Canllaw i Dur Di-staen Austenitig Perfformiad Uchel -- Trosolwg Metelegol

1. Mathau o ddur di-staen

Mae dur di-staen yn aloi sy'n seiliedig ar haearn gyda chynnwys cromiwm o ddim llai na 10.5 y cant. Fe'i defnyddir yn eang oherwydd ei wrthwynebiad cyrydiad da a pherfformiad tymheredd uchel. Pan fydd y cynnwys cromiwm yn cyrraedd 10.5 y cant, bydd haen o ocsid llawn cromiwm yn cael ei ffurfio ar wyneb dur, a elwir yn haen passivation neu ffilm passivation. Mae'r ffilm hon yn amddiffyn dur di-staen rhag rhydu fel dur cyffredin. Mae yna lawer o fathau o ddur di-staen, ond dylai pob dur di-staen fodloni'r gofyniad lleiaf o gynnwys cromiwm.

Rhennir dur di-staen yn bum categori: dur di-staen austenitig, dur di-staen ferritig, dur di-staen deublyg (gyda strwythur cymysg o ferrite ac austenite), dur di-staen martensitig a dur di-staen sy'n caledu dyddodiad. Mae dosbarthiad y categorïau hyn yn gysylltiedig â strwythur grisial (trefniant atomig) a thriniaeth wres o ddur di-staen. Gelwir grŵp o grisialau gyda'r un strwythur grisial mewn metel yn wedd. Mae tri phrif gam mewn dur di-staen: austenite, ferrite a martensite. Gellir pennu math a maint strwythur metallograffig dur di-staen trwy broses arolygu metallograffig safonol a microsgop metallograffig optegol.

Nodwedd dur di-staen austenitig yw bod y strwythur metallograffig yn austenitig yn bennaf. Mae strwythur grisial cyfnod austenite yn strwythur ciwbig wyneb-ganolog (fcc), hynny yw, mae atom ym mhob cornel a chanol pob wyneb y ciwb. Mewn cyferbyniad, strwythur grisial cyfnod ferrite yw strwythur ciwbig (bcc) sy'n canolbwyntio ar y corff, gydag un atom ym mhob cornel a chanol y ciwb. Strwythur grisial cyfnod martensite yw strwythur tetragonal straen uchel sy'n canolbwyntio ar y corff.

Strwythur grisial cyfnod austenit yw dellt ciwbig (fcc) wyneb-ganolog, dellt ciwbig (bcc) sy'n canolbwyntio ar y corff yw'r cyfnod ferrite, a dellt tetragonal (bct) sy'n canolbwyntio ar y corff yw'r cyfnod martensite.

 

1.1 Dur gwrthstaen austenitig:

Nid oes gan ddur di-staen austenitig unrhyw fagnetedd, cryfder cynnyrch canolig, cyfradd caledu gwaith uchel, cryfder tynnol uchel, plastigrwydd da a chaledwch tymheredd isel rhagorol. Yn wahanol i ddur di-staen eraill, mae caledwch dur gwrthstaen austenitig yn lleihau'n araf gyda'r gostyngiad mewn tymheredd. Nid oes gan ddur di-staen austenitig unrhyw dymheredd pontio hydwyth-brau pendant (DBTT), felly mae'n ddeunydd delfrydol ar gyfer cymwysiadau tymheredd isel.

Diagram o dymheredd pontio hydwyth-brau (DBTT) o ddur di-staen austenitig, ferritig a deublyg (austenitig-ferritig). Mae'r DBTT gwirioneddol yn dibynnu ar drwch yr adran, cyfansoddiad cemegol a maint grawn. Mae'r DBTT o ddur di-staen ferritig yn gyffredinol rhwng 20 a - 30 gradd C (70 i - 22 gradd F).

 

Mae gan ddur di-staen austenitig weldadwyedd da a gellir ei wneud yn siapiau cymhleth amrywiol. Ni ellir caledu na chryfhau'r gyfres hon o ddur di-staen trwy driniaeth wres, ond gellir ei gryfhau trwy ffurfio oer neu galedu gwaith (gweler ASTM A666). Mae gan ddur di-staen austenitig, yn enwedig dur di-staen austenitig safonol, anfantais bosibl, hynny yw, o'i gymharu â dur di-staen ferritig a dur di-staen deublyg, mae'n dueddol o gracio cyrydiad straen clorid.

Yn gyffredinol, mae 300 o gyfres neu ddur di-staen austenitig safonol yn cynnwys 8 y cant ~ 11 y cant o nicel a 16 y cant ~ 20 y cant o gromiwm. Mae strwythur metallograffig dur di-staen austenitig safonol yn cynnwys grawn austenitig yn bennaf ac mae'n cynnwys swm bach (1 ~ 5 y cant yn gyffredinol) o δ cyfnod Ferrite (Ffig. 3). Oherwydd presenoldeb cyfnod ferrite, mae gan y duroedd di-staen austenitig hyn ychydig o magnetedd.

