Ջերմակայուն համաձուլվածքներ: Հատուկ պողպատներ և համաձուլվածքներ: Ջերմակայուն համաձուլվածքների արտադրություն և օգտագործում

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Ժամանակակից արդյունաբերությունը հնարավոր չէ պատկերացնել առանց այնպիսի նյութի, ինչպիսին պողպատն է: Մենք դրան հանդիպում ենք գրեթե ամեն քայլափոխի։ Դրա կազմի մեջ ներդնելով տարբեր քիմիական տարրեր՝ մեխանիկական և գործառնական հատկությունները կարող են զգալիորեն բարելավվել:

Ի՞նչ է պողպատը

Պողպատը համաձուլվածք է, որը պարունակում է ածխածին և երկաթ: Նաև նման համաձուլվածքը (ստորև նկարը) կարող է ունենալ այլ քիմիական տարրերի կեղտեր։

Կան մի քանի կառուցվածքային վիճակներ: Եթե ածխածնի պարունակությունը գտնվում է 0,025-0,8%-ի սահմաններում, ապա այդ պողպատները կոչվում են հիպոէուտեկտոիդ և իրենց կառուցվածքում ունեն պեռլիտ և ֆերիտ։ Եթե պողպատը հիպերէուտեկտոիդ է, ապա կարելի է դիտարկել պեռլիտիկ և ցեմենտիտային փուլերը։ Ֆերիտի կառուցվածքի առանձնահատկությունը նրա բարձր պլաստիկությունն է: Ցեմենտիտն ունի նաև զգալի կարծրություն։ Պեռլիտը ձևավորում է նախորդ երկու փուլերը: Այն կարող է ունենալ հատիկավոր ձև (ցեմենտիտի ներդիրները գտնվում են ֆերիտի հատիկների երկայնքով, որոնք ունեն կլոր ձև) և շերտավոր (երկու փուլերն էլ նման են թիթեղների)։ Եթե պողպատը տաքացվում է այն ջերմաստիճանից բարձր, որումտեղի են ունենում պոլիմորֆային փոփոխություններ, կառուցվածքը փոխվում է ավստենիտիկի։ Այս փուլն ավելացրել է պլաստիկությունը: Եթե ածխածնի պարունակությունը գերազանցում է 2,14%-ը, ապա այդպիսի նյութերն ու համաձուլվածքները կոչվում են չուգուն։

Պողպատի տեսակներ

Կախված բաղադրությունից՝ պողպատը կարող է լինել ածխածնային և համաձուլված։ 0,25%-ից պակաս ածխածնի պարունակությունը բնութագրում է մեղմ պողպատը: Եթե դրա քանակությունը հասնում է 0,55%-ի, ապա կարելի է խոսել միջին ածխածնի համաձուլվածքի մասին։ Պողպատը, որն իր բաղադրության մեջ պարունակում է ավելի քան 0,6% ածխածին, կոչվում է բարձր ածխածնային պողպատ։ Եթե համաձուլվածքի արտադրության գործընթացում տեխնոլոգիան ենթադրում է հատուկ քիմիական տարրերի ներմուծում, ապա այս պողպատը կոչվում է լեգիրված։ Տարբեր բաղադրիչների ներդրումը զգալիորեն փոխում է դրա հատկությունները: Եթե դրանց թիվը չի գերազանցում 4%-ը, ապա համաձուլվածքը ցածր լեգիրված է։ Միջին լեգիրված և բարձր լեգիրված պողպատն ունի համապատասխանաբար մինչև 11% և ավելի քան 12% ներդիրներ: Կախված այն տարածքից, որտեղ օգտագործվում են պողպատե համաձուլվածքները, առանձնանում են դրանց տեսակները՝ գործիքային, կառուցվածքային և հատուկ պողպատներ և համաձուլվածքներ։

