Acciaio ipoeutettoide: struttura, proprietà, produzione e applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'uso degli acciai al carbonio è diffuso nell'edilizia e nell'industria. Il gruppo del cosiddetto ferro tecnico presenta molti vantaggi che portano ad un aumento delle prestazioni dei prodotti finali e delle strutture. Oltre alle ottime caratteristiche di resistenza e resistenza alle sollecitazioni, queste leghe si distinguono anche per proprietà dinamiche flessibili. In particolare, l'acciaio ipoeutettoide, che contiene anche una notevole percentuale di miscele di carbonio, è apprezzato per la sua elevata duttilità. Ma questi non sono tutti i vantaggi di questa varietà di ferro ad alta resistenza.

Informazioni generali sulla lega

Una caratteristica distintiva dell'acciaio è la presenza di speciali impurità legate e carbonio nella struttura. In re altà, la lega ipoeutettoide è determinata dal contenuto di carbonio. Qui è importante distinguere tra gli acciai classici eutettoidi e ledeburiti, che hanno molto in comune con la varietà descritta di ferro tecnico. Se consideriamo la classe strutturale dell'acciaio, la lega ipoeutettoide si riferirà agli eutettoidi, ma contenenti ferriti e perlite legate. La differenza fondamentale rispetto agli ipereutettoidi è il livello di carbonio inferiore allo 0,8%. Superare questoindicatore ci permette di classificare l'acciaio come eutettoidi a tutti gli effetti. In qualche modo, l'opposto dell'ipoeutettoide è l'acciaio ipereutettoide, che, oltre alla perlite, contiene anche impurità secondarie di carburi. Pertanto, ci sono due fattori principali che consentono di distinguere le leghe ipoeutettoidi dal gruppo generale di eutettoidi. In primo luogo, si tratta di un contenuto di carbonio relativamente basso e, in secondo luogo, si tratta di un insieme speciale di impurità, la cui base è la ferrite.

Tecnologia di produzione

Il processo tecnologico generale per la produzione dell'acciaio ipoeutettoide è simile alla produzione di altre leghe. Cioè, vengono utilizzate all'incirca le stesse tecniche, ma in configurazioni diverse. L'acciaio ipoeutettoide richiede un'attenzione particolare in termini di ottenimento della sua struttura specifica. Per questo, viene utilizzata una tecnologia per garantire la decomposizione dell'austenite sullo sfondo del raffreddamento. A sua volta, l'austenite è una miscela combinata, che include la stessa ferrite e perlite. Regolando l'intensità del riscaldamento e del raffreddamento, i tecnologi possono controllare la dispersione di questo additivo, che alla fine influisce sulla formazione di alcune qualità prestazionali del materiale.

Tuttavia, il carbonio fornito dalla perlite rimane lo stesso. Sebbene la successiva ricottura possa correggere la formazione della microstruttura, il contenuto di carbonio sarà compreso tra lo 0,8%. Una fase obbligatoria nel processo di formazione della struttura in acciaio è la normalizzazione. Questa procedura è necessaria per l'ottimizzazione frazionata dei grani degli stessiaustenite. In altre parole, le particelle di ferrite e perlite vengono ridotte a dimensioni ottimali, migliorando ulteriormente le prestazioni tecniche e fisiche dell'acciaio. Questo è un processo complesso in cui molto dipende dalla qualità della regolazione del riscaldamento. Se il regime di temperatura viene superato, potrebbe essere fornito l'effetto opposto: un aumento dei grani di austenite.

Ricottura dell'acciaio

Si pratica l'uso di diversi metodi di ricottura. C'è una differenza fondamentale tra le tecniche di ricottura totale e parziale. Nel primo caso, l'austenite viene riscaldata intensamente a una temperatura critica, dopodiché viene eseguita la normalizzazione mediante raffreddamento. È qui che si verifica la decomposizione dell'austenite. Di norma, la ricottura completa degli acciai viene eseguita nella modalità 700-800 °C. Il trattamento termico a questo livello non fa altro che attivare i processi di decadimento degli elementi ferritici. La velocità di raffreddamento può anche essere regolata, ad esempio, il personale del forno può azionare la porta della camera chiudendola o aprendola. Gli ultimi modelli di forni isotermici in modalità automatica possono effettuare il raffreddamento lento secondo un determinato programma.

