В этой статье вы найдете ответы на вопросы о том, что такое легированная сталь, а также узнаете о ее составе, свойствах и распространенных областях применения. Легированная сталь используется сегодня во многих сферах. Узнайте об этом удивительном металле. Откройте для себя его многогранность.
Что такое сплавная сталь?
Рисунок 1 – Изображение сплавной стали
Сплавы могут состоять из хрома, никеля и уровней углерода от средних до низких.
Состав сплавной стали варьируется от минимума 1%, причем идеальное соотношение зависит от типа или назначения конкретной сплавной стали.
Обычно эта смесь создает прочный и гибкий материал, который выдерживает вибрацию и сохраняет форму при сильных температурах, что делает его подходящим для компонентов, таких как лопатки турбины или элементы авиакосмической техники.
Гибкость важна в этих случаях, и, как подразумевает название, сплавная сталь – это всеобъемлющий металл, популярный для многих применений из-за своей прочности и гибкости.
Примеры включают автомобильные компоненты или медицинские имплантаты для тела. Кроме того, у этого семейства металлов есть антикоррозионные свойства и высокая теплостойкость, объединяя другие элементы для формирования конкретных марок.
Типы сплавной стали!
Рисунок 2 – Выбор сплавной стали
Ниже мы рассмотрим два наиболее распространенных типа.
Низколегированная сталь
Низколегированная сталь определяется как минимальное количество легирующих элементов, с содержанием углерода от 0,05 до 0,25 процента по весу.
С другой стороны, у нее широкий спектр применения, такой как строительство, морское дело и промышленные производственные нужды.
Недавние достижения в составе облегчили сварку. Не требуется предварительное нагревание, и они являются магнитными датчиками.
Высоколегированная сталь
Иначе известная как инструментальная сталь или сталь высокоскоростная, они содержат небольшие количества по крайней мере 12 легирующих элементов. Хром является основным элементом.
Поскольку эти материалы обычно выдерживают более широкий диапазон температур и агрессивных химических веществ, чем другие металлические материалы, они идеально подходят для сложных приложений, связанных с экстремальными температурами или коррозионными химикатами.
Низколегированная сталь не может справиться с такими условиями. Высоколегированная сталь обычно дороже низколегированной. Их производство, требующее больше редких элементов, значительно увеличивает их стоимость.
Классификация на основе легирующих элементов
Наконец, сплавные стали могут быть классифицированы по материалам в их составе. То есть количество определенных компонентов определит тип сплава.
Сплав никеля имеет элементы, такие как никель и молибден. Выбирая правильные сплавные стали, вы можете обеспечить, чтобы ваш материал отвечал всем требованиям.
В зависимости от предполагаемого использования некоторые инструменты требуют крайней твердости при использовании в экстремальных температурах, таких как автозапчасти или инструменты.
| Свойство | Низколегированная сталь | Высоколегированная сталь | Примеры легирующих элементов |
| Содержание углерода | 0,05 – 0,25% по весу | Варьируется в зависимости от конкретного сплава | Углерод, Железо |
| Общие легирующие элементы | Марганец, Медь, Фосфор, Сера, Хром, Никель | Хром, по крайней мере 12 других элементов | Хром, Никель, Молибден |
| Типичное применение | Строительство, Морское дело, Промышленное производство | Инструментальная сталь, Сталь высокоскоростная, Авиационные двигатели, Режущие инструменты | |
| Основные преимущества | Широкий спектр применения, сваривается без предварительного нагревания, магнитно-чувствительная | Твердость, стойкость к износу и коррозии, производительность в экстремальных условиях | |
| Стоимость | Дешевле | Дороже из-за включения редких элементов |
Сравнение низколегированной и высоколегированной стали
Свойства сплавной стали!
Рисунок 3 – Состав сплавной стали
Сплавная сталь обладает лучшей обрабатываемостью и пластичностью, при этом их механические и химические свойства зависят от содержащихся в них элементов в диапазоне от 0 до 30%.
1. Механические свойства
Предел прочности является важным фактором, определяющим способность стали противостоять различным силам.
Имея способность выдерживать интенсивное бурение, они используются при бурении нефтяных скважин и в других требовательных приложениях.
Термическая обработка обеспечивает широкий диапазон твердости от Роквелла С48 до 79.