Արտադրական տեխնոլոգիա

Պողպատի ձուլման գործընթացը բավականին աշխատատար է։ Այն ներառում է մի քանի փուլ. Առաջին հերթին անհրաժեշտ է հումք՝ երկաթի հանքաքար։ Առաջին փուլը ներառում է որոշակի ջերմաստիճանի տաքացում: Այս դեպքում տեղի են ունենում օքսիդատիվ պրոցեսներ։ Երկրորդ փուլում ջերմաստիճանը շատ ավելի բարձր է դառնում։ Ածխածնի օքսիդացման գործընթացներն ավելի ինտենսիվ են։ Հնարավոր է համաձուլվածքի լրացուցիչ հարստացում թթվածնով։ Ավելորդ կեղտը հեռացվում է ներսումխարամ. Հաջորդ քայլը պողպատից թթվածնի հեռացումն է, քանի որ այն զգալիորեն նվազեցնում է մեխանիկական հատկությունները: Սա կարող է իրականացվել դիֆուզիոն կամ նստվածքային եղանակով: Եթե դօքսիդացման գործընթացը տեղի չի ունենում, ապա ստացված պողպատը կոչվում է եռացող պողպատ: Հանգիստ խառնուրդը գազեր չի արտանետում, թթվածինը ամբողջությամբ հեռացվում է: Միջանկյալ դիրքը զբաղեցնում են կիսահանգիստ պողպատները։ Երկաթի համաձուլվածքների արտադրությունը տեղի է ունենում բաց օջախներում, ինդուկցիոն վառարաններում, թթվածնի փոխարկիչներում։

Պողպատե համաձուլվածք

Պողպատի որոշակի հատկություններ ստանալու համար նրա բաղադրության մեջ ներմուծվում են հատուկ լեգիրող նյութեր։ Այս համաձուլվածքի հիմնական առավելություններն են տարբեր դեֆորմացիաների նկատմամբ դիմադրության բարձրացումը, զգալիորեն մեծանում է մասերի և այլ կառուցվածքային տարրերի հուսալիությունը: Կոշտացումը նվազեցնում է ճաքերի և այլ թերությունների տոկոսը: Հաճախ տարբեր տարրերով հագեցվածության այս մեթոդը օգտագործվում է քիմիական կոռոզիայից դիմադրություն հաղորդելու համար: Բայց կան նաև մի շարք թերություններ. Նրանք պահանջում են լրացուցիչ մշակում, փաթիլների առաջացման հավանականությունը մեծ է։ Բացի այդ, ավելանում է նաև նյութի արժեքը։ Ամենատարածված համաձուլվածքային տարրերն են քրոմը, նիկելը, վոլֆրամը, մոլիբդենը, կոբալտը։ Դրանց կիրառման շրջանակը բավականին մեծ է։ Սա ներառում է մեքենաշինություն և խողովակաշարերի, էլեկտրակայանների, ավիացիայի և շատ ավելին մասերի արտադրություն:

Ջերմակայունության և ջերմակայունության հայեցակարգ

Ջերմակայունության հայեցակարգը վերաբերում է մետաղի կամ համաձուլվածքի կարողությանը պահպանել իր բոլոր բնութագրերը բարձր ջերմաստիճանում աշխատելիս: Նման միջավայրում, հաճախնկատվում է գազի կոռոզիա. Հետեւաբար, նյութը նույնպես պետք է դիմացկուն լինի իր գործողությանը, այսինքն, ջերմակայուն լինի: Այսպիսով, զգալի ջերմաստիճաններում օգտագործվող համաձուլվածքների բնութագրումը պետք է ներառի այս երկու հասկացությունները: Միայն այդ դեպքում նման պողպատները կապահովեն անհրաժեշտ ծառայության ժամկետը մասերի, գործիքների և այլ կառուցվածքային տարրերի համար:

Ջերմակայուն պողպատի առանձնահատկությունները

Այն դեպքերում, երբ ջերմաստիճանը հասնում է բարձր արժեքների, անհրաժեշտ է օգտագործել համաձուլվածքներ, որոնք չեն փլուզվի և չեն ենթարկվի դեֆորմացման: Այս դեպքում օգտագործվում են ջերմակայուն համաձուլվածքներ: Նման նյութերի աշխատանքային ջերմաստիճանը 500ºС-ից բարձր է: Նման պողպատներին բնորոշ կարևոր կետերն են դիմացկունության բարձր սահմանը, պլաստիկությունը, որը երկար ժամանակ պահպանվում է, ինչպես նաև հանգստի կայունությունը: Կան մի շարք տարրեր, որոնք կարող են զգալիորեն բարձրացնել դիմադրությունը բարձր ջերմաստիճանների նկատմամբ՝ կոբալտ, վոլֆրամ, մոլիբդեն։ Chromium-ը նույնպես պարտադիր բաղադրիչ է: Այն ոչ այնքան ազդում է ուժի վրա, որքան մեծացնում է մասշտաբի դիմադրությունը: Քրոմը նաև կանխում է կոռոզիոն գործընթացները։ Այս տեսակի համաձուլվածքների մեկ այլ կարևոր հատկանիշը դանդաղ սողումն է։

Ջերմակայուն պողպատների դասակարգում ըստ կառուցվածքի

Ջերմակայուն և ջերմակայուն համաձուլվածքները ֆերիտային դասի են, մարտենզիտային, ավստենիտիկ և ֆերիտ-մարտենզիտային կառուցվածքով: Առաջինները պարունակում են մոտ 30% քրոմ: Հատուկ մշակումից հետո կառուցվածքը դառնում է մանրահատիկ։ Եթե ջեռուցման ջերմաստիճանը գերազանցում է 850ºС, ապա հատիկներըավելանում են, և այդպիսի ջերմակայուն նյութերը դառնում են փխրուն: Մարտենզիտի դասին բնորոշ է հետևյալ քրոմի պարունակությունը՝ 4%-ից մինչև 12%: Նիկելը, վոլֆրամը և այլ տարրեր կարող են լինել նաև փոքր քանակությամբ: Դրանցից պատրաստվում են ավտոմեքենաների տուրբինների և փականների մասեր։ Պողպատները, որոնք ունեն մարտենսիտ և ֆերիտ իրենց կառուցվածքում, հարմար են մշտական բարձր ջերմաստիճանների և երկարատև շահագործման պայմաններում աշխատելու համար: Քրոմի պարունակությունը հասնում է 14%-ի։ Օստենիտը ստացվում է ջերմակայուն համաձուլվածքների մեջ նիկել ներմուծելով։ Նմանատիպ կառուցվածքով պողպատներն ունեն բազմաթիվ աստիճաններ։

Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքներ

Նիկելն ունի մի շարք օգտակար հատկություններ։ Այն դրականորեն ազդում է պողպատի աշխատունակության վրա (ինչպես տաք, այնպես էլ սառը): Եթե մի մասը կամ գործիքը նախատեսված է ագրեսիվ միջավայրում աշխատելու համար, ապա այս տարրի հետ համաձուլվածքը զգալիորեն մեծացնում է կոռոզիոն դիմադրությունը: Նիկելի հիմքով ջերմակայուն նյութերը բաժանվում են հետևյալ խմբերի՝ ջերմակայուն և իրականում ջերմակայուն։ Վերջինս պետք է ունենա նաև նվազագույն ջերմակայուն բնութագրեր։ Աշխատանքային ջերմաստիճանը հասնում է 1200ºС-ի։ Բացի այդ, ավելացվում է քրոմ կամ տիտան: Հատկանշական է, որ նիկելի հետ համաձուլված պողպատներն ունեն փոքր քանակությամբ կեղտեր, ինչպիսիք են բարիումը, մագնեզիումը, բորը, ուստի հացահատիկի սահմաններն ավելի ամրապնդվում են: Այս տեսակի ջերմակայուն համաձուլվածքները արտադրվում են դարբնոցների և գլանվածքի տեսքով: Հնարավոր է նաև մասեր ձուլել։ Նրանց կիրառման հիմնական ոլորտը գազատուրբինային տարրերի արտադրությունն է։ Նիկելի հիմքով ջերմակայուն համաձուլվածքները պարունակում են մինչև 30% քրոմ:Նրանք բավական լավ են տրամադրվում դրոշմելու, եռակցման համար: Բացի այդ, սանդղակի դիմադրությունը բարձր մակարդակի վրա է: Սա հնարավորություն է տալիս դրանք օգտագործել գազատար համակարգերում։

Ջերմակայուն տիտանի համաձուլվածքի պողպատ

Տիտանը ներմուծվում է փոքր քանակությամբ (մինչև 0,3%)։ Այս դեպքում այն մեծացնում է համաձուլվածքի ամրությունը։ Եթե դրա պարունակությունը շատ ավելի մեծ է, ապա որոշ մեխանիկական հատկություններ վատանում են (կարծրություն, ամրություն): Բայց պլաստիկությունը մեծանում է։ Սա հեշտացնում է պողպատի մշակումը: Տիտանի այլ բաղադրիչների հետ միասին ներմուծելով հնարավոր է զգալիորեն բարելավել ջերմակայուն բնութագրերը: Եթե ագրեսիվ միջավայրում աշխատելու անհրաժեշտություն կա (հատկապես երբ դիզայնը ենթադրում է եռակցում), ապա այս քիմիական տարրի հետ համաձուլումը արդարացված է։

Կոբալտի համաձուլվածքներ

Մեծ քանակությամբ կոբալտ (մինչև 80%) ուղղվում է այնպիսի նյութերի արտադրությանը, ինչպիսիք են ջերմակայուն և ջերմակայուն համաձուլվածքները, քանի որ այն հազվադեպ է օգտագործվում իր մաքուր տեսքով: Դրա ներդրումը մեծացնում է պլաստիկությունը, ինչպես նաև դիմադրությունը բարձր ջերմաստիճանում աշխատելիս: Եվ որքան բարձր է այն, այնքան մեծ է համաձուլվածքի մեջ ներմուծված կոբալտի քանակը: Որոշ ապրանքանիշերում դրա պարունակությունը հասնում է 30%-ի: Նման պողպատների մեկ այլ բնորոշ առանձնահատկությունը մագնիսական հատկությունների բարելավումն է: Այնուամենայնիվ, կոբալտի բարձր արժեքի պատճառով դրա օգտագործումը բավականին սահմանափակ է։

Մոլիբդենի ազդեցությունը ջերմակայուն համաձուլվածքների վրա

Այս քիմիական տարրը զգալիորեն ազդում է նյութի ամրության վրա բարձր ջերմաստիճաններում:

Այն հատկապես արդյունավետ է, երբ օգտագործվում է այլ տարրերի հետ միասին: Այն զգալիորեն մեծացնում է պողպատի կարծրությունը (արդեն 0,3% պարունակությամբ): Բարձրանում է նաև առաձգական ուժը։ Մեկ այլ դրական հատկանիշ, որ ունեն մոլիբդենի հետ համաձուլված ջերմակայուն համաձուլվածքները, օքսիդատիվ պրոցեսների նկատմամբ դիմադրողականության բարձր աստիճանն է։ Մոլիբդենը նպաստում է հացահատիկի մանրացմանը։ Թերությունը եռակցման դժվարությունն է։

Այլ հատուկ պողպատներ և համաձուլվածքներ

Որոշ առաջադրանքներ կատարելու համար պահանջվում են նյութեր, որոնք ունեն որոշակի հատկություններ: Այսպիսով, կարելի է խոսել հատուկ համաձուլվածքների օգտագործման մասին, որոնք կարող են լինել և՛ համաձուլված, և՛ ածխածնային։ Վերջինիս մեջ պահանջվող բնութագրերի ամբողջությունը ձեռք է բերվում այն պատճառով, որ համաձուլվածքների արտադրությունը և դրանց մշակումը տեղի է ունենում հատուկ տեխնոլոգիայի կիրառմամբ։ Նույնիսկ հատուկ համաձուլվածքները և պողպատները բաժանվում են կառուցվածքային և գործիքային: Այս տեսակի նյութերի հիմնական խնդիրների շարքում կարելի է առանձնացնել հետևյալը. կոռոզիայից և մաշվածության գործընթացներին դիմադրություն, ագրեսիվ միջավայրում աշխատելու ունակություն և բարելավված մեխանիկական բնութագրեր: Այս կատեգորիան ներառում է ինչպես ջերմակայուն պողպատներ, այնպես էլ բարձր աշխատանքային ջերմաստիճան ունեցող համաձուլվածքներ, և կրիոգեն պողպատներ, որոնք կարող են դիմակայել մինչև -296ºС:

Գործիքների պողպատ

Գործիքների արտադրության մեջ օգտագործվում է հատուկ գործիքային պողպատ: Նրանց աշխատանքային պայմանների տարբեր լինելու պատճառով նյութերը նույնպես ընտրվում են անհատապես։ Քանի որ գործիքների պահանջները բավականին բարձր են, համաձուլվածքների բնութագրերը դրանց համարարտադրությունը տեղին է. դրանք պետք է զերծ լինեն երրորդ կողմի կեղտերից, ներդիրներից, դեօքսիդացման գործընթացը լավ է իրականացվում, և կառուցվածքը միատարր է: Չափիչ գործիքների համար շատ կարևոր է ունենալ կայուն պարամետրեր և դիմակայել մաշվածությանը: Եթե խոսենք կտրող գործիքների մասին, ապա դրանք աշխատում են բարձր ջերմաստիճանի (կա ծայրի տաքացում), մշտական շփում և դեֆորմացիա։ Ուստի նրանց համար շատ կարևոր է պահպանել իրենց առաջնային կարծրությունը, երբ տաքանում են: Գործիքների պողպատի մեկ այլ տեսակ է բարձր արագությամբ պողպատը: Հիմնականում այն դոպինգ է վոլֆրամով։ Կոշտությունը պահպանվում է մինչև մոտ 600ºС ջերմաստիճանում։ Կան նաև պողպատներ: Դրանք նախատեսված են ինչպես տաք, այնպես էլ սառը ձևավորման համար։

Հատուկ խառնուրդի հավելվածներ

Արդյունաբերությունները, որոնք օգտագործում են հատուկ հատկանիշներով համաձուլվածքներ, շատ են: Իրենց բարելավված որակների շնորհիվ դրանք անփոխարինելի են մեքենաշինության, շինարարության և նավթարդյունաբերության մեջ: Ջերմակայուն և ջերմակայուն համաձուլվածքները օգտագործվում են տուրբինի մասերի, ավտոմեքենաների պահեստամասերի արտադրության մեջ։ Պողպատները, որոնք ունեն բարձր հակակոռոզիոն հատկություններ, անփոխարինելի են խողովակների, կարբյուրատորի ասեղների, սկավառակների և քիմիական արդյունաբերության տարբեր տարրերի արտադրության համար: Երկաթուղային ռելսեր, դույլեր, տրանսպորտային միջոցների գծեր՝ մաշվածության դիմացկուն պողպատներն այս ամենի հիմքն են: Հեղույսների, ընկույզների և նմանատիպ այլ մասերի զանգվածային արտադրության մեջ օգտագործվում են ավտոմատ համաձուլվածքներ։ Զսպանակները պետք է լինեն բավականաչափ առաձգական և մաշվածության դիմացկուն: Ահա թե ինչունյութը նրանց համար գարնանային պողպատն է: Այս որակը բարելավելու համար դրանք լրացուցիչ համաձուլվում են քրոմով, մոլիբդենով։ Բոլոր հատուկ համաձուլվածքները և պողպատները մի շարք հատուկ բնութագրերով կարող են նվազեցնել այն մասերի արժեքը, որտեղ նախկինում օգտագործվել են գունավոր մետաղներ: