Çelik i trajtueshëm me nxehtësi - aliazh strukturor
Karakteristikat dhe Aplikimet
Çeliku i përpunueshëm me nxehtësi (12HN3A, 1.5752, 20HN3A, 30HGSNA, 30HGSA, 30H2N2M, 30CrNiMo8, 1.6580, 36HNM, 1.6773, 1.6511, 37HS, 40H2MF, 40HNMA, 40NiCrMo7, 1.6565, 45HN, 45HNMF) i përket grupit të çeliqeve strukturorë të aliazhuar që përdoren për pjesët kritike të makinerive. Karakterizohet nga një kombinim i:
- rezistencë e lartë (rezistencë ndaj rrjedhjes, rezistencë ndaj lodhjes),
- duktilitet i konsiderueshëm,
- rezistencë e lartë ndaj goditjes (rezistencë ndaj thyerjes së brishtë).
Çeliqet për trajtim termik dhe procesi i trajtimit
Vetitë mekanike optimale të çelikut arrihen nëpërmjet përdorimit të një strukture sorbiti të përftuar nëpërmjet një procesi trajtimi termik që përfshin:
- forcim,
- temperament i lartë.
Ky proces çon në veti mekanike të përmirësuara në krahasim me çelikun e papërpunuar ose të normalizuar. Çeliku i normalizuar nuk i nënshtrohet ndryshimeve strukturore të shoqëruara me forcimin dhe temperimin.
Historia e termit "çelik për përmirësim termik"
Termi "çelik i temperuar" u shfaq dekada më parë, duke iu referuar çelikëve të përdorur për pjesë kritike të makinerive me kërkesa të larta për rezistencë. Aktualisht, ky term nuk është mjaftueshëm i saktë, pasi procesi i trajtimit termik zbatohet edhe për çelikë të tjerë strukturorë, siç janë:
- vazhdimisht për funksionim në temperatura të ulëta.
Dallimi bashkëkohor midis termave
Aktualisht, duhet bërë një dallim midis:
- Çeliqet e trajtuara me nxehtësi – çelikët e nënshtruar një procesi forcimi dhe temperimi, pavarësisht nga përdorimi i tyre i mëvonshëm.
- Vazhdimisht për t'u përmirësuar – emër tradicional për një grup çelikësh makinerikë me një qëllim të përcaktuar në mënyrë strikte.
Kriteret për klasifikimin si çelik i trajtueshëm me nxehtësi
Grupi i çelikëve për trajtim termik përfshin çelikët e destinuar për pjesë kritike të makinerive që:
- kanë një strukturë sorbitoli në përdorim dhe plotësojnë kërkesat e fortësisë në temperaturë ambienti.
Çeliqet që nuk i përkasin këtij grupi
Çeliqet për trajtim termik nuk përfshijnë çelikët:
- projektuar për të funksionuar në temperatura nën -10°C dhe mbi +300°C,
- kërkon rritje të rezistencës ndaj korrozionit,
- me veti të veçanta teknologjike (p.sh., të lehta për t’u salduar ose përpunuar me makinë),
- i nënshtrohet trajtimeve shtesë pas përmirësimit termik (p.sh. nitridim, forcim sipërfaqësor).
Shembuj të çeliqeve jashtë grupit të çeliqeve të trajtueshëm me nxehtësi
Çeliqet që nuk i plotësojnë kriteret e mësipërme klasifikohen në grupe të veçanta, si p.sh.:
- çelikë të saldueshëm me rezistencë të shtuar,
- çelik me prerje të lirë,
- çeliku për forcim sipërfaqësor,
- çelikë për nitridim,
- vazhdimisht për funksionim në temperatura të ulëta,
- çelik rezistent ndaj korrozionit.
Disa çelikë me qëllime të veçanta përjashtohen gjithashtu nga grupi i çelikëve për forcim:
- Çeliqet e pranverës – tradicionalisht i izoluar, i dalluar nga çelikët e tjerë të ngurtësimit nga një përmbajtje më e lartë karboni dhe një temperaturë më e ulët kalitjeje, gjë që lejon rezistencë më të madhe.
