오스테나이트계 스테인리스강. 고합금 오스테나이트강 및 합금. 오소강으로 만든 제품
오스테나이트계 내열강은 엔진 밸브, 가스 터빈 블레이드 및 기타 제트 엔진의 "뜨거운" 부품 제조에 사용되며 주로 600~700°C에서 작동합니다.
모든 오스테나이트 내열강에는 다량의 크롬과 니켈뿐만 아니라 기타 원소의 첨가물이 포함되어 있습니다.
오스테나이트계 내열강은 높은 내열성 및 스케일 저항성, 높은 연성, 우수한 용접성, 큰 선팽창 계수 등 여러 가지 공통 특성을 가지고 있습니다. 그러나 펄라이트 및 마르텐사이트 강에 비해 기술적으로 덜 진보되어 있습니다. 이러한 합금의 가공 및 절단이 어렵습니다. 용접 이음새의 취약성이 증가했습니다. 과열로 인해 얻은 거친 조직은 열처리로 수정할 수 없습니다. 왜냐하면 이러한 강에는 상 재결정이 없기 때문입니다. 550~600°C 범위에서 이러한 강철은 결정립 경계를 따라 다양한 상의 석출로 인해 부서지기 쉬운 경우가 많습니다.
오스테나이트계 강철은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.
1) 열처리에 의해 경화되지 않음, 즉 분산 경화가 발생하지 않음(실제로 두 번째 단계가 포함되어 있지만 조건부로 균질하다고 부르지만 강한 노화 효과를 유발하지 않는 양):
2) 열처리로 경화시킨 후 경화+템퍼링 후 사용합니다. 강화는 탄화물, 탄질화물 또는 금속간 상의 석출로 인해 생성됩니다. 노화 가능성은 용해도 한계를 초과하는 양의 특정 원소(크롬 및 니켈 제외)가 존재하기 때문에 발생합니다.
크롬과 니켈은 이들 강의 주요 합금 성분입니다. 첫 번째는 스케일 저항을 결정하고 니켈은 오스테나이트의 안정성을 결정합니다. 니켈이 부족하면 α상이 부분적으로 형성되어 내열성이 손상될 수 있습니다.
가장 중요한 오스테나이트계 내열강의 조성이 표에 나와 있습니다. 67. 첫 번째(균질) 그룹의 철강은 내열강 및 스테인레스강으로 사용되므로 다음 장에서 더 자세히 설명하지만 여기서는 스케일 저항 및 내열성에 대한 데이터로 제한합니다(참조: 표 68, 69).
작동 온도(500-700°C)에서 장기간 노출되면 결정립 경계(그림 336)를 따라 과잉 상의 방출과 금속간 화합물인 소위 α상(시그마화)의 형성으로 인해 강철이 부서집니다. type 이러한 변환은 매우 느리게 진행됩니다.
두 번째 그룹의 강철은 첫 번째 그룹과 달리 불안정하고 고용체 분해로 인해 경화되기 쉽습니다(점도 감소).
이들 강의 열처리는 물에서 1050~1100°C의 담금질과 600~750°C의 템퍼링-시효로 구성됩니다. 이러한 템퍼링 - 노화로 인해 경도가 증가합니다.
표 67. (스캔 참조) 오스테나이트계 내열강의 조성(GOST 5632-72), %
쌀. 336. 오스테나이트계 내열강의 미세조직, a - 경화 후; b - 650°C에서 노화 후
분산 경화: 노화 중에 과도한 상이 주로 결정립 경계를 따라 방출됩니다(그림 336 참조).
물론 이러한 열처리의 목적은 내열성을 높이는 것이지만; 두 번째 그룹의 오스테나이트강은 내열성이 있습니다.
이는 두 번째 단계의 미세한 분포로 설명되는 균질한 오스테나이트 강철보다 높지만 이는 짧은 서비스 수명에만 장점이 됩니다. 수명이 길어지면 과도한 경화 단계가 응고되고 균질 합금은 내열성 측면에서 석출 경화 합금을 능가할 수 있습니다.
이는 표에 제시된 데이터를 비교하면 알 수 있습니다. 68과 69.
표 68. (스캔 참조) 일부 오스테나이트 강의 특성(균질)
표 69. (스캔 참조) 일부 석출 경화 오스테나이트 강의 내열 특성
다소 일반적인 용도로 사용되는 이러한 강철 외에도 스케일 저항이 높은 주조 부품(예: 레토르트와 같은 용광로 부품), 가열되는 시트 클래딩 재료 등 더 좁은 용도에 적합한 오스테나이트 내열강이 있습니다.
스케일 저항성을 나타내는 일부 특수 내열성 및 스케일 저항성 합금의 조성이 표에 나와 있습니다. 62.
크롬, 니켈, 망간을 합금한 강철로 고온에서 실온 이하로 냉각해도 y-고용체(오스테나이트) 구조를 유지합니다. 페라이트계 스테인리스강과 달리 오스테나이트계 스테인리스강은 비자성이고 적당한 경도와 강도, 낮은 항복강도, 높은 연성을 갖고 있습니다. 성도(b 및 d) 50%). 오스테나이트계 스테인리스강과 관련하여 경화는 열 작업입니다. 오스테나이트 조직을 고정하는 가공. 강철의 니켈 또는 망간 함량이 완전한 오스테나이트 구조를 형성하기에 불충분할 때 오스테나이트 + 페라이트, 오스테나이트 + 마르텐사이트 등의 중간 구조가 얻어집니다. Fe-Cr-Mn 시스템의 강철에서는 효율이 낮기 때문에 오스테나이트 구조 형성 시 망간의 경우 오스테나이트 + 페라이트 또는 오스테나이트-4-마르텐사이트가 더 발달합니다.
크롬 함량의 증가, 티타늄, 니오븀, 실리콘, 탄탈륨, 알루미늄 및 몰리브덴의 도입은 페라이트 상 형성에 기여합니다. 반대로 니켈 함량의 증가와 질소, 탄소, 망간의 도입은 오스테나이트의 존재 범위를 확대하고 안정성을 높이는 데 기여합니다. 오스테나이트 형성 영향의 효율성에 따른 합금 요소는 다음 순서로 배치됩니다. 시퀀스(조건부 계수 표시): 탄소(30), 질소(26), 니켈(1), 망간(0.6-0.7), 구리(0.3). 페라이트 형성 원소: 알루미늄(12), 바나듐(11), 티타늄(7.2-5), 실리콘(5.2), 니오븀(4.5), 몰리브덴(4.2), 탄탈륨(2.8), 텅스텐(2.1), 크롬(1) ).
