Paduan tahan panas. Baja dan paduan khusus. Produksi dan penggunaan paduan tahan panas

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Industri modern tidak dapat dibayangkan tanpa material seperti baja. Kami menghadapinya di hampir setiap belokan. Dengan memasukkan berbagai unsur kimia ke dalam komposisinya, sifat mekanik dan operasional dapat ditingkatkan secara signifikan.

Apa itu baja

Baja adalah paduan yang mengandung karbon dan besi. Juga, paduan semacam itu (foto di bawah) mungkin memiliki pengotor unsur kimia lainnya.

Ada beberapa status struktural. Jika kandungan karbon dalam kisaran 0,025-0,8%, maka baja ini disebut hypoeutektoid dan memiliki perlit dan ferit dalam strukturnya. Jika baja hipereutektoid, maka fase perlitik dan sementit dapat diamati. Fitur dari struktur ferit adalah plastisitasnya yang tinggi. Sementit juga memiliki kekerasan yang cukup besar. Perlite membentuk kedua fase sebelumnya. Ini dapat memiliki bentuk granular (penyertaan sementit terletak di sepanjang butiran ferit, yang memiliki bentuk bulat) dan pipih (kedua fase terlihat seperti pelat). Jika baja dipanaskan di atas suhu di manamodifikasi polimorfik terjadi, struktur berubah menjadi austenitik. Fase ini mengalami peningkatan plastisitas. Jika kandungan karbon melebihi 2,14%, maka bahan dan paduan tersebut disebut besi tuang.

Jenis baja

Tergantung pada komposisinya, baja dapat berupa karbon dan paduan. Kandungan karbon kurang dari 0,25% mencirikan baja ringan. Jika jumlahnya mencapai 0,55%, maka kita dapat berbicara tentang paduan karbon sedang. Baja, yang memiliki lebih dari 0,6% karbon dalam komposisinya, disebut baja karbon tinggi. Jika, dalam proses produksi paduan, teknologinya melibatkan pengenalan unsur-unsur kimia tertentu, maka baja ini disebut paduan. Pengenalan berbagai komponen secara signifikan mengubah sifat-sifatnya. Jika jumlahnya tidak melebihi 4%, maka paduannya adalah paduan rendah. Baja paduan menengah dan baja paduan tinggi masing-masing memiliki inklusi hingga 11% dan lebih dari 12%. Tergantung pada area di mana paduan baja digunakan, ada beberapa jenis: perkakas, baja struktural dan khusus dan paduan.

Teknologi produksi

Proses peleburan baja cukup melelahkan. Ini mencakup beberapa tahap. Pertama-tama, Anda membutuhkan bahan baku - bijih besi. Tahap pertama melibatkan pemanasan sampai suhu tertentu. Dalam hal ini, proses oksidatif terjadi. Pada tahap kedua, suhu menjadi jauh lebih tinggi. Proses oksidasi karbon lebih intensif. Pengayaan tambahan paduan dengan oksigen dimungkinkan. Kotoran yang tidak perlu dihilangkan dalamterak. Langkah selanjutnya adalah menghilangkan oksigen dari baja, karena secara signifikan mengurangi sifat mekanik. Ini dapat dilakukan dengan cara difusi atau pengendapan. Jika proses deoksidasi tidak terjadi, maka baja yang dihasilkan disebut baja didih. Paduan yang tenang tidak mengeluarkan gas, oksigen dihilangkan sepenuhnya. Posisi perantara ditempati oleh baja semi-tenang. Produksi paduan besi berlangsung di perapian terbuka, tungku induksi, konverter oksigen.

Pemaduan baja

Untuk mendapatkan sifat baja tertentu, zat paduan khusus dimasukkan ke dalam komposisinya. Keuntungan utama dari paduan ini adalah peningkatan ketahanan terhadap berbagai deformasi, keandalan bagian dan elemen struktural lainnya meningkat secara signifikan. Pengerasan mengurangi persentase retak dan cacat lainnya. Seringkali metode saturasi dengan elemen yang berbeda ini digunakan untuk memberikan ketahanan terhadap korosi kimia. Tetapi ada juga sejumlah kelemahan. Mereka membutuhkan pemrosesan tambahan, kemungkinan munculnya serpihan tinggi. Selain itu, biaya material juga meningkat. Unsur paduan yang paling umum adalah kromium, nikel, tungsten, molibdenum, kob alt. Cakupan aplikasi mereka cukup besar. Ini termasuk teknik mesin, dan pembuatan suku cadang untuk jaringan pipa, pembangkit listrik, penerbangan, dan banyak lagi.

