდება. ამ ტიპის სითბოს მდგრადი შენადნობები იწარმოება გაყალბებისა და ნაგლინი პროდუქტების სახით. შესაძლებელია ნაწილების ჩამოსხმაც. მათი გამოყენების ძირითადი სფეროა გაზის ტურბინის ელემენტების წარმოება. ნიკელზე დაფუძნებული სითბოს მდგრადი შენადნობები შეიცავს 30%-მდე ქრომს.ისინი საკმარისად კარგად ეხმარებიან ჭედურობას, შედუღებას. გარდა ამისა, სასწორის წინააღმდეგობა მაღალ დონეზეა. ეს შესაძლებელს ხდის მათ გამოყენებას გაზსადენების სისტემებში.

თბოგამძლე ტიტანის შენადნობის ფოლადი

ტიტანი შემოდის მცირე რაოდენობით (0,3%-მდე). ამ შემთხვევაში, ეს ზრდის შენადნობის სიმტკიცეს. თუ მისი შემცველობა გაცილებით მაღალია, მაშინ ზოგიერთი მექანიკური თვისება უარესდება (სიმტკიცე, სიმტკიცე). მაგრამ პლასტიურობა იზრდება. ეს აადვილებს ფოლადის დამუშავებას. სხვა კომპონენტებთან ერთად ტიტანის დანერგვით შესაძლებელია თბოგამძლე მახასიათებლების საგრძნობლად გაუმჯობესება. თუ საჭიროა აგრესიულ გარემოში მუშაობის აუცილებლობა (განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც დიზაინი მოიცავს შედუღებას), მაშინ ამ ქიმიურ ელემენტთან შენადნობი გამართლებულია.

კობალტის შენადნობები

დიდი რაოდენობით კობალტი (80%-მდე) მიდის ისეთი მასალების წარმოებაზე, როგორიცაა სითბოს მდგრადი და სითბოს მდგრადი შენადნობები, რადგან იშვიათად გამოიყენება მისი სუფთა სახით. მისი დანერგვა ზრდის პლასტიურობას, ასევე წინააღმდეგობას მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობისას. და რაც უფრო მაღალია ის, მით მეტია კობალტის რაოდენობა შეყვანილი შენადნობაში. ზოგიერთ ბრენდში მისი შემცველობა 30%-ს აღწევს. ასეთი ფოლადების კიდევ ერთი დამახასიათებელი თვისებაა მაგნიტური თვისებების გაუმჯობესება. თუმცა, კობალტის მაღალი ღირებულების გამო, მისი გამოყენება საკმაოდ შეზღუდულია.

მოლიბდენის გავლენა თბოგამძლე შენადნობებზე

ეს ქიმიური ელემენტი მნიშვნელოვნად მოქმედებს მასალის სიმტკიცეზე მაღალ ტემპერატურაზე.

ეს განსაკუთრებით ეფექტურია სხვა ელემენტებთან ერთად გამოყენებისას. ეს მნიშვნელოვნად ზრდის ფოლადის სიმტკიცეს (უკვე 0,3% შემცველობით). დაჭიმვის სიმტკიცე ასევე იზრდება. კიდევ ერთი დადებითი თვისება, რომელიც გააჩნია სითბოს მდგრად შენადნობებს, რომლებიც შედგენილია მოლიბდენით, არის ჟანგვითი პროცესებისადმი მდგრადობის მაღალი ხარისხი. მოლიბდენი ხელს უწყობს მარცვლეულის დაფქვას. მინუსი არის შედუღების სირთულე.

სხვა სპეციალური ფოლადები და შენადნობები

გარკვეული ამოცანების შესასრულებლად საჭიროა მასალები, რომლებსაც აქვთ გარკვეული თვისებები. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ სპეციალური შენადნობების გამოყენებაზე, რომლებიც შეიძლება იყოს როგორც შენადნობი, ასევე ნახშირბადი. ამ უკანასკნელში საჭირო მახასიათებლების ნაკრები მიიღწევა იმის გამო, რომ შენადნობების წარმოება და მათი დამუშავება ხდება სპეციალური ტექნოლოგიის გამოყენებით. სპეციალური შენადნობები და ფოლადებიც კი იყოფა სტრუქტურულ და ხელსაწყოებად. ამ ტიპის მასალების ძირითად ამოცანებს შორის შეიძლება განვასხვავოთ შემდეგი: კოროზიის და აცვიათ პროცესების წინააღმდეგობა, აგრესიულ გარემოში მუშაობის უნარი და გაუმჯობესებული მექანიკური მახასიათებლები. ამ კატეგორიაში შედის როგორც სითბოს მდგრადი ფოლადები, ასევე შენადნობები მაღალი სამუშაო ტემპერატურის მქონე, ასევე კრიოგენული ფოლადები, რომლებსაც შეუძლიათ გაუძლოს -296ºС-მდე.

იარაღების ფოლადი

სპეციალური ხელსაწყოების ფოლადი გამოიყენება იარაღების წარმოებაში. იმის გამო, რომ მათი სამუშაო პირობები განსხვავებულია, მასალებიც ინდივიდუალურად შეირჩევა. იმის გამო, რომ იარაღების მოთხოვნები საკმაოდ მაღალია, შენადნობების მახასიათებლები მათთვისწარმოება სათანადოა: ისინი უნდა იყოს თავისუფალი მესამე მხარის მინარევებისაგან, ჩანართებისგან, დეოქსიდაციის პროცესი კარგად არის ჩატარებული და სტრუქტურა ერთგვაროვანია. საზომი ხელსაწყოებისთვის ძალიან მნიშვნელოვანია სტაბილური პარამეტრები და წინააღმდეგობა გაუწიოს ცვეთას. თუ ვსაუბრობთ საჭრელ იარაღებზე, მაშინ ისინი მუშაობენ ამაღლებულ ტემპერატურაზე (არსებობს კიდეების გათბობა), მუდმივი ხახუნი და დეფორმაცია. ამიტომ, მათთვის ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ შეინარჩუნონ პირველადი სიმტკიცე გაცხელებისას. ხელსაწყოს ფოლადის კიდევ ერთი სახეობა არის მაღალსიჩქარიანი ფოლადი. ძირითადად, იგი დოპირებულია ვოლფრამით. სიმტკიცე შენარჩუნებულია დაახლოებით 600ºС ტემპერატურამდე. ასევე არსებობს საძირკველი ფოლადები. ისინი განკუთვნილია როგორც ცხელი, ასევე ცივი ფორმირებისთვის.

სპეციალური შენადნობის აპლიკაციები

მრეწველობა, რომელიც იყენებს სპეციალური მახასიათებლების შენადნობებს, ბევრია. მათი გაუმჯობესებული თვისებების გამო, ისინი შეუცვლელია მანქანათმშენებლობაში, მშენებლობასა და ნავთობის მრეწველობაში. სითბოს მდგრადი და სითბოს მდგრადი შენადნობები გამოიყენება ტურბინის ნაწილების, მანქანების სათადარიგო ნაწილების წარმოებაში. ფოლადები, რომლებსაც აქვთ მაღალი ანტიკოროზიული მახასიათებლები, შეუცვლელია მილების, კარბუტერის ნემსების, დისკების და ქიმიური მრეწველობის სხვადასხვა ელემენტების წარმოებისთვის. სარკინიგზო რელსები, თაიგულები, სატრანსპორტო საშუალებების ლიანდაგები - აცვიათ მდგრადი ფოლადები ამ ყველაფრის საფუძველია. ჭანჭიკების, თხილის და სხვა მსგავსი ნაწილების მასობრივ წარმოებაში გამოიყენება ავტომატური შენადნობები. ზამბარები უნდა იყოს საკმარისად ელასტიური და აცვიათ მდგრადი. Ამიტომაცმათთვის მასალა არის საგაზაფხულო ფოლადი. ამ ხარისხის გასაუმჯობესებლად მათ დამატებით შენადნობენ ქრომი, მოლიბდენი. ყველა სპეციალურ შენადნობსა და ფოლადს, რომელსაც აქვს სპეციფიკური მახასიათებლების ნაკრები, შეუძლია შეამციროს იმ ნაწილების ღირებულება, სადაც ადრე გამოიყენებოდა ფერადი ლითონები.