- Çeliqe të destinuara për farkëtime shumë të mëdha – karakterizohet nga fortësi e lartë bainitike, e cila lejon marrjen e vetive të mira të fortësisë edhe me prerje tërthore të mëdha.
Çelik i trajtueshëm me nxehtësi – përkufizimi dhe përbërja
Pasi të merren në konsideratë të gjitha kufizimet, të ashtuquajturit çelikë për qëllime të përgjithshme të përfshirë në standardet PN-72/H-84030 dhe PN-72/H-84035 konsiderohen të përshtatshëm për shuarje dhe temperim . Këto janë çelikë me përmbajtje mesatare karboni (zakonisht 0,30÷0,40% C), kryesisht çelikë me aliazh të ulët , në të cilët përmbajtja totale e elementëve aliazh nuk tejkalon 3% , më rrallë çelikë me aliazh të mesëm me përmbajtje të këtyre elementëve në rangun 3-5% , dhe vetëm në raste të jashtëzakonshme që tejkalojnë 5%.
Elementet bazë të aliazhit që gjenden në këto çelike janë:
- mangan, silic, krom, nikel, molibden.
Elementet më pak të përdorura përfshijnë vanadiumin dhe tungstenin.
Përbërja kimike e këtyre çelikeve nganjëherë është baza për ndarjen e tyre të mëtejshme, p.sh.:
- çelikë krom-nikel,
- çelik krom-molibden,
- çelikë krom-nikel-molibden.
Kufizimet në përmbajtjen e ndotësve
Për shkak të kërkesave të larta të cilësisë (sipas standardeve të vjetra polake), përmbajtja e papastërtive në këto çelike kontrollohet rreptësisht. Sa vijon është e kufizuar:
Në disa raste, veçanërisht për çelikët me pastërti të lartë metalurgjike, siç janë çelikët e shkrirë me elektroslag, përmbajtja e lejuar e fosforit dhe squfurit është edhe më e ulët dhe arrin në një maksimum prej 0,025% ose edhe më pak.
Struktura dhe vetitë e çelikut për forcim
Në përkufizimin e çelikut për forcim, elementi kyç është struktura e përftuar si rezultat i procesit të forcimit dhe temperimit, e cila përcakton arritjen e vetive optimale mekanike.
Megjithatë, procesi i trajtimit termik nuk arrin gjithmonë rezultate identike strukturore. Shkalla e përmirësimit të vetive mekanike mund të ndryshojë:
- Efekt i plotë – korrespondon me marrjen e strukturës së sorbitit, e cila siguron vetitë optimale të fortësisë.
- Efekt i paplotë – ndodh kur struktura është një përzierje e sorbitolit dhe përbërësve të tjerë strukturorë, siç është bainiti i poshtëm i zbutur. Në këtë rast, nuk arrihen vetitë maksimale mekanike.
Shkalla e këtij efekti mund të jetë e kufizuar edhe në sipërfaqe kur, gjatë ngurtësimit, shkalla kritike e ftohjes arrihet vetëm në shtresat e jashtme të materialit.
Ndryshimi i strukturës në çelikët që do të temperohen
Një tipar i rëndësishëm i çelikëve strukturorë për përmirësimin termik është mundësia e marrjes së një larmie strukturash, varësisht nga:
- përbërja kimike,
- ngurtësueshmëria,
- dimensionet e objektit të ngurtësuar,
- Metoda e ftohjes gjatë ngurtësimit.
Si pasojë, vetitë mekanike të këtyre çeliqeve mund të ndryshojnë ndjeshëm, gjë që ndikon në aplikimet e tyre të ndryshme në industri.
Struktura dhe vetitë e fortësisë së çelikut për përmirësimin termik
Vetitë optimale mekanike të çelikut të trajtueshëm me nxehtësi varen nga struktura e krijuar nga procesi i forcimit dhe temperimit. Përcaktimi i saktë i kushteve teknologjike në të cilat mund të arrihet struktura e dëshiruar është thelbësor.