Konsep tahan panas dan tahan panas

Konsep ketahanan panas mengacu pada kemampuan logam atau paduan untuk mempertahankan semua karakteristiknya saat bekerja pada suhu tinggi. Dalam lingkungan seperti itu, seringkalikorosi gas diamati. Oleh karena itu, bahan juga harus tahan terhadap aksinya, yaitu tahan panas. Dengan demikian, karakterisasi paduan yang digunakan pada suhu yang signifikan harus mencakup kedua konsep ini. Hanya dengan demikian baja tersebut akan memberikan masa pakai yang diperlukan untuk suku cadang, perkakas, dan elemen struktural lainnya.

Fitur Baja Tahan Panas

Dalam kasus di mana suhu mencapai nilai tinggi, penggunaan paduan diperlukan yang tidak akan runtuh dan menyerah pada deformasi. Dalam hal ini, paduan tahan panas digunakan. Suhu operasi untuk bahan tersebut di atas 500ºС. Poin penting yang menjadi ciri baja tersebut adalah batas daya tahan tinggi, plastisitas, yang bertahan lama, serta stabilitas relaksasi. Ada sejumlah elemen yang secara signifikan dapat meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi: kob alt, tungsten, molibdenum. Chromium juga merupakan komponen yang diperlukan. Itu tidak terlalu mempengaruhi kekuatan karena meningkatkan resistensi skala. Kromium juga mencegah proses korosi. Karakteristik penting lain dari paduan jenis ini adalah creep lambat.

Klasifikasi baja tahan panas berdasarkan struktur

Paduan tahan panas dan tahan panas adalah dari kelas feritik, martensit, austenitik dan dengan struktur feritik-martensit. Yang pertama mengandung sekitar 30% kromium. Setelah pemrosesan khusus, struktur menjadi berbutir halus. Jika suhu pemanasan melebihi 850, maka biji-bijianmeningkat, dan bahan tahan panas tersebut menjadi rapuh. Kelas martensit dicirikan oleh kandungan kromium berikut: dari 4% hingga 12%. Nikel, tungsten, dan elemen lainnya mungkin juga ada dalam jumlah kecil. Bagian dari turbin dan katup di mobil dibuat darinya. Baja yang memiliki struktur martensit dan ferit cocok untuk operasi pada suhu tinggi yang konstan dan operasi jangka panjang. Kandungan krom mencapai 14%. Austenit diperoleh dengan memasukkan nikel ke dalam paduan tahan panas. Baja dengan struktur serupa memiliki banyak tingkatan.

Paduan berbasis nikel

Nikel memiliki sejumlah sifat yang berguna. Ini memiliki efek positif pada kemampuan kerja baja (baik panas maupun dingin). Jika bagian atau alat dirancang untuk bekerja di lingkungan yang agresif, maka paduan dengan elemen ini secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Bahan tahan panas berbasis nikel dibagi menjadi beberapa kelompok berikut: tahan panas dan sebenarnya tahan panas. Yang terakhir juga harus memiliki karakteristik tahan panas minimum. Suhu kerja mencapai 1200. Selain itu, kromium atau titanium ditambahkan. Secara karakteristik, baja paduan dengan nikel memiliki sedikit pengotor seperti barium, magnesium, boron, sehingga batas butir lebih kuat. Paduan tahan panas jenis ini diproduksi dalam bentuk tempa dan produk canai. Hal ini juga memungkinkan untuk melemparkan bagian. Area aplikasi utama mereka adalah pembuatan elemen turbin gas. Paduan tahan panas berbasis nikel mengandung hingga 30% kromium. Mereka meminjamkan diri mereka cukup baik untuk stamping, pengelasan. Selain itu, resistensi skala berada pada level tinggi. Hal ini memungkinkan untuk menggunakannya dalam sistem pipa gas.

Baja paduan titanium tahan panas

Titanium diperkenalkan dalam jumlah kecil (hingga 0,3%). Dalam hal ini, meningkatkan kekuatan paduan. Jika isinya jauh lebih tinggi, maka beberapa sifat mekanik memburuk (kekerasan, kekuatan). Tapi plastisitasnya meningkat. Ini memfasilitasi pemrosesan baja. Dengan pengenalan titanium bersama dengan komponen lain, adalah mungkin untuk secara signifikan meningkatkan karakteristik tahan panas. Jika ada kebutuhan untuk bekerja di lingkungan yang agresif (terutama ketika desain melibatkan pengelasan), maka paduan dengan elemen kimia ini dibenarkan.

Paduan kob alt

Kob alt dalam jumlah besar (hingga 80%) digunakan untuk produksi bahan seperti paduan tahan panas dan tahan panas, karena jarang digunakan dalam bentuk murni. Pengenalannya meningkatkan plastisitas, serta ketahanan saat bekerja pada suhu tinggi. Dan semakin tinggi, semakin tinggi jumlah kob alt yang dimasukkan ke dalam paduan. Di beberapa merek, kandungannya mencapai 30%. Fitur karakteristik lain dari baja tersebut adalah peningkatan sifat magnetik. Namun, karena mahalnya kob alt, penggunaannya agak terbatas.

Pengaruh molibdenum pada paduan tahan panas

Elemen kimia ini secara signifikan mempengaruhi kekuatan material pada suhu tinggi.

Ini sangat efektif jika digunakan bersama dengan elemen lain. Ini secara signifikan meningkatkan kekerasan baja (sudah pada konten 0,3%). Kekuatan tarik juga meningkat. Fitur positif lain yang dimiliki paduan tahan panas dengan molibdenum adalah tingkat ketahanan yang tinggi terhadap proses oksidatif. Molibdenum berkontribusi pada penggilingan biji-bijian. Kekurangannya adalah sulitnya mengelas.

Baja dan paduan khusus lainnya

Untuk melakukan tugas tertentu, diperlukan bahan yang memiliki sifat tertentu. Dengan demikian, kita dapat berbicara tentang penggunaan paduan khusus, yang dapat berupa paduan dan karbon. Dalam yang terakhir, serangkaian karakteristik yang diperlukan tercapai karena fakta bahwa pembuatan paduan dan pemrosesannya dilakukan menggunakan teknologi khusus. Bahkan paduan dan baja khusus dibagi menjadi struktural dan perkakas. Di antara tugas utama untuk jenis bahan ini, berikut ini dapat dibedakan: ketahanan terhadap proses korosi dan keausan, kemampuan untuk bekerja di lingkungan yang agresif, dan peningkatan karakteristik mekanis. Kategori ini mencakup baja dan paduan tahan panas dengan suhu operasi tinggi, dan baja kriogenik yang dapat bertahan hingga -296ºС.

Alat baja

Baja perkakas khusus digunakan dalam produksi perkakas. Karena kenyataan bahwa kondisi kerja mereka berbeda, bahan juga dipilih secara individual. Karena persyaratan alat cukup tinggi, karakteristik paduan untuknya:produksi sesuai: mereka harus bebas dari pengotor pihak ketiga, inklusi, proses deoksidasi dilakukan dengan baik, dan strukturnya homogen. Sangat penting bagi alat ukur untuk memiliki parameter yang stabil dan tahan aus. Jika kita berbicara tentang alat pemotong, maka mereka bekerja pada suhu tinggi (ada pemanasan tepi), gesekan konstan dan deformasi. Oleh karena itu, sangat penting bagi mereka untuk mempertahankan kekerasan primer mereka saat dipanaskan. Jenis lain dari baja perkakas adalah baja kecepatan tinggi. Pada dasarnya, itu didoping dengan tungsten. Kekerasan dipertahankan hingga suhu sekitar 600ºС. Ada juga baja mati. Mereka dirancang untuk pembentukan panas dan dingin.

Aplikasi Paduan Khusus

Industri yang menggunakan paduan dengan karakteristik khusus banyak. Karena kualitasnya yang meningkat, mereka sangat diperlukan dalam teknik mesin, konstruksi, dan industri minyak. Paduan tahan panas dan tahan panas digunakan dalam pembuatan suku cadang turbin, suku cadang untuk mobil. Baja yang memiliki karakteristik anti korosi yang tinggi sangat diperlukan untuk produksi pipa, jarum karburator, piringan, dan berbagai elemen industri kimia. Rel kereta api, ember, trek untuk kendaraan - baja tahan aus adalah dasar untuk semua ini. Dalam produksi massal baut, mur dan bagian serupa lainnya, paduan otomatis digunakan. Pegas harus cukup elastis dan tahan aus. Itu sebabnyabahan untuk mereka adalah baja pegas. Untuk meningkatkan kualitas ini, mereka juga dicampur dengan kromium, molibdenum. Semua paduan dan baja khusus dengan serangkaian karakteristik khusus dapat mengurangi biaya suku cadang yang sebelumnya menggunakan logam non-ferro.