vědomosti

Č. 3. Vliv legujících prvků na plasticitu legovaných ocelí

 

Většinu legovaných ocelí lze zpracovávat tlakem, tj. mají plasticitu. S rostoucím množstvím legujících prvků se však obecně zvyšuje odolnost proti deformaci, snižuje se plasticita a zkracuje se teplotní rozsah plasticity, což způsobuje obtíže při zpracování tlakem. Následující text se zabývá vlivem různých legujících prvků na plasticitu oceli.    

                                          

Uhlík (C)

Uhlík je prvek běžně přítomný v oceli. S rostoucím obsahem uhlíku se zvyšuje odolnost oceli vůči deformaci a snižuje se její plasticita. Ocel s obsahem uhlíku až 1.4 % C však lze stále hladce válcovat a kovat. Ocel s obsahem uhlíku až 2.2 % C lze pouze válcovat a kovat je velmi obtížně, až do té míry, že je to prakticky nemožné.

Například v sovětských svářečských závodech se používá ocel 9V20 s následujícím chemickým složením: 1.8-2.2 % C, 0.35 % Si, 0.35 % Mn, 0.015 % S, 0.03 % P. Ingoty o hmotnosti 200 kilogramů lze válcovat normálně při 1000°C. S hodem 100 nejsou žádné zvláštní obtíže×Ocelové ingoty o průměru 100 mm stejného složení. Vliv legujících prvků na oxidační odolnost oceli souvisí s obsahem uhlíku v oceli, tj. se vztahem mezi těmito legujícími prvky a uhlíkem. Mnoho legujících prvků přidaných do oceli může tvořit karbidy nebo se rozpouštět ve feritu a austenitu. Pokud obsah legujících prvků vytvořených v oceli není vysoký, tyto prvky se rozpustí ve feritu nebo austenitu a vytvoří pevné roztoky obsahující uhlík. Dalšími formami slitin jsou Fe.₃M₄C, kde M představuje určitý legující prvek.

Pokud je obsah legujících prvků, které podporují tvorbu karbidů, vysoký, vznikají komplexní karbidy. Například pokud je obsah chromu vyšší než 2 %, Fe₃Cr₃C nebo Fe₄Cr₂Vzniká C; pokud je obsah chromu vyšší než 10–12 %, vzniká Cr₇C₃ se tvoří. Pokud je v oceli přítomen wolfram a molybden, Fe₃W₃C nebo Fe₄W₂C nebo Fe₄Mo₂Vzniká C. Tyto vzniklé sloučeniny Fe-Cr nebo Cr-C, stejně jako karbid wolframu a karbid molybdenu, je třeba zahřát na teplotu výrazně nad kritickým bodem, aby se rozpustily na austenit. Všechny karbidy se vyznačují vysokou tvrdostí, křehkostí, vysokým bodem tání (jako WC) a nízkou plasticitou. Přítomnost karbidových částic ve struktuře oceli má významný vliv na odolnost nástrojové oceli proti opotřebení. Změny ve struktuře oceli totiž úzce souvisejí s precipitací a koagulací karbidových částic. U některých ocelí dochází k segregaci karbidů – tedy k lokální akumulaci velkého množství karbidů, podobně jako u nekovových vměstků v oceli. U nástrojové oceli může docházet k odlupování čepele během používání a je ještě méně přijatelná u ložiskové oceli.

Z výše uvedených důvodů se legované oceli s vysokým obsahem karbidů obtížněji kují. Kování takové oceli obecně vyžaduje velkou míru deformace a kovací buchar s dostatečnou úderovou energií. Rovnoměrnost rozložení karbidových částic totiž závisí především na stupni deformace, úderové energii, způsobu kování a také na přísné kontrole počáteční teploty kování a způsobu chlazení.                                                

 

 

Mangan (Mn)

Mangan je jedním z nejhojnějších prvků v Číně, takže jak využít mangan k tavení různých nových druhů oceli, je velmi reálná otázka. V roce 1957 Čína jako první začala kovat ocel a vyrábět vysokopevnostní betonářské tyče 25MnSi tavením ve velkém měřítku a zvládla výrobní proces manganu 16. Kromě toho také provedla práci s formulací 16MnAl a 16MnAlTi atd.