Karakteristikat e çelikut strukturor për përmirësimin termik
Dy karakteristika themelore të çelikut ndikojnë në mundësinë e arritjes së vetive mekanike optimale:
- Temperamenti – aftësia për të formuar një strukturë martensitike gjatë forcimit, e cila varet nga përbërja kimike e çelikut dhe përcaktohet në bazë të:
- diagramet e transformimit të austenitit,
- kurbat e ngurtësimit,
- diametra kritikë.
- Ndjeshmëria ndaj kalitjes së martensitit – d.m.th. aftësia e një strukture martensitike për të ndryshuar vetitë e saj mekanike nën ndikimin e kalitjes.
Ndikimi i strukturës në vetitë e forcës
Vetitë mekanike të çelikut pas forcimit mund të ndryshojnë ndjeshëm në varësi të:
- ngurtësueshmëria e çelikut, madhësia e prerjes tërthore të objektit të ngurtësuar, metoda e ftohjes.
Mbi këtë bazë, mund të dallohen tre raste më karakteristike:
1. Strukturë martensitike me sorbit dominues
Nëse struktura martensitike dominon ose mbizotëron në çelik pas ngurtësimit, pas kalitjes formohet një strukturë sorbitike . Kjo strukturë karakterizohet nga një kombinim optimal i:
- forcë e lartë rezistencë në tërheqje (Re, Rm),
- duktilitet i lartë (A, Z, K).
Karakteristikat e sorbitolit:
- Raport i lartë Re:Rm, që arrin në afërsisht 90%, pavarësisht nga përbërja kimike e çelikut.
- Temperatura e ulët e tranzicionit të thyeshmërisë, në varësi të:
- përbërja kimike, shkalla e ftohjes pas kalitjes, faktorë të tjerë teknologjikë.
Vetitë mekanike varen nga temperatura e kalitjes - një temperaturë më e lartë shkakton një ulje të fortësisë, por një rritje të duktilitetit dhe rezistencës ndaj goditjes.
2. Strukturë e përzier (martensit, bainit, perlit, ferrit)
Ndërsa përqindja e martensitit në strukturën në proces ngurtësimi zvogëlohet dhe përqindja e përbërësve të tjerë strukturorë (bainiti i poshtëm, bainiti i sipërm, perliti, ferriti) rritet, në të njëjtën temperaturë kalitjeje, rezistenca në tërheqje zvogëlohet gradualisht.
Karakteristikat e një strukture të përzier:
- Ulje në vlerën e raportit Re:Rm, varësisht nga sasia dhe lloji i përbërësve jo-martensitikë:
- për bainitin: 74-85%, për strukturën feritike-perlitike: 60-70%, dhe ndonjëherë më pak.
- Rritja e temperaturës së tranzicionit të brishtë deri në rreth 0 ° C ose më lart, gjë që rezulton në një përkeqësim të rezistencës ndaj goditjes në temperaturën e dhomës krahasuar me sorbitolin.
- Asnjë përmirësim në plasticitet – zgjatimi (A) dhe ngushtimi (Z) nuk përmirësohen ndjeshëm pavarësisht reduktimit të rezistencës në tërheqje.
Kjo strukturë karakterizohet nga përkeqësimi i rezistencës dinamike, gjë që kufizon përdorimin e saj në elementët e ekspozuar ndaj goditjeve dhe ngarkesave ciklike.
3. Struktura bainitike për prerje tërthore të mëdha
Për prerje tërthore shumë të mëdha, kur nuk është e mundur të merret një strukturë e plotë martensitike për shkak të shpejtësisë së kufizuar të ftohjes, përdoren strukturat bainitike.
Karakteristikat e strukturës bainitike:
- Në çelikët standardë të trajtueshëm me nxehtësi, përbërësit jo-martensitikë formohen me:
- fortësi e ulët,
- rezistencë e ulët ndaj rrjedhshmërisë (më poshtë 40 kg/mm², d.m.th. përafërsisht. 30 N/mm²).
- Duke modifikuar përbërjen kimike, është e mundur të merret bainiti i poshtëm formohet nga austeniti në temperatura afër transformimit martensitik.