스테인리스 오스테나이트 강의 700~900°에서 장시간 가열하거나 고온에서 천천히 냉각하면 단단하고 부서지기 쉬운 금속간 납상이 형성되어 점도가 매우 크게 손실될 수 있습니다. 900° 이상으로 강철을 가열하면 이러한 현상이 제거되어 부서지기 쉬운 a상이 고용체로 전환됩니다. a상의 석출은 오스테나이트로부터 직접 발생하거나 구조상 0상을 갖는 u-N.a.s.의 변태 후에 형성된 페라이트로부터 발생할 수 있으며 열 변화의 결과로 균열이 발생하기 쉽습니다. 결과적으로 마텐자이트 변태 온도 감소에 대한 합금 원소 영향의 효율성 정도가 증가합니다. 순서: 실리콘(0.45), 망간(0.55), 크롬(0.68), 니켈(1), 탄소 또는 질소(27).
고용체(오스테나이트)에서 탄화물이 방출되면 합금 원소의 농도가 변화하여 부분적인 구조 변형과 자성의 변화가 발생할 수 있습니다. 특히 y ~ 영역 사이의 경계 근처에 있는 합금에서 자성이 변할 수 있습니다. a 단계. 이러한 변형은 고용체에서 탄소와 크롬이 가장 많이 고갈되어 강철이 입계 부식을 일으키기 쉬운 결정립 경계를 따라 주로 발생합니다. 공격적인 환경에 노출되면 이러한 강철은 빠르게 열화되고, 강할수록 탄소 함량이 높아집니다.
단시간 동안 중간 그룹(00X18N10, 00X17G9AN4, 0X17N5G9BA)의 스테인레스 오스테나이트 강입니다. 5-30분 동안 가열합니다. 입계 부식이 잘 발생하지 않습니다. 이를 통해 용접 조인트와 열 영역에서 입계 부식 위험 없이 용접을 수행할 수 있습니다. 충분히 빨리 수행된다면 영향을 미칠 수 있습니다.
크롬-니켈 강의 강도는 냉간 압연, 인발 및 스탬핑 중 가공 경화를 통해 크게 증가할 수 있습니다. 이 경우 Bb는 시트와 테이프의 경우 120kg!mm2에 도달할 수 있고, 플라스틱의 경우 0O.2는 100-120kg!mm2로 증가합니다. 속성은 50-60%에서 10-18%로 감소합니다. 그러나 이러한 가소성 보유량은 부품 제조에 충분합니다. 와이어의 경우 180-260kg!mm2로 증가합니다. 스테인리스 페라이트강, 준페라이트강과 비교
크롬-니켈강 유형 18-8 (00Х18Н10, 0Х18Н10, Х18Н9, 2Х18Н9). Ch.에서는 탄소 함량이 낮은 강철(00Х18Н10 및 0Х18Н10)이 사용됩니다. 도착. 용접용 전극선으로. 용접 와이어의 탄소 함량이 낮을수록 부식이 높아집니다. 용접 내구성. 강철 Kh18N9 및 2Kh18N9는 짧은 시간에도 입계 부식 경향이 강합니다. 적당한 온도 범위에서 가열하므로 용접 후 부품이 경화되어 오스테나이트 구조가 됩니다. 메인에 X18N9 및 2X18N9 강은 고강도 항공기 및 자동차 부품 제조를 위해 냉간 경화 상태로 사용되며 스폿 또는 롤러 전기 용접으로 접합됩니다.
크롬 함량이 12-14%인 크롬-망간-니켈강 Kh14G14N은 용접 중 및 위험한 온도 범위에서 가열한 후 입계 부식이 발생하기 쉽습니다. 높은 연성과 비자성을 요구하는 장비 부품에 사용됩니다. 부식 내구성은 12~14% 크롬강에 가깝습니다. 경화 후 강종 18-8에 비해 강도가 우수합니다. 수동 및 자동으로 만족스럽게 용접되었습니다. 크롬-니켈강 유형 18-8로 만들어진 필러 와이어를 사용한 롤러 및 스폿 용접. 열의 용접 후 강철 처리(스팟 처리 제외)는 GOST 6032-58에 따라 입계 부식에 대한 용접 샘플의 제어 테스트 방법을 통해 탄소 함량에 따라 설정됩니다.
강철 2Х13Г9Н4는 고강도 구조물 제조에 사용됩니다. ch. 도착. 냉간 압연 프로파일에서. 테이프. 이 강의 강도와 경도는 냉간 변형 중에 크롬-니켈강 유형 18-8보다 더 빠르게 증가합니다. 따라서 냉간 압연 스트립의 경우 과도한 연성의 손실을 피하기 위해 큰 변형이 허용되지 않아야 합니다.
이 강철은 매우 추운 환경에서도 안정적으로 작동하며 식품 산업에서 널리 사용됩니다. 높은 기계적 유지 세인트 최대 450°. 결정간 부식 경향이 있으므로 Ch의 역할을 합니다. 도착. 스폿 용접 또는 롤러 용접을 사용하여 연결되는 부품 제조용. 같은 이유로 열이 나는 동안에도 냉간 압연 스트립을 가공할 때는 더 높은 수준을 사용해야 합니다. 냉각 속도.
X 럼-망간-니켈강크롬 함량이 17-19%이고 질소(X17AG14 및 X17G9AN4)가 첨가되어 대기 부식 및 산화 환경에 대한 저항성이 높습니다. 아크, 아르곤-아크, 가스 및 수소 원자 용접을 사용하여 제조된 부품의 경우 탄소 함량이 낮은 강철(0.03~0.05%)을 사용하고 용접 시 입계 부식 경향이 나타나지 않도록 공정을 엄격하게 제어해야 합니다. 관절. 스폿 또는 롤러 용접을 사용하여 제조된 부품 및 용접 후 열충격을 받는 부품에 사용됩니다. 처리 및 ATM에서 작동하는 부품. 조건에 따라 탄소 함량이 더 높은 이러한 유형의 강철을 사용할 수 있습니다.
티타늄 또는 니오브 첨가물이 포함된 크롬-니켈강 유형 18-8(Х18Н9Т, Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, 0Х18Н12Т, 0Х18Н12Б). 티타늄이나 니오븀을 첨가하면 강철의 입계 부식 가능성이 줄어듭니다. 티타늄과 니오븀은 TiC, NbC와 같은 안정한 탄화물을 형성하는 반면, 내식성을 높이는 데 유용한 크롬은 탄화물의 일부가 아니며 고용체 상태로 남아 있습니다. 티타늄은 탄소보다 강철에 4~5.5배, 니오븀은 8~10배 더 많이 도입됩니다. 탄소에 대한 티타늄 또는 니오븀 함량이 하한에 있을 때 강철은 특히 적당한 온도(500-800°)에서 부품의 긴 수명 조건에서 입계 부식에 대한 저항력이 항상 강한 것은 아닙니다. 이는 티타늄의 일부를 질화물로 결합시키는 강철에 항상 존재하는 질소의 영향과 열처리의 영향으로 인해 발생합니다. 열 중 강철 과열 가공(1100° 이상) 또는 용접은 유해한 것으로 간주되며, 특히 티타늄과 탄소의 비율이 공식 Ti ^5(%G -0.02)에 따라 하한에 있는 경우 더욱 그렇습니다. 이 경우 1150° 이상의 온도에서 경화된 1Kh18N9T 강철은 입계 부식이 발생하기 쉽습니다. 규범의 경우 열 정권. 처리(1050°에서 경화) 및 단기간 동안. 가열을 위해서는 탄소에 대한 티타늄 또는 니오븀의 비율이 각각 최소 5와 10이어야 합니다. 500~750°에서 부품의 수명과 서비스를 위해서는 이 비율이 티타늄의 경우 최소 7~10이 되는 것이 중요합니다. 니오븀의 경우 12입니다. 입계 부식에 대한 강철의 민감성을 줄이려면 탄소 함량을 0.03-0.05%로 크게 줄이는 것이 좋습니다. 이 유형의 강철로 만들어진 용접 조인트의 내식성은 베이스의 티타늄과 탄소 함량에 따라 달라집니다. 금속 및 용접 용접. 왜냐하면 티타늄은 용접 중에 많이 연소되므로 전극에는 특수한 티타늄이 사용됩니다. 필러 와이어의 티타늄 손실을 보상하기 위해 페로티타늄 형태의 티타늄을 함유한 코팅입니다. 대부분 티타늄은 없지만 탄소 함량이 매우 낮은(^0.06%) 크롬-니켈 강철 유형 18-8로 만들어진 필러 와이어(강 0Х18Н9 및 00Х18Н10) 또는 니오븀(0Х18Н12Б)이 포함된 강철 유형 18-12로 만들어진 전극 사용됩니다. 질소가 포함된 환경에서 작동하는 강철 1Х18Н9Т로 제작된 용접 조인트에서는 강철의 탄소 함량 증가(>0.06%)로 인해 칼날 형태의 부식이 발생할 수 있습니다. 따라서 질산 생산 장비의 부품은 탄소 함량이 0.06%인 강철 0Х18Н10Т로 만들어집니다. 또한, 이러한 강철은 전반적인 내식성이 더 높습니다.
2상 구조(y+a)를 갖는 강철과 티타늄의 용접 이음부의 용착 금속은 적당한 온도 범위(650~800°)에서 장시간 가열 시 -^a 변형이 가능하며, 용접에 높은 취약성을 부여합니다. 용접의 인성을 회복하고 부식을 증가시킵니다. 내구성을 위해 850-900°의 온도에서 안정화 경화를 사용하는 것이 좋습니다. 또한 염화마그네슘을 끓이는 등 염소 이온이 포함된 환경에서 경화를 제거하고 응력 부식 균열을 제거하는 데 매우 유용합니다.
크롬-망간-니켈강니오븀 첨가물 0Kh17N5G9BA가 더 높습니다. 입계 부식 및 높은 부식에 대한 내성. 질소 가스에서 작동하는 용접 조인트의 저항. 강철은 위험한 온도에 장기간 노출되면 입계 부식에 대한 완전한 내성을 갖지 않으며, 500-750°에서 장기간 가열하면 입계 부식 경향을 나타냅니다(그림 7). 고온에서는 거의 동일한 기계적 특성을 갖습니다. 성도 여러분, 18-8 유형의 크롬-니켈강입니다.
강철 Kh14G14NZT는 더 높습니다 강도가 높고 연성이 높으며 입계 부식이 발생하지 않으며 후속 열처리 없이 용접 부품 제조에 사용할 수 있습니다. 처리. 기계 이 강의 특성은 냉간 압연에 의해 증가될 수 있습니다. 500-700° 온도 범위에서 가열해도 기계적 특성은 변하지 않습니다. 실온에서 세인트 스틸. 강철은 막대, 시트 및 스트립 형태로 생산되며 니오븀이 있거나 없는 유형 18-8 강철 용접 와이어를 사용할 때 모든 유형의 용접에 잘 용접될 수 있습니다.
크롬-니켈-몰리브덴강Х17Н13М2Т 및 X 17H 13M 3T는 예술품, 비료 생산용 장비 제조, 문구 산업, 화학 산업에 사용됩니다. 기계 공학 및 정유 산업. 강철은 표백 석회의 뜨거운 용액에서 황, 끓는 인, 포름산 및 아세트산, 몰리브덴 함량이 높은 강철에 대해 높은 내식성을 나타냅니다. 탄소 함량이 높은(>0.07%) 강철은 용접 및 서냉 시뿐 아니라 중간 범위인 온도에서 장시간 가열 조건에서도 입계 부식이 발생하기 쉽습니다.
크롬-니켈-몰리브덴강은 용접재료와 동일한 조성의 필러와이어를 사용하면 용접이 잘 됩니다.
크롬-니켈-몰리브덴강몰리브덴과 높은 니켈 함량 덕분에 0Х23Н28М2Т는 60°C 이하의 온도에서 황산 희석 용액(최대 20%), 불화물 화합물을 함유한 인산 및 기타 매우 공격적인 환경에서 높은 내식성을 갖습니다. 예술품과 비료 생산을 위한 기계 부품에 사용됩니다. 오스테나이트로 경화된 후 강철은 적당한 강도와 높은 연성을 가지며 용접성이 좋습니다. 티타늄 함량에도 불구하고 강철은 단기간 후에 입계 부식이 발생하기 쉽습니다. 탄소 함량에 대한 티타늄 함량의 비율이 7 미만인 경우 650°에서 가열합니다.
스테인리스 오스테나이트 강의 기술적 특성은 상당히 만족스럽습니다. 압력 처리는 1150~850°에서 수행되며 구리가 포함된 강의 경우 열간 가공 범위가 좁아집니다(1100~900°). 고온에서 스테인리스 오스테나이트 강은 마르텐사이트 및 페라이트 강보다 결정립 성장이 덜 발생합니다. 실온에서 N.a.s. 계수가 높습니다. 가열 온도가 증가함에 따라 선형 팽창이 증가하고 계수가 감소합니다. 열 전도성. 그러나 고온에서는 a와 q N.a.s의 차이가 발생합니다. 페라이트 등급 강철은 감소합니다. 따라서 N.a.s. 더 낮은 곳에 온도는 천천히, 고온(800° 이상)에서는 빠르게 수행해야 합니다.
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철강은 오스테나이트, 오스테나이트-페라이트, 오스테나이트-마르텐사이트로 구분됩니다.
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기존의 오스테나이트 고합금강 및 합금은 주요 합금 원소(크롬 및 니켈)의 함량과 합금 베이스의 구성으로 구별됩니다. 고합금 오스테나이트 강은 최대 55%의 다양한 원소와 합금된 철 기반 합금으로 간주되며, 주요 합금 원소인 크롬과 니켈의 함량은 일반적으로 각각 15%와 7%를 넘지 않습니다. 오스테나이트 합금에는 철과 니켈 함량이 65% 이상이고 니켈 대 철 비율이 1:1.5인 철-니켈 합금과 니켈 함량이 55% 이상인 니켈 합금이 포함됩니다.
오스테나이트계 강철 및 합금은 다음과 같이 분류됩니다.
- 합금 시스템에 따르면,
- 구조적 클래스,
- 속성
- 그리고 공식적인 목적.
고합금강 및 합금은 화학, 석유, 전력 공학 및 기타 산업에서 넓은 온도 범위에서 작동하는 구조물 제조에 널리 사용되는 가장 중요한 재료입니다. 영하의 온도에서 높은 기계적 특성으로 인해 고합금강 및 합금은 다양한 경우 내한강으로 사용됩니다. 합금 원소의 적절한 선택에 따라 이러한 강철 및 합금의 특성과 주요 사용 목적이 결정됩니다(표 1 – 3).
내식성 강철의 특징은 탄소 함량이 낮다(0.12% 이하)는 것입니다. 적절한 합금화 및 열처리를 통해 강철은 가스 환경과 산, 알칼리 및 액체 금속 매체의 수용액에서 20°C 및 고온에서 높은 내식성을 갖습니다.
내열강 및 합금은 고온에서 기계적 성질이 높고 장시간 가열 하중을 견딜 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 특성을 부여하기 위해 강철과 합금은 강화 원소인 몰리브덴과 텅스텐(각각 최대 7%)과 합금됩니다. 일부 강철 및 합금에 도입되는 중요한 합금 첨가제는 결정립 미세화를 촉진하는 붕소입니다.
내열강 및 합금은 최대 1100~1150°C 온도의 가스 환경에서 표면이 화학적으로 파괴되는 것을 방지합니다. 일반적으로 하중이 가벼운 부품(가열 요소, 용광로 설비, 가스 파이프라인 시스템 등)에 사용됩니다. 이러한 강철 및 합금의 높은 스케일 저항은 알루미늄(최대 2.5%) 및 실리콘과의 합금을 통해 달성되며, 이는 금속이 가스 환경과의 접촉으로부터 보호하는 부품 표면에 강하고 조밀한 산화물을 생성하는 데 기여합니다.
합금 시스템에 따라 오스테나이트강은 크롬-니켈과 크롬-망간이라는 두 가지 주요 유형으로 구분됩니다. 크롬-니켈-몰리브덴강과 크롬-니켈-망간강도 있습니다.
공기 중에서 냉각하여 얻은 기본 구조에 따라 오스테나이트-마르텐사이트, 오스테나이트-페라이트, 오스테나이트 등의 오스테나이트 강의 등급이 구분됩니다.
철-니켈(니켈 함량 30% 이상)과 니켈 기반 합금은 구조가 안정적으로 오스테나이트이며 공기 중에서 냉각될 때 구조적 변형이 없습니다. 현재, 오스테나이트계 붕소화물 Kh15N15M2BR1(EP380), Kh25N20S2R1(EP532), KhN77SR1(EP615) 및 고크롬 오스테나이트계 KhN35VYu(EP568), KhN50(EP668) 강철 및 합금은 주요 구조에 오스테나이트와 붕소화물 또는 크롬-니켈이 포함되어 있습니다. eutec은 각각 tic 단계에도 사용됩니다.
적절한 열처리 후에 고합금강과 합금은 높은 강도와 소성 특성을 갖습니다(표 4). 탄소강과 달리 이 강은 경화되면 플라스틱 특성이 증가합니다. 고합금강의 구조는 다양하며 그 구성뿐만 아니라 열처리 모드, 소성 변형 정도 및 기타 요인에 따라 달라집니다.
위상 다이어그램에서 위상 영역의 위치는 주로 철-크롬-니켈 또는 철-크롬-망간 시스템의 의사-이진 섹션 형태로 결정됩니다(그림 1). 응고 직후 철-크롬-니켈 합금은 다음 유형의 고용체를 갖습니다. α 그리고 γ 및 혼합 고용체의 이종 영역 α + γ . 오스테나이트의 안정성은 경계에 대한 조성의 근접성에 의해 결정됩니다. α - 그리고 γ -지역 불안정성은 적당한 온도로 가열한 후 급속 냉각으로 고정된 오스테나이트 구조가 부분적으로 마르텐사이트로 변할 때 냉각될 때 나타날 수 있습니다. 이들 합금의 니켈 함량 증가는 온도 감소에 기여합니다. γ → α (M)-변환(그림 2).
쌀. 1. 철-크롬-니켈(a)과 철-크롬-망간(b) 상태도의 수직 단면
쌀. 2. 합금화에 따른 철-크롬-니켈 합금의 마르텐사이트 변태 온도 변화
변형 정도에 따라 18-8 유형의 강철이 자기 및 기계적 특성을 변경하는 냉간 변형 중에 불안정성이 나타납니다 (그림 3). 또한, 오스테나이트 강의 불안정성은 탄소와 크롬 농도의 변화와 함께 온도가 변할 때 고용체로부터 탄화물이 방출되어 발생할 수 있습니다. 이로 인해 평형 상태가 붕괴되고 오스테나이트가 주로 결정립 경계를 따라 페라이트와 마르텐사이트로 변태되는데, 고용체에서 크롬과 탄소가 가장 많이 소모되는 곳입니다.
쌀. 3. 크롬-니켈강(18% Cr, 8% Ni, 0.17% C)의 냉간 변형(압축) 정도에 따른 기계적 성질의 변화
철-크롬-망간 합금의 3원계에서는 응고 후 다음과 같은 연속적인 고용체가 생성됩니다. γ - 격자 및 추가 냉각 중에 합금의 조성에 따라 다양한 동소체 변형이 발생합니다. 망간은 팽창하는 원소 중 하나입니다. γ - 면적, 이 점에서는 니켈과 유사합니다. 충분한 농도의 망간(>15%) 및 크롬(<15%) сталь может иметь однофазную аустенитную структуру. Сопоставление фазовых диаграмм систем железо – хром – никель и железо – хром – марганец при высоких температурах и 20°С показывает, что аустенитная фаза в системе с никелем имеет значигельно большую площадь.
크롬-니켈 강의 결정화 과정에서 δ-철 격자를 갖는 크롬-니켈 페라이트 결정이 먼저 용융물에서 떨어지기 시작합니다(그림 4). 냉각됨에 따라 δ-페라이트 결정은 격자를 갖는 크롬-니켈 오스테나이트를 형성합니다. γ -철, 강철은 오스테나이트 구조를 얻습니다. 일정 온도 이상의 온도에서 오스테나이트-페라이트 및 오스테나이트 강의 탄소 S.E.고용체 상태이며 간질상의 형태입니다. 라인 아래 강철의 느린 냉각 S.E.주로 결정립 경계를 따라 위치한 Cr 23 C 6 유형의 크롬 탄화물 인 화합물 형태로 고용체에서 탄소가 방출됩니다. 라인 아래에서 추가 냉각 SK결정립계를 따라 2차 페라이트의 석출을 촉진합니다. 따라서 20°C까지 서서히 냉각되면 강철은 2차 탄화물과 페라이트를 포함하는 우스테나이트 조직을 갖게 됩니다.
쌀. 4. 18% Cr, 8% Ni, 74% Fe 합금의 탄소 함량에 따른 유사-이진 상태 다이어그램
급냉(담금질)하는 동안 고용체의 분해가 일어날 시간이 없으며, 오스테나이트는 과포화되고 불안정한 상태로 고정된다.
석출된 탄화크롬의 양은 냉각 속도뿐 아니라 강의 탄소 함량에 따라 달라집니다. 함량이 0.02 - 0.03% 미만, 즉 오스테나이트 용해도 한계 미만인 경우 모든 탄소는 고용체 상태로 유지됩니다. 오스테나이트 강의 일부 조성에서 가속 냉각은 구조에 1차 δ-페라이트를 고정시켜 고온 균열을 방지할 수 있습니다.
강철의 합금 원소 함량 변화는 상 영역의 위치에 영향을 미칩니다. 크롬, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 텅스텐, 실리콘, 바나듐은 철 구조물에 페라이트 성분이 나타나는 데 기여합니다. 니켈, 탄소, 망간 및 질소는 오스테나이트 구조를 유지합니다. 그러나 고려 중인 강의 주요 합금 원소는 크롬과 니켈입니다. 비율에 따라 강철은 때때로 작은 (%Ni/%Cr) ≤1인 강철과 큰 (%Ni/%Cr)>1 오스테나이트 매장량을 가진 강철로 구분됩니다.
티타늄 및 니오븀과 합금된 오스테나이트 크롬-니켈 강철에서는 크롬 탄화물뿐만 아니라 티타늄 및 니오븀 탄화물도 형성됩니다. 티타늄 Ti > [(%C–0.02)*5] 또는 니오븀 Nb > (%C*10) 함량인 경우 모든 유리 탄소(오스테나이트 용해도 한계 이상)는 티타늄 또는 니오븀 형태로 방출될 수 있습니다. 탄화물 및 오스테나이트 강철은 입계 부식이 발생하지 않습니다. 탄화물의 석출은 강도를 증가시키고 강의 소성 특성을 감소시킵니다. 탄화물의 이러한 특성은 Ni 3 Ti 입자와의 금속간 경화와 함께 수행되는 내열강의 탄화물 경화에 사용됩니다. Ni 3 (Al, Ti), Fe 2 W, (N, Fe) 2 Ti 등. 금속간 화합물에는 σ상도 포함되는데, 이는 900도 이하의 온도에서 장시간 가열 또는 서냉 시 크롬-니켈강에 형성됩니다. 950℃ 용해도가 제한적입니다. α - 그리고 γ -고용체이며 주로 결정립 경계를 따라 방출되어 합금을 강화하는 동시에 금속의 소성 특성과 충격 강도를 급격히 감소시킵니다. 강철의 크롬 농도(16~25%)와 페라이트화 원소(몰리브덴, 실리콘 등)의 증가는 700~850°C에서 σ 상 형성에 기여합니다. 이 상의 분리는 주로 페라이트의 중간 상의 형성과 함께 발생합니다( γ →α→ σ ) 또는 δ-페라이트 변환(δ → σ ). 그러나 고용체로부터 직접 분리하는 것도 가능합니다( γ → σ ).
크롬과 망간 함량이 높은 크롬-망간강에서는 서냉 중에도 석출이 관찰됩니다. σ -단계. 크롬-망간 및 크롬-망간-니켈 강의 탄소는 특히 탄화물 형성 원소(바나듐, 니오븀, 텅스텐)와 결합할 때 적절한 열처리 후 강의 분산 경화를 유발합니다.
오스테나이트계 붕소화물 강의 강화는 주로 철, 크롬, 니오븀, 탄소, 몰리브덴 및 텅스텐의 붕소화물 형성으로 인해 발생합니다. 이러한 공정에 따라 오스테나이트강은 경화 유형에 따라 탄화물, 붕화물 및 금속간 경화로 구분됩니다. 그러나 대부분의 경우 강철 및 합금에 다양한 합금 원소가 많이 포함되어 있기 때문에 분산 상 및 금속 간 개재물의 복잡한 영향으로 인해 강화가 발생합니다.
표 1. 일부 내식성 오스테나이트 강철 및 합금의 구성, %
표 2. 일부 내열성 오스테나이트 강 및 합금의 구성, %
표 3. 일부 내열성 오스테나이트 강 및 합금의 구성, %
표 4. 일부 등급의 고합금 오스테나이트 및 오스테나이트-페라이트 강 및 합금의 일반적인 기계적 특성
E. G. 나자로프, S. B. 마슬렌코프
TSNIICHERMET
ISSN 0026-0819. "금속과학과 금속의 열처리", No. 3, 1970
열처리는 구조(입자 크기, 블록 크기, 분산상의 크기 및 수량, 분포 특성)에 영향을 미치며, 또한 입자 경계 상태와 강화상의 방향성 방출을 형성하여 열의 특성을 크게 증가시킵니다. 저항성 재료.
일반적으로 기계적 처리는 열처리보다 먼저 이루어지지만, 열처리 전후는 물론, 열처리 전후에도 사용되는 경우가 많습니다.
부품 및 반제품은 작업 전에 열처리를 거치지만, 작업 중에 (전체 또는 일부) 가공되는 경우도 있습니다.
오스테나이트 석출 경화 강철 및 합금은 어닐링, 경화, 템퍼링(시효 또는 석출 경화) 및 응력 완화 템퍼링 등 다양한 유형의 열처리를 거칩니다.
기계 가공이나 기타 작업 중에 금속이 부서지기 쉽습니다. 취성을 제거하고 합금의 경도를 낮추기 위해 어닐링이 사용됩니다. 어닐링 시 합금은 ~1000-1250°C의 고온(합금의 화학적 조성에 따라 다름)으로 가열되고, 0.5~몇 시간 동안(가공물 또는 부품의 질량에 따라 다름) 유지된 후 가능한 최고 속도로 냉각됩니다. . 합금 함량이 낮은 합금의 경우 수중 냉각이 허용되지만 합금 함량이 높은 복합 합금의 경우 수중 냉각이 열 균열을 일으킬 수 있으므로 오일 및 기타 온화한 냉각 매체를 사용하여 공기 중에서 냉각하는 것이 바람직합니다.
고강도 특성과 내열성을 달성하기 위해 내열강 및 합금은 경화 및 후속 시효로 구성된 이중 가공을 거칩니다.
고려중인 합금의 경우 경화 작업은 탄소강의 경화 효과와 다르며 탄화물 및 금속간 화합물을 고용체에 용해시키는 목적으로 수행됩니다. 최소한의 경도로 균질한 고용체를 얻습니다. 미국과 영국에서는 일반 탄소강의 경화를 "경화"라고 합니다. 즉, 경도를 얻는 것입니다. 내열합금을 경화시키는 것을 "용체화 처리", 즉 (고체) 용액으로 가공하는 것을 말합니다.
모든 분산경화 내열강 및 합금의 경우, 경화를 위한 가열온도는 어닐링 온도와 거의 동일합니다.
고온에서 유지함으로써 과잉 상이 고용체에 용해되고 필요한 크기의 입자가 얻어집니다. 철강 및 합금의 입자 크기는 가열 온도와 유지 시간에 따라 달라집니다.
종종 담금질 후 과도한 상의 침전을 방지하기 위해 더 빠른 냉각을 수행하는 것이 좋습니다. 그러나 아래에 설명된 바와 같이 이는 상대적으로 빠른 냉각에도 불구하고 격변 경화가 발생하는, 즉 고온에서 냉각될 때 강화 상의 방출이 발생하는 복잡한 오스테나이트 합금을 가공할 때 특히 필요하지 않습니다. 이 과정은 합금의 분산 경화 경향에 따라 달라지므로 이 중요한 현상에 대해 깊이 생각해 볼 필요가 있습니다.
강철 및 합금의 분산 경화 또는 노화는 발열, 격열 및 등온일 수 있습니다. 투열 노화는 강철이나 합금을 계속해서 온도를 높이면서 가열하는 과정에서 일어나고, 격열 노화는 강철이나 합금을 계속해서 온도를 낮추면서 냉각하는 과정에서 일어난다. 등온 노화는 일정한 온도에서 발생합니다.
약하게, 중간으로, 강하게 분산 경화되는 합금이 있습니다. 이들 사이에는 뚜렷한 구별이 없지만 분산 경화 공정의 강도를 기준으로 이러한 합금 그룹을 분리하는 것은 쉽습니다. 이 원리에 따라 작업 중 처음과 작업 후반에 분산 경화 합금을 세 그룹으로 나누었습니다.
석출경화성이 높은 강합금은 일반적으로 대격변 노화 동안 경화로 인해 효과적으로 강화됩니다. 이들 합금은 강화 단계를 5~7% 이상 포함합니다. 이러한 합금을 추가로 노화시키면 경도와 강도가 거의 또는 거의 증가하지 않습니다(예: NH35VTYu(EI787), EI929, EI867, Yudimet 700, Nin-109, Nin-115 등과 같은 합금). 합금은 표에 나와 있습니다. 3과 4.
적당한 분산 경화 합금대격변 동안, 그리고 등온 노화 동안 더 많이 강화됩니다. 이러한 합금 KhN35VT(EI612), EI612K, KhN35VTR(EI725), EP164, A-286, Discaloy-24에는 강화 단계가 2~5% 포함되어 있습니다.
약하거나 낮은 분산 경화 합금인공적인 등온 노화 동안에만 강화됩니다. 이러한 강철 및 합금은 격열 노화를 겪지 않으며 소량의 강화 단계(최대 2%)를 포함합니다. 이 그룹에는 EI813, Kh25N16G7AR (EI835), EI435, Nim-75, V-480S 등의 합금이 포함됩니다.
따라서 고온 가열 후 합금의 급속 냉각을 보장할 필요가 없습니다. 하나 또는 다른 그룹의 합금에 필요한 강화는 자연적인 대열 또는 인공 등온 노화의 결과로 또는 마지막으로 이들의 조합의 결과로 달성될 수 있습니다.
이중 경화.일부 합금, 특히 상당한 양의 강화 단계를 포함하는 합금의 경우 이중 경화(정규화) 후에 기계적 특성의 최상의 조합이 얻어집니다. 첫 번째 고온 정규화(1170~1200°C)를 통해 균일한 고용체와 상대적으로 거친 입자가 형성되어 최고의 크리프 저항에 기여합니다. 두 번째 저온 정규화(1000-1100°C)는 결정립 경계를 따라 탄화물이 주로 석출되고 다양한 분산의 강화 단계가 형성되는 결과를 가져옵니다. 공기 중에서 1050°C로 냉각하면 더 큰 γ'상 침전물이 형성됩니다. 많은 합금(KhN70VMTYu(EI617), EI929, KhN35VTYu(EI787), "Nimonic" 시리즈)의 경우 이중 정규화 후 노화 후 내열성 및 플라스틱 특성이 크게 향상됩니다.
분산 경화(노화).고강도 특성을 얻기 위해 거의 모든 내열합금은 사용 전에 분산경화(고용체에서 분산상의 분리) 과정을 거칩니다. 강화 단계의 구성과 특성에 따라 특정 합금의 노화 온도 체계가 결정됩니다.
니켈-크롬, 철-니켈-크롬 및 코발트-니켈-크롬 기반 내열 합금에는 다음이 포함됩니다.
a) 해리 온도가 매우 높은 1차 탄화물(TiC, VC, TaC, ZrC, NbC 등)
b) 고용체로부터 방출된 2차 탄화물(M 23 C 6; M 6 C; M 7 C 3). 탄화물 M 23 C 6은 5% Cr 이상의 합금으로 형성됩니다.
c) 주요 강화 금속간 γ'-상(Ni 3 Ti, Ni 3 Al, Ni 3 Nb 등). 이러한 상의 미세한 분산과 고용체와의 일관성으로 인해 합금 형성 중 합금은 최대 내열성을 얻습니다.
초경 경화 강철 및 합금은 금속간 경화 합금보다 낮은 온도에서 사용됩니다. 탄화물은 γ' 상보다 덜 분산되고, 더 쉽게 응고되며, 합금 매트릭스에 덜 균일하게 분포됩니다. 그러나 평균 내열성을 달성하려면 한 번의 탄화물 강화로 충분합니다. 탄화물 상은 γ' 상의 석출로 인해 경화되는 합금을 추가로 강화합니다.
γ'상과 탄화물 입자의 형태는 열처리와 열처리 기간에 크게 좌우되며 합금의 특성을 조절합니다. 열 노출 기간은 γ'-상 입자 크기의 확대로 이어지며 주로 결정립계에서 발생하는 반응을 유발합니다. 열처리 중 합금에서 발생하는 과정을 이해하고 장기 사용 중 특성을 예측하려면 모든 온도에서 γ' 상의 정확한 조성과 이 온도에서 다양한 유지 시간을 아는 것이 매우 중요합니다. 매트릭스 고용체의 화학적 조성. 탄화물 및 금속간 화합물의 변형 속도와 그 반응은 경도, 물리적 및 기계적 특성 변화의 동역학 데이터를 사용하여 추가로 평가할 수 있습니다. 크롬과 코발트를 함유하고 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴과 합금된 가장 일반적인 내열성 니켈 기반 합금에서 변환 반응은 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다. MS+γ→ 남 6C+γ+γ’+ MS, 어디 중요소: Cr, Ti, Ta 및 기타; 중'- 에서와 동일한 탄화물 형성 원소 중. 연구에 따르면 탄소 양의 약 절반이 탄화물에 남아 있습니다. MS, 우리는 전통적으로 이렇게 불렀습니다. 엠스; γ'상(Ni 3 중) - 니켈이 포함된 고체 γ 용액에 과잉 티타늄과 알루미늄이 혼합된 화합물입니다.
탄화물 남 6C탄화물 반응은 980-1150 °C에서 형성됩니다. MS→남 23 초 6 760-980 °C에서 발생합니다. 합금에 6% 이상의 몰리브덴과 텅스텐이 포함되어 있으면 탄화물이 주로 다음과 같은 형태로 방출된다는 것이 확립되었습니다. 남 23 초 6그러나 이 조항은 근거가 부정확한 것으로 보인다. 이는 분명히 탄소 함량에 따라 달라집니다.
V-1900 합금에 대해 수행된 연구에 따르면 열처리(1080°C 4) 후에 합금에서 발생하는 반응이 확립되었습니다. 시간, 공기+899 °C 10 시간, 공기) 및 장기 노화 동안 최대 2400 시간 980 °C에서. 이는 다음 방정식으로 표현됩니다.
MS + γ + γ’ → 남 6C+ γ + 나머지 γ'.
탄화물 MS (ㅏ= 4.37 Å) 티타늄과 탄탈륨, 탄화물이 풍부합니다. 남 6C (ㅏ= 11.05 Å) 몰리브덴, 니켈, 코발트가 풍부합니다. 탄화물 남 6C구형과 층판의 두 가지 형태로 관찰됩니다. 시간이 지남에 따라 탄화물 소구체와 판이 더 커집니다. γ' 상 침전물은 처음에는 구형이었다가 이후 판 형태로 나타나고, 시간이 지남에 따라 고온에서 성장하고 뭉쳐 크기가 늘어납니다. 동시에, γ'상 석출물은 쉘 형태로 모든 탄화물과 결정립 경계를 둘러쌉니다. 전압을 가하면 탄화물 전이 과정이 크게 가속화됩니다. MS탄화물로 남 6C및 금속간 변화. 크롬 함량이 높은 합금에서는 주로 탄화물이 형성됩니다. 남 23 초 6.
γ'상 변형의 반응 속도는 이전에 응력을 얻었을 때보다 열 노출 중에 응력을 가했을 때 더 큽니다. 응력은 침전 및 변형의 선택적 과정을 일으키고 입자 경계를 두껍게 하는 데 기여하여 연구에서 볼 수 있듯이 강화 단계의 신장 및 합체를 유발합니다. 입자 조대화는 경계 영역에서 발생하는 탄화물 및 금속간 상의 변형 반응을 가속화하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 합금에서 고온 라멜라 상의 출현은 거친 입자 합금에서 훨씬 더 일찍 감지됩니다.
이 연구는 γ'상 Ni 3 (Al, Ti)과 함께 15 Cr-25 Ni-3 Al-2.5 Ti 합금에서 금속간 상 Ni 2 -Al, Ti의 형성을 확립했습니다. Ni 2 Al, Ti 상은 700°C에서 에이징하는 동안 형성되며 판 형태를 가지며 에이징 시간에 따라 크기가 증가합니다. 이 상은 주로 γ' 상이 없는 영역과 결정립 경계를 따라 방출됩니다. 이는 고용체와 일관성이 없으므로 합금이 파괴되기 전에 주로 침전물 근처에 미세 공극이 형성됩니다.
라베스 단계(AB 2) - 고용체와의 불일치 및 열적 불안정성으로 인해 합금을 약간 강화합니다. 그러나 구조에 γ'-상이 존재하는 경우 라베스 상은 침전 잠복기의 고유한 지속 시간으로 인해 750°C 이하의 온도에서 합금의 사용 수명을 연장할 수 있습니다.
붕화물 단계- 유형 남 3 2시에, 남 3안에, 남 5 5가지 서로 다른 붕소 합금은 복잡한 화학적 조성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 이 연구에서 이러한 상은 화합물 (Mo 0.5 Cr 0.25 Ti 0.15 Ni 0.10) 3 B 2 에 해당합니다.
특정 상의 존재 여부와 합금 상태(주조, 변형)에 따라 분산 경화 모드가 규정됩니다. 노화 온도는 강화상의 용해 및 응고 또는 유착을 유발해서는 안 됩니다. 어떤 경우에는 원하는 특성을 얻으려면 의도적으로 고온을 적용하여 입자를 응고시키고 덜 분산된 형태로 방출해야 합니다. 일반적으로 탄화물 경화 합금의 시효는 과잉 상의 수와 구성에 따라 600~800°C에서 수행되고 금속간 경화는 700~1000°C에서 수행됩니다. 합금의 강화 단계(티타늄과 알루미늄의 합)의 양이 증가함에 따라 시효 온도도 증가합니다(그림 1 참조). 8% 이상(Ti+Al)을 함유한 합금은 1050~1200°C까지만 가열되고 공기 중에서 냉각됩니다. 대열 노화의 결과로 이러한 합금은 최대 경화를 얻습니다(예: 합금 ZhS6-K 및 EI857). 9~10.5%(Ti+Al)를 함유한 Rene 100 및 IN-100 합금은 ~1000°C에서 노화되지만 이는 본질적으로 노화가 아닌 2차 경화입니다. 분명히 이러한 합금의 경우 이러한 고온 노화는 불필요하며, 격열 노화에 훨씬 더 취약하며, 예를 들어 IN-100 합금의 그림에 표시된 것처럼 정규화 온도에서 공기 중에서 냉각하는 것으로 충분합니다.
그림 1.
노화 모드는 합금의 필요한 특성에 따라 변경될 수 있습니다. 단계적 노화 방식이 있습니다. 이중으로 더 복잡하지만 그다지 실용적이지는 않습니다. 단기 사용 수명, 특히 장기 사용 수명의 경우 복잡한 열처리 과정의 결과 구조가 장기 작동 조건에서 필연적으로 변경되기 때문에 다단계 노화 모드의 사용은 완전히 정당하지 않습니다. 온도와 부하의 영향. 합금의 노화 과정은 초기 구조 상태에 관계없이 계속해서 발생합니다. 강화 단계의 입자는 응고되고, 합체되고, 불안정한 입자는 고용체에 용해되고, (이 단계에서) 새로운 평형 입자가 반복적으로 반복적으로 방출되며 이러한 과정은 동시에 발생합니다. 온도 조건에 따라 하나 또는 다른 프로세스가 우세할 수 있습니다. 노출 후(보통 4~16시) 시간) 노화 온도에서 합금은 공기 중에서 냉각됩니다.
외국 합금에 대한 일반적인 열처리 방식이 표에 나와 있습니다. 1. 국내용 - 표에 있습니다. 2. 이 합금의 화학적 조성은 표에 나와 있습니다. 3 및 4. 이러한 합금에는 어닐링을 거의 사용하지 않으며 담금질(정규화)로 인한 어닐링은 거의 다르지 않습니다(표 1 참조).
1 번 테이블
| 합금 | 가열 냉각 | 고용체 처리 | 중간 노화 | 최종 노화 | ||||
| 온도(°C) | 시간 시간 | 온도(°C) | 시간 시간 | 온도(°C) | 시간 시간 | 온도(°C) | 시간 시간 | |
| 인코넬-600 | 1038 | 1/4..1/2 | 1120 | 2 | — | — | — | — |
| 인코넬-625 | 925..1038 | 1 | 1090..1200 | 1 | — | — | — | — |
| 인코넬-700 | 1200 | 2 | 1180 | 2 | — | — | 870 | 4 |
| 인코넬-718 | 955 | 1 | 955 | 1 | 732 | 8 | 720 | 8 |
| 인코넬 X-750 | 1038..1090 | 1/2..3/4 | 1150 | 2 | 845 | 24 | 700 | 20 |
| 님-80A | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 700 | 16 |
| 님-90 | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 700 | 16 |
| 르네-41 | 1080 | 2 | 1080 | 2 | — | — | 760 | 16 |
| 유디메트-500 | 1080 | 4 | 1080 | 4 | 845 | 24 | 760 | 16 |
| 유디메트-700* | 1138 | 4 | 1120..1175 | 4 | 870+ | 8 | 650+ | 24 |
| — | — | — | — | +985 | 4 | +760 | 8 | |
| 와스팔로이 | 1010 | 4 | 1080 | 4 | 845 | 24 | 760 | 16 |
| 인코넬-713* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| 인코넬-713C* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| IN-100* | — | — | 1150..1175 | 2 | — | — | 930..995 | 4..16 |
| *주조 합금 | ||||||||
표 2
| 합금 | 1차 경화 | 2차 경화 | 최종 노화 | |||
| 온도(°C) | 시간 시간 | 온도(°C) | 시간 시간 | 온도(°C) | 시간 시간 | |
| EI435 | 980..1020 | 0,5 | — | — | — | — |
| ХН77TYUR | 1080 | 8 | — | — | 700..750 | 16 |
| ХН70ВМТУ | 1200 | 2 | 1050 | 4 | 800 | 16 |
| ХН35ВТУ | 1180 | 2,5 | 1050 | 4 | 750..800 | 16 |
| EI445R | 1200 | 4..6 | — | — | 850 | 15..20 |
| EI893 | 1160 | 2 | — | — | 800 | 12 |
| EI929 | 1220 | 2 | 1050 | 4 | 850 | 8 |
| EI867 | 1220 | 4..10 | — | — | 950 | 8 |
| EN867* | 1180 | 6 | 1000 | 8 | 850 | 16 |
| EI661 | 1200 | 10..15 | 950..1050 | 5..8 | — | — |
| ZhS6K | 1200 | 4 | — | — | — | — |
| * 900°C에서 중간 노화 8 시간. | ||||||
표 3
| 합금 등급 | 요소 함량(%) | ||||||||
| 씨 | Cr | 공동 | 모 | NB | 티 | 알 | 철 | 기타 요소 | |
| 인코넬-600 | 0,04 | 15 | — | — | — | — | — | 7 | — |
| 인코넬-700 | 0,12 | 15 | 30 | 3 | — | 2,2 | 3,2 | 1 | — |
| 인코넬-718 | 0,04 | 19 | — | 3 | 5 | 0,8 | 0,6 | 18 | — |
| 인코넬 X-750 | 0,04 | 15 | — | — | 1 | 2,5 | 0,9 | 7 | — |
| 님-80A | 0,08 | 20 | 1 | — | — | 2,3 