Mangan je součástí karbidů a tvoří Mn₃Karbid C s uhlíkem, který je stabilnější a pevnější než karbid železa (cementit).

V oceli nejsou žádné čisté karbidy manganu, ale spíše komplexní karbidy FeMn.₃Typ C.

Mangan může zlepšit plasticitu oceli, protože se v oceli slučuje se sírou za vzniku MnS, který nahrazuje tepelnou křehkost FeS. Sulfid manganu má vyšší bod tání (1620 °C).℃) a existuje ve formě kulovitých částic v oceli, na rozdíl od sulfidu železa (FeS, bod tání 988℃), který je na hranicích zrn rozložen v síťovité formě. Sulfid manganu nezpůsobuje tepelnou křehkost při vysokých teplotách.

 

Mangan je v oceli vysoce citlivý na přehřátí. Podle údajů Obeleho a Goffela nemá mangan významný vliv na kujnost perlitické oceli (s obsahem uhlíku 0.2 % C a obsahem manganu menším než 0.5 % Mn a s obsahem uhlíku 0.8 % C a obsahem manganu větším než 12 %). Tepelná vodivost a kritický bod transformace austenitické manganové oceli (s obsahem uhlíku 0.2 % C a obsahem manganu větším než 12 % Mn a s obsahem uhlíku 0.8 % C a obsahem manganu větším než 7 % Mn) se snižují. Pokud je teplota kování manganu příliš vysoká, vytváří se hrubozrnná struktura, která kování ztěžuje (zhoršuje kujnost). Naopak, když se teplota kování sníží, objevuje se jemnozrnná struktura, která zlepšuje kujnost.    

                                          

Nikl (Ni)

Nikl má silnou schopnost absorbovat plyny během tavení oceli, zejména vodík. Pokud je obsah vodíku v oceli příliš vysoký, dochází k tvorbě velkého množství bublin. Zároveň, když primární krystaly hrubě rostou, vznikají trhliny podél hranic zrn. Tyto dvě vady jsou příčinou kovacích trhlin.

Účinek niklu je opačný než účinek manganu. Nikl může podporovat distribuci sulfidů v pastovité formě podél hranic zrn. Proto v niklové oceli, když se zvyšuje obsah síry, dochází během kování nebo válcování ke vzniku trhlin. U oceli s vysokým obsahem niklu je ohřev v pecním plynu obsahujícím síru velmi nežádoucí. Vzniklé sulfidy pronikají do hranic zrn oceli a způsobují povrchové trhliny během kování nebo válcování.

U vysokolegované oceli platí, že čím vyšší je obsah niklu, tím horší je kvalita povrchu oceli po kování. Nikl je prvek se slabou afinitou ke kyslíku. V důsledku silné oxidace železa a lokálního nárůstu niklu na povrchu oceli se povrchová vrstva stává červenou a křehkou.                                                  ​​​​​​​

Chrom (Cr)

Chrom je stříbřitě bílý kov s mírně namodralým odstínem, vyznačující se vysokou tvrdostí a bodem tání 1825 °C.°C. Je to silný karbidotvorný prvek. V perlitické oceli se karbidy začnou rozpouštět do pevného roztoku až nad A₃ bodu. V martenzitické oceli se karbidy začínají rozkládat až při teplotě 1200 °C°C. U ocelí s vysokým obsahem uhlíku a chromu jsou karbidy obzvláště stabilní a rozpouštějí se pouze v tekutých slitinách.

Chrom podporuje tvorbu velkých zrn (sloupcových krystalů) ve feritické manganové oceli, což je charakteristické zejména pro austenitické oceli (s vysokým obsahem chromu a niklu a chromu). Během chlazení se podél hranic hrubých zrn tvoří vnitřní smršťovací trhliny. Takové smršťovací trhliny se často vyskytují u velké části nízkouhlíkových ocelí.

Vysoce legované oceli, jako je ocel X12, lze kalením zahustit ochlazením na vzduchu, zatímco chromniklové oceli (3–4 % Ni a 1–1.5 % Cr) často vytvářejí povrchové trhliny. Kování takových ocelí je proto velmi obtížné a náchylné ke škrábání.

 

Pokud máte jakýkoli dotaz, poptávku, je třeba vyvinout nové díly nebo zlepšit váš dodavatelský řetězec, neváhejte nás kontaktovat info@castings-forging.com