- Struktura e poshtme e bainitit shfaq veti mekanike të ngjashme me martensitin, me rezistencë të lartë pas kalitjes:
- Forca e rrjedhshmërisë Re do 7 kg/mm² (përafërsisht 690 N/mm²).
- Duktilitet i mjaftueshëm, duke përfshirë rezistencë të mirë ndaj goditjes, zgjatim (A) dhe ngushtim (Z).
Shembull: Ky grup vetish të rezistencës arrihet vetëm nga disa prej çelikëve që duhen përmirësuar, p.sh. 25H2N4WA , por është tipik për të ashtuquajturit çelik bainitik të destinuar për farkëtime të rënda me rezistencë të lartë (sipas standardit BN-65/0661-01 ).
Strukturë martensitike me sorbit
ofron një kombinim optimal të forcës dhe duktilitetit. Një strukturë e përzier zvogëlon forcën dhe rezistencën ndaj goditjes, veçanërisht me praninë e ferritit dhe perlitit. Një strukturë bainitike përdoret për prerje tërthore të mëdha ku martensiti nuk mund të merret, por ajo siguron një ekuilibër të mirë midis forcës dhe duktilitetit.
Përzgjedhja e strukturës së përshtatshme varet nga fortësia dhe kërkesat teknologjike për një aplikim të caktuar, dhe kontrolli i procesit të forcimit dhe temperimit luan një rol kyç në formësimin e vetive përfundimtare të çelikut për trajtim termik.
Simboli i gradës së çelikut sipas PN në përcaktimin e gradës: numri në fillim tregon përmbajtjen mesatare të karbonit në të qindtat e një %, pastaj shkronjat tregojnë:
H – Krom
G – Mangan
S – Silikon
N – Nikel
M – Molibden
F – Vanadium
W – Tungsten
pastaj, nëse ka numra pas shkronjave, ato tregojnë përmbajtjen mesatare të një përbërësi të caktuar në %. Nëse ka shkronja A në fund të shenjës së çelikut, kjo tregon cilësi më të lartë, d.m.th. përmbajtje të reduktuar. squfur i fosfor p.sh. 35HGSA, 30HGSA, 30HGSNA, 12HN3A, 20HN3A, 40HNMA, 45HNMFA
Çelik strukturor për trajtim termik (gradat sipas PN, ekuivalentët dhe zëvendësuesit e çelikut, përbërjet kimike dhe karakteristikat sipas GOST, EN, DIN, ASTM dhe standardeve të tjera)
12HN3A – çelik krom-nikel 1.5752, 16NiCrMo12, 15CrNi13
20HN3A – çelik i kalitur me krom-nikel
30HGSA – çelik për kalitje 35HGSA, 35HGS
30HGSNA – çelik i fortësuar me krom-mangan-silic-nikel
30H2N2M – çelik krom-nikel-molibden 30CrNiMo8,1.6580
30HM – çelik krom-molibden 34CrMo4, 1.7220
36HNM – çelik krom-nikel-molibden 36CrNiMo4, 36NiCrMo16, 1.6773, 1.6511
37HS – çelik i ngurtësuar me krom-silikon
40H2MF – çelik i fortësuar nga krom-molibden-vanadiumi
40HNMA – çelik krom-nikel-molibden (AISI 4340, 40NiCrMo6, 40NiCrMo7, 36NiCrMo16, 1.6565)
45HN – çelik i ngurtësuar me krom-nikel
45HNMF / 45HNMFA - çelik krom-nikel-molibden-vanadium i përpunueshëm termikisht
Çeliqe të tjera aliazh strukturore
çelikë strukturorë të lidhur për karburizim
çeliku aliazh strukturor për nitridim
çeliku pranveror i aliazhit strukturor
çelikë mbajtës strukturorë aliazhesh
çeliku aliazh strukturor për trajtim termik
çelik strukturor i lidhur për funksionim në temperatura të larta - çelik kazani
telefon: + 48 63 2610519
kontakt@alfa-tech.com.pl