2. Химические свойства
Сплавная сталь содержит различные элементы, включая железо как основной материал и дополнительные составляющие медь, никель и молибден.
Содержа хотя бы 10% хрома и до 30%, это улучшает стойкость к коррозии, закалываемость и упругую пластичность; иногда в ней содержатся никель или молибден.
| Свойство | Сталь (сплавная) | Сталь (углеродистая) | Инструментальная сталь | Пример сплавной стали |
| Отношение прочности к весу | Выше | Ниже | Ниже | Нержавеющая сталь |
| Обрабатываемость | Обычно лучше, чем у углеродистых/инструментальных сталей | Средняя | Средняя | Н/Д |
| Пластичность | Лучше, чем у углеродистых/инструментальных сталей | Средняя до плохой | Плохая | Н/Д |
| Предел прочности | Выше | Ниже | Н/Д | Н/Д |
| Диапазон твердости (Роквелла С) | С48 – С79 (с термической обработкой) | Н/Д | Н/Д | Н/Д |
| Химический состав | Железо, 0-30% других элементов (например, медь, никель, молибден, хром) | В основном углерод и железо | Железо, углерод и другие легирующие элементы | 30% других элементов и 10% хрома |
Свойства сплавной стали
Производственный процесс сплавной стали!
Рисунок 4 – Производственный процесс
Необходимо изучить сплавы и процессы, используемые при их производстве.
Легирование включает сочетание различных элементов, например; углерода и других примесей, таких как алюминий или хром.
Тем не менее, они создают прочные и прочные сплавы для использования в различных областях применения. Ниже приведены распространенные процессы:
Горячекатанье
Один из распространенных методов обработки сплавной стали – горячекатанье, которое заключается в нагреве ее до высоких температур для уменьшения толщины, повышения прочности или устранения дефектов в металлической детали.
Горячекатанье хорошо подходит для сложных форм и может быть эффективно для изготовления тонких секций, однако оно не подходит для сложных компонентов из сплавной стали.
Холодная вытяжка
Холодная вытяжка или экструзия, эффективная техника для формирования тонкостенных деталей, заключается в прокатке металла через матрицы.
Материал сплавной стали текуч и в конечном итоге создает точную деталь. Послеобработка, такая как обработка, требуется небольшая или отсутствует.
Ковка
Ковка – метод, используемый для создания прочных и пластичных форм путем прессования, молоткования или применения других сжимающих сил, что относится к процессу преобразования твердого металла в дискретные компоненты.
Литье
Сварка и литейные техники являются неотъемлемыми для изготовления сплавов. В то же время они обеспечивают прекрасную прочность деталей сложных форм или конструкций, которые невозможно создать с использованием других методов изготовления, особенно для крупных деталей.
Для легированной стали литье требует форм, которые используют инвестиции или литье в песчаные формы для создания желаемых форм. Жидкий металл заливается в нагретые формы.
Экструзия
Экструзия – еще один способ формирования легированной стали с сложными деталями, который является непрерывным процессом, при котором расплавленный металл подается в отверстие под давлением.
Подобно холодной вытяжке без использования матриц, этот метод создания продукции, такой как бруски и стержни, менее сложен, чем другие методы работы с сплавами.
Порошковая металлургия
Порошковая металлургия включает сжатие маленьких частиц металлического порошка вместе при повышенных температурах.
Создание сложных форм с интерактивными геометриями при более низкой стоимости становится возможным за счет производства легированных компонентов из порошка, что позволяет создавать сложные конструкции, которые недостижимы с использованием традиционных методов.
Аддитивное производство (печать)
3D печать также известна как аддитивное производство. Более того, этот метод наносит слои друг на друга, достигая желаемой формы металлической детали с точностью и повторяемостью.
Будучи идеальным выбором для формирования практически любой геометрии, он идеально подходит для различных легированных компонентов с множеством сложных элементов.
Легирование электроплавлением
Легирование электросталеплавлением использует дугу для эффективного плавления сплава в больших количествах, улучшая устойчивость к коррозии.
Работа с большими количествами более экономична, чем альтернативные методы, такие как лазерное плавление.
Вакуумная дуговая переплавка
Вакуумная дуговая переплавка является эффективным и основным процессом в производстве компонентов из легированной стали, создающим гомогенные сплавы с превосходными свойствами.