Per quanto riguarda la ricottura incompleta, si ottiene riscaldando con una temperatura superiore a 800 °C. Tuttavia, ci sono seri limiti al tempo di mantenimento dell'effetto della temperatura critica. Per questo motivo si verifica una ricottura incompleta, a seguito della quale la ferrite non scompare. Di conseguenza, molte carenze nella struttura del materiale futuro non vengono eliminate. Perché è necessaria una tale ricottura degli acciai se non migliora il fisicoqualità? Infatti è un trattamento termico incompleto che permette di mantenere una struttura morbida. Il materiale finale potrebbe non essere richiesto in ogni applicazione specifica per gli acciai al carbonio di per sé, ma consentirà una facile lavorazione. La morbida lega pro-eutettoide è facile da tagliare e meno costosa da produrre.

Normalizzazione della lega

Dopo la cottura arriva il turno delle procedure di trattamento termico accresciuto. Ci sono operazioni di normalizzazione e riscaldamento. In entrambi i casi si tratta di un effetto termico sul pezzo, al quale la temperatura può superare i 1000 °C. Ma di per sé, la normalizzazione degli acciai ipoeutettoidi avviene dopo il completamento del trattamento termico. In questa fase inizia il raffreddamento in condizioni di aria ferma, durante la quale avviene l'esposizione fino alla completa formazione dell'austenite a grana fine. Cioè, il riscaldamento è una sorta di operazione preparatoria prima di portare la lega in uno stato normalizzato. Se parliamo di cambiamenti strutturali specifici, molto spesso si esprimono in una diminuzione delle dimensioni della ferrite e della perlite, nonché in un aumento della loro durezza. Le qualità di resistenza delle particelle sono aumentate rispetto a quelle ottenute dalle procedure di ricottura.

Dopo la normalizzazione, potrebbe seguire un' altra procedura di riscaldamento a lunga esposizione. Il pezzo viene quindi raffreddato e questa fase può essere eseguita in diversi modi. L'acciaio ipoeutettoide finale si ottiene sia in aria che inforni a lento raffreddamento. Come mostra la pratica, la lega di altissima qualità viene formata utilizzando la tecnologia completa della normalizzazione.

L'effetto della temperatura sulla struttura della lega

L'intervento della temperatura nel processo di formazione della struttura in acciaio inizia dal momento della trasformazione della massa ferritico-cementitica in austenite. In altre parole, la perlite passa in uno stato di miscela funzionale, che diventa in parte la base per la formazione dell'acciaio ad alta resistenza. Nella fase successiva del trattamento termico, l'acciaio temprato elimina la ferrite in eccesso. Come già notato, non viene sempre completamente eliminato, come nel caso della ricottura incompleta. Ma la classica lega ipoeutettoide prevede ancora l'eliminazione di questa componente austenite. Nella fase successiva, la composizione esistente è già ottimizzata con l'aspettativa di formare una struttura ottimizzata. Cioè, c'è una diminuzione delle particelle della lega con l'acquisizione di maggiori proprietà di resistenza.

La trasformazione isotermica con una miscela superraffreddata di austeniti può essere eseguita in diverse modalità e il livello di temperatura è solo uno dei parametri controllati dal tecnico. Variano anche gli intervalli di picco di esposizione termica, velocità di raffreddamento, ecc.. A seconda della modalità di normalizzazione scelta, si ottiene acciaio temprato con determinate caratteristiche tecniche e fisiche. È in questa fase che è anche possibile impostare proprietà operative speciali. Un esempio lampante è una lega a struttura morbida, ottenuta con l'obiettivo di un'ulteriore lavorazione efficiente. Ma il più delle voltei produttori si concentrano ancora sulle esigenze del consumatore finale e sui suoi requisiti per le principali qualità tecniche e operative del metallo.

Struttura in acciaio

La modalità di normalizzazione ad una temperatura di 700 °C provoca la formazione di una struttura in cui i grani di ferriti e perlite formeranno la base. A proposito, gli acciai ipereutettoidi hanno la cementite nella loro struttura invece della ferrite. A temperatura ambiente, allo stato normale, si nota anche il contenuto di ferrite in eccesso, sebbene questa parte sia ridotta al minimo all'aumentare del carbonio. È importante sottolineare che la struttura dell'acciaio dipende in piccola parte dal contenuto di carbonio. Praticamente non influisce sul comportamento dei componenti principali durante lo stesso riscaldamento, e quasi tutto è concentrato in perlite. In re altà, la perlite può essere utilizzata per determinare il livello di contenuto della miscela di carbonio - di norma, questo è un valore insignificante.

Anche un' altra sfumatura strutturale è interessante. Il fatto è che le particelle di perlite e ferrite hanno lo stesso peso specifico. Ciò significa che dalla quantità di uno di questi componenti nella massa totale, puoi scoprire qual è l'area totale che occupa. Pertanto, vengono studiate le superfici di microsezione. A seconda della modalità in cui è stato riscaldato l'acciaio ipoeutettoide, si formano anche i parametri frazionari delle particelle di austenite. Ma questo accade quasi in un formato individuale con la formazione di valori univoci - un' altra cosa è che i limiti per i vari indicatori rimangono standard.