Mae strwythur metallograffig nodweddiadol dur gwrthstaen ffug 304L yn cynnwys grawn austenitig a ferrite stribed unigol © TMR Di-staen.

 

O'i gymharu â 300 o ddur di-staen cyfres, mae gan 200 o ddur di-staen austenitig gynnwys Ni is, ond cynnwys Mn ac N uwch. Mae cyfernod caledu cryfder a straen 200 o ddur di-staen cyfres yn uwch na chyfres 300 o ddur di-staen. Oherwydd y cynnwys nicel isel, weithiau defnyddir dur gwrthstaen 200 cyfres yn lle rhad ar gyfer dur gwrthstaen 300 cyfres.

Mae microstrwythur dur di-staen austenitig perfformiad uchel i gyd yn gyfnod austenitig heb ferromagneteg (Ffig. 4). O'i gymharu â dur di-staen austenitig safonol, mae dur di-staen austenitig perfformiad uchel yn cynnwys mwy o elfennau nicel, cromiwm a molybdenwm, ac yn gyffredinol mae'n cynnwys nitrogen. Mae gan y duroedd di-staen hyn ymwrthedd cyrydiad cryf mewn amgylcheddau cyrydol megis cyfryngau asid cryf, alcali cryf a chlorid uchel, gan gynnwys dŵr hallt, dŵr môr a dŵr halen. O'i gymharu â dur gwrthstaen austenitig safonol, mae gan ddur di-staen austenitig perfformiad uchel radd cryfder uwch a gwell ymwrthedd i gracio cyrydiad straen.

Strwythur metallograffig o 6 y cant o ddur di-staen austenitig perfformiad uchel Mo, i gyd yn cynnwys grawn austenitig © TMR Di-staen.

 

1.2 Dur gwrthstaen ferritig:

Mae microstrwythur dur di-staen ferritig yn gyfnod ferrite. Mae gan ddur di-staen ferritig gynnwys nicel isel neu ddim o gwbl ac mae'n ferromagnetig. Ni ellir ei galedu gan driniaeth wres. Mae priodweddau ferromagnetig y math hwn o ddur di-staen yn debyg i eiddo dur carbon. Mae gan ddur di-staen ferritig gryfder da ac mae ymwrthedd i gracio cyrydiad straen clorid yn llawer gwell na dur di-staen austenitig cyfres 300 safonol. Fodd bynnag, mae eu ffurfadwyedd a'u weldadwyedd yn wael. Nid yw eu caledwch cystal â dur gwrthstaen austenitig, a bydd yn lleihau gyda thrwch yr adran yn cynyddu. Gyda'r gostyngiad mewn tymheredd, bydd dur gwrthstaen ferritig yn dangos trawsnewidiad hydwyth-brau amlwg. Yn gyfyngedig gan y ffactorau hyn, mae'r defnydd o ddur di-staen ferritig fel arfer yn gyfyngedig i gynhyrchion â thrwch wal teneuach, megis platiau tenau, stribedi a thiwbiau â waliau tenau.

 

1.3 Dur di-staen deublyg:

Mae dur di-staen dwplecs yn cynnwys cyfnod ferrite a chyfnod austenite, pob un yn cyfrif am tua hanner. Mae gan ddur di-staen dwplecs lawer o nodweddion dur di-staen austenitig a ferritig. Er na all triniaeth wres galedu duroedd o'r fath, mae eu cryfder cynnyrch fel arfer ddwywaith yn fwy na dur gwrthstaen austenitig safonol, ac mae eu hatyniad magnetig yn gymesur â ffracsiwn cyfaint y cyfnod ferrite. Mae eiddo deublyg strwythur metallograffig dur di-staen deublyg yn gwneud ei wrthwynebiad i gracio cyrydiad straen yn well na dur di-staen austenitig safonol.

 

1.4 Dur gwrthstaen martensitig:

Mae microstrwythur dur di-staen martensitig yn martensite yn bennaf, a all gynnwys ychydig o gamau eilaidd fel ferrite, austenite a carbid. Mae dur di-staen martensitig yn ferromagnetig ac yn debyg i ddur carbon. Mae'r caledwch terfynol yn dibynnu ar y driniaeth wres benodol. Mae gan ddur di-staen martensitig gryfder uchel, ymwrthedd gwisgo da, caledwch gwael a thymheredd pontio hydwyth-brau uchel. Maent yn anodd eu weldio ac yn gyffredinol mae angen triniaeth wres ôl-weldio arnynt. Felly, mae dur di-staen martensitig yn gyffredinol yn gyfyngedig i geisiadau nad ydynt yn weldio. Nid yw cynnwys cromiwm dur di-staen martensitig yn rhy uchel. Mae rhai elfennau cromiwm yn gwaddodi ar ffurf carbidau, gan arwain at ymwrthedd cyrydiad isel, yn gyffredinol is na'r dur di-staen austenitig safonol 304/304L. Oherwydd ei galedwch gwael a'i wrthwynebiad cyrydiad, defnyddir dur di-staen martensitig yn gyffredinol ar gyfer cymwysiadau sy'n gofyn am gryfder a chaledwch uchel, megis offer, caewyr a siafftiau.

 

1.5 Dur gwrthstaen caledu dyodiad:

Gall dur di-staen caledu dyodiad (PH) hefyd gael ei gryfhau trwy driniaeth wres. Nodwedd sylfaenol y math hwn o ddur di-staen yw bod ei gryfder rhannol yn cael ei gyflawni trwy fecanwaith dyddodiad. Cynhyrchir gwaddodion rhyngfetelaidd mân trwy driniaeth wres caledu heneiddio i wella'r cryfder. Oherwydd cynnwys cromiwm uchel, mae gan ddur di-staen caledu dyddodiad well ymwrthedd cyrydiad na dur di-staen martensitig, ac mae'n addas ar gyfer cymwysiadau cryfder uchel sy'n gofyn am ymwrthedd cyrydiad da. Defnyddir dur gwrthstaen caledu dyodiad yn bennaf ar gyfer ffynhonnau, caewyr, rhannau awyrennau, siafftiau, gerau, meginau a rhannau injan jet.

 

2. cyfansoddiad cyfnod:

Mae'r elfennau aloi yn effeithio ar y berthynas ecwilibriwm cyfnod ac yn cael dylanwad cryf ar sefydlogrwydd cyfnodau austenite, ferrite a martensite. Gellir rhannu elfennau sy'n cael eu hychwanegu at ddur di-staen yn elfennau ffurfio cyfnod ferrite neu elfennau ffurfio cyfnod austenite. Mae'r ecwilibriwm cam yn dibynnu ar gyfansoddiad cemegol, tymheredd anelio a chyfradd oeri'r dur. Mae ymwrthedd cyrydiad, cryfder, caledwch, weldadwyedd a ffurfadwyedd i gyd yn cael eu heffeithio gan gydbwysedd cam.

Mae elfennau ffurfio ferrite yn cyfrannu at ffurfio cyfnod ferrite, tra bod elfennau ffurfio austenite yn hyrwyddo ffurfio cyfnod austenite. Mae Tabl 3 yn rhestru elfennau ffurfio cyfnod ferrite ac austenit cyffredin. Mae gradd y dur di-staen a'i gymhwysiad yn pennu'r cydbwysedd cyfnod gofynnol. Mae gan y rhan fwyaf o ddur di-staen austenitig safonol ychydig o gyfnod ferrite o dan anelio hydoddiant. Gall anelio datrysiad wella weldadwyedd a chaledwch ar dymheredd uchel. Fodd bynnag, os yw cynnwys cyfnod ferrite yn rhy uchel, bydd priodweddau eraill megis ymwrthedd cyrydiad a chaledwch yn cael eu lleihau. Mae dur gwrthstaen austenitig perfformiad uchel wedi'i ddylunio yn unol â phob cyfnod austenitig o dan gyflwr anelio datrysiad.

 

Er mwyn rheoli cyfansoddiad cam dur ac felly priodweddau dur, mae angen cadw'r elfennau aloi mewn cydbwysedd. Mae diagram strwythur Schaeffler (Ffig. 5) yn adlewyrchu'r berthynas rhwng cyfansoddiad cemegol dur di-staen a'r strwythur cyfnod disgwyliedig yn y cyflwr solidification, fel y datgelir gan y microstrwythur weldio. Yn y modd hwn, gall defnyddwyr ragweld yr ecwilibriwm cyfnod yn seiliedig ar y cyfansoddiad cemegol a roddir. Cyfrifwch y "cyfwerth â nicel" a'r "cyfwerth â chromiwm" o'r cyfansoddiad cemegol a lluniwch nhw yn y ffigur. Mae fformiwla paramedrau cyffredin siart trefniadaeth Schaeffler fel a ganlyn:

Cyfwerth â nicel{{{0}} y cant Ni plws 30 y cant C plws 0.5 y cant Mn plws 30 y cant N

Cyfwerth â chromiwm{{{0}} y cant Cr plws y cant Mo plws 1.5 y cant Si plws 0.5 y cant Nb

Mae'r dur di-staen austenitig perfformiad uchel nodweddiadol yn cynnwys tua 20 y cant Cr, 6 y cant Mo, 20 y cant Ni a 0.2 y cant N, sydd wedi'i leoli yn y parth cyfnod austenitig un-cyfnod yn y ffigur, ger y "ferritig " llinell gyda nicel cyfwerth o tua 24 a chromiwm cyfwerth o tua 26. Mewn cyferbyniad, mae cyfansoddiad cemegol dur gwrthstaen safonol (fel 304) yn cyfateb i'r parth deublyg o austenite plws ferrite (A plws F) gyda swm bach o ferrite cyfnod. Mae dur di-staen ferritig yn y parth cyfnod ferrite yn y ffigwr, ac mae dur di-staen deublyg yn y parth deublyg austenite plus ferrite (A plus F).