Такой процесс, идеальный для авиационной и автомобильной промышленности, работает путем плавления сплава в высококонтролируемой среде.
Обеспечивая минимальное загрязнение и повышенные уровни чистоты, он идеально подходит для производства прочных материалов, таких как нержавеющая сталь.
| Процесс | Описание | Применимые формы и размеры | Преимущества |
| Горячее прокатывание | Один из часто используемых методов заключается в нагреве легированной стали с целью повышения прочности, устранения дефектов или сужения ширины. | Сложные формы и тонкие секции | Эффективно для широкого спектра применений |
| Холодная вытяжка | Протягивание легированной стали через матрицы для придания ей формы; подходит для тонкостенных деталей. | Тонкостенные детали | Точные компоненты, меньше послепроцессинга |
| Кузнечное дело | Преобразование твердого металла в отдельные компоненты путем прессования, кувыркания или применения сжимающих сил. | Разнообразные легированные компоненты | Отличная прочность и пластичные свойства |
| Литье | Создание сложных форм с использованием инвестиционного или песчаного литья путем заливки жидкого металла в нагретые формы. | Большие размеры и сложные формы | Подходит для сложных форм и конструкций |
| Экструзия | Протягивание расплавленного металла в отверстие под давлением без использования матриц. | Бруски, стержни и менее сложные детали | Подходит для непрерывного производства |
| Порошковая металлургия | Сжатие частиц металлического порошка вместе при повышенных температурах для создания сложных форм. | Очень сложные и интерактивные геометрии | Более низкая стоимость, сложные дизайны |
| Аддитивное производство | Процесс 3D-печати, наносящий слои для создания желаемой формы металлической детали с точностью и повторяемостью. | Множество сложных элементов | Применим к практически любой геометрии |
| Легирование электроплавлением | Плавление сплава с помощью дуги для улучшения свойств и экономичности в больших количествах. | Большие количества | Улучшенная прочность, устойчивость к коррозии |
| Вакуумная дуговая переплавка | Плавление сплава в контролируемой среде для минимального загрязнения и повышенных уровней чистоты. | Компоненты авиационной и автомобильной промышленности | Превосходные свойства, идеально подходит для прочных материалов |
Процессы производства легированной стали
Применение легированной стали!
Рисунок 5 – Применение легированной стали в автомобильной промышленности
Легированная сталь имеет множество применений в автомобильной, строительной и энергетической промышленности благодаря ее более высокой пределу текучести и разрывной прочности.
Вам нужно проанализировать различные применения легированных сталей, которые соответствуют их различным свойствам, таким как лучшая устойчивость к коррозии по сравнению с обычной сталью.
· Автомобильная и транспортная отрасль
Легкие автомобили потребляют меньше топлива, что снижает энергопотребление и выбросы. Для высокопроизводительных автомобилей легированная сталь устойчива к износу.
Необходимо отметить, что они устойчивы к износу от трения или высокопрочных частей, а также к некоторым видам коррозии, что делает их подходящими для компонентов, таких как блоки двигателя, шатуны поршней, турбонаддувы и коленчатый вал.
· Строительство и инфраструктура
Легированная сталь используется в строительных проектах, таких как трубопроводы и мосты, поскольку она может выдерживать экстремальные условия, такие как высокое давление.
Сталь с высокой пределом текучести (HSLA) чрезвычайно устойчива к растяжению и прекрасно подходит для компонентов, критически важных для безопасности, благодаря ее пластичности, позволяющей ей принимать любую желаемую форму.
· Энергетика
Большие конструкции, подвергающиеся высоким температурам и давлениям, такие как производство энергии от кипящей воды или газовые котлы, требуют использования легированной стали из-за ее уникальных характеристик.
Поскольку она устойчива к высоким температурам и коррозии, ее широко используют в отопительных элементах и котлах, включая ядерные электростанции, затворы, фланцы и турбины.
· Авиационная и оборонная отрасль
Легированная сталь используется в авиационной промышленности, такой как спутники, ракеты и авиационные компоненты. Теплостойкие сплавы идеально подходят для условий повышенной температуры.
Предотвращение структурных повреждений из-за экстремальных условий является важным аспектом в авиационной промышленности, особенно в отношении их технических возможностей.
· Бытовые продукты
Нержавеющая сталь в ювелирных изделиях не подвержена коррозии и имеет отличный блеск. Изделия из нержавеющей стали, такие как посуда, ножи и ножницы, получают преимущества от легированной стали.
Хотя используемый класс важен, процесс производства также создает полезные побочные продукты, например шлак, которые можно повторно использовать позже.
Важность стандартов и сертификации в отрасли легированной стали!
Стандарты и сертификация критически важны для клиентов, оценивающих качество легированной стали, гарантируя обязательства производителей.
Они также гарантируют, что продукция соответствует определенным требованиям, включая международные или отраслевые стандартизированные критерии спецификаций. Рассматриваются такие критерии, как марка, химический состав и механические свойства.
1. Обзор общих международных стандартов
ASTM A1018/A1018M
Для полного набора вариантов стальной продукции этот стандарт охватывает горячекатаные продукты в виде тяжелых, толстых рулонов с характеристиками холодной формовки. Также указаны требования к плотности для сталей с высоким пределом текучести.
AISI 4140
AISI 4140, широко используемая авиационной промышленностью для таких приложений, как держатели инструментов и станков, включает хром, м
BS EN 10083-3
BS EN 10083-3 охватывает отжигаемые и отпущенные стали сплава, которые используются для ковки, такие как бруски и кованые заготовки различных форм.
Этот стандарт используется для компонентов, требующих повышенной износостойкости, прочности или пластичности при повышенных температурах.
SAE 4130
Широко используемая сталь сплава SAE 4130 обладает высокой прочностью при повышенных температурах благодаря содержанию никеля и хрома. Применение включает зубчатые передачи, валы и другие детали трансмиссии, требующие повышенной прочности.
AISI 316
Нержавеющая сталь AISI 316 отлично подходит для сопротивления коррозии или обладает свойствами, устойчивыми к пресной воде, и при определенных условиях создает пластичный продукт.
2. Меры контроля качества и методы испытаний для сталей сплава
Спектрометрическое испытание
Спектрометрическое испытание определяет класс и содержание элементов сплава в стальной продукции путем анализа материалов, таких как слитки или заготовки, которые используются перед производством чернорабочего продукта.
Испытание магнитными частицами
К этому испытанию применяются магнитные частицы, которые осматривают детали на наличие поверхностных дефектов и могут обнаруживать аномалии, такие как трещины или другие несовершенства с высокой точностью обнаружения.
Радиографическое испытание
Радиографическое испытание осматривает сварные швы на предмет структурной целостности и более точное, чем другие виды осмотра, позволяет обнаруживать глубоко залегающие дефекты, которые невидимы при визуальном осмотре.
Испытание на твердость
Твердость сплава измеряется по шкале Бринелля или Роквелла. Пробоины создаются для измерения глубины и площади поверхности, что помогает определить прочностные характеристики деталей. Детали, такие как зубчатые колеса или валы, требуют прочных, но пластичных поверхностей.
Испытание на ударную вязкость
Испытание на ударную вязкость измеряет реакцию материала на внешнюю силу и используется для испытания сварных соединений, деталей инженерных конструкций или плитчатых материалов для определения прочности продукта, обычно испытываемого при различных температурах.
Микроструктурное испытание
Микроструктурное испытание становится все более популярным и используется при анализе металлов или сплавов для идентификации состава, зеренных границ и поверхностных особенностей.
Металлографическое испытание
Для этого испытания образец помещается в ванну с реагентом для наблюдения его структуры и изучения металлической или сплавной поверхности, что позволяет оценить эксплуатационные параметры.
Испытания на производительность
Используются испытания, такие как испытание на сопротивление коррозии и испытание на выносливость на разрыв. Определенные детали анализируются в условиях имитации.
Заключение
Сталь сплава является важным компонентом современного общества, применение которого варьируется от биомедицинских имплантатов до авиационной промышленности.
Сталь сплавы различаются по своему составу, обеспечивая разнообразный набор свойств, таких как износостойкость и тепловая стойкость, которые зависят от желаемого применения.
Быстрое развитие технологий требует создания лучших, более устойчивых продуктов, которые продолжат оставаться важными в будущем.
KdmFab предлагает исчерпывающее руководство по изучению многосторонности его использования. Исследуйте различные продукты, которые можно изготовить из стали сплава!