Proprietà dell'acciaio ipoeutettoide

Questo metallo appartieneagli acciai a basso tenore di carbonio, quindi non dovresti aspettarti prestazioni speciali da esso. Basti dire che in termini di caratteristiche di resistenza, questa lega è significativamente inferiore agli eutettoidi. Ciò è dovuto a differenze nella struttura. Il fatto è che la classe ipoeutettoide dell'acciaio con il contenuto di ferriti in eccesso ha una resistenza inferiore agli analoghi che hanno la cementite nell'insieme strutturale. Anche per questo motivo, i tecnologi consigliano di utilizzare leghe per l'edilizia, nella cui produzione è stata implementata al massimo l'operazione di cottura con spostamento delle ferriti.

Se parliamo delle eccezionali proprietà positive di questo materiale, allora sono la plasticità, la resistenza ai naturali processi biologici di distruzione, ecc. Allo stesso tempo, l'indurimento degli acciai ipoeutettoidi può aggiungere una serie di qualità aggiuntive al metallo. Ad esempio, può essere sia una maggiore resistenza termica che l'assenza di una predisposizione ai processi di corrosione, nonché un'intera gamma di proprietà protettive inerenti alle leghe convenzionali a basso tenore di carbonio.

Aree di applicazione

Nonostante una leggera diminuzione delle proprietà di resistenza dovuta al fatto che il metallo appartiene alla classe degli acciai ferritici, questo materiale è comune in diverse aree. Ad esempio, nell'ingegneria meccanica vengono utilizzate parti in acciai ipoeutettoidi. Un' altra cosa è che vengono utilizzate leghe di alta qualità, nella cui produzione sono state utilizzate tecnologie avanzate di cottura e normalizzazione. Anche la struttura dell'acciaio ipoeutettoide con un contenuto di ferrite ridotto è abbastanzaconsente l'utilizzo del metallo nella produzione di strutture edili. Inoltre, il costo accessibile di alcuni gradi di acciaio di questo tipo consente di contare su notevoli risparmi. A volte, nella produzione di materiali da costruzione e moduli in acciaio, non è affatto richiesta una maggiore resistenza, ma sono necessarie resistenza all'usura ed elasticità. In questi casi è giustificato l'uso di leghe ipoeutettoidi.

Produzione

Molte imprese sono impegnate nella produzione, preparazione e produzione di metallo ipoeutettoide in Russia. Ad esempio, l'impianto di metalli non ferrosi degli Urali (UZTSM) produce diversi gradi di acciaio di questo tipo contemporaneamente, offrendo al consumatore diversi insiemi di proprietà tecniche e fisiche. L'Ural Steel Plant produce acciai ferritici, che includono componenti in lega di alta qualità. Inoltre, nell'assortimento sono disponibili modifiche in leghe speciali, inclusi metalli resistenti al calore, ad alto contenuto di cromo e inossidabili.

Metalloinvest può anche essere individuato tra i maggiori produttori. Negli stabilimenti di questa azienda vengono prodotti acciai strutturali con struttura ipoeutettoidale, progettati per l'uso in edilizia. Al momento, l'acciaieria dell'impresa sta lavorando secondo nuovi standard, che consentono di migliorare il punto debole delle leghe di ferrite: l'indicatore di resistenza. In particolare, i tecnici dell'azienda stanno lavorando per aumentare il fattore di intensità delle sollecitazioni, per ottimizzare la resistenza all'urto e alla fatica del materiale. Questo ci permette di offrire leghe quasi universali.

Conclusione

Ci sono diverse proprietà tecniche e operative dei metalli industriali e da costruzione che sono considerate di base e vengono regolarmente migliorate. Tuttavia, poiché i progetti ei processi tecnologici diventano più complessi, sorgono anche nuovi requisiti per la base degli elementi. A questo proposito si manifesta chiaramente l'acciaio ipoeutettoide, in cui si concentrano diverse qualità prestazionali. L'uso di questo metallo è giustificato non nei casi in cui è necessaria una parte con diverse prestazioni ultra elevate, ma in situazioni in cui sono richiesti insiemi atipici speciali di proprietà diverse. In questo caso, il metallo esemplifica la combinazione di flessibilità e duttilità con un'ottima resistenza agli urti e le qualità protettive di base che si trovano nella maggior parte delle leghe di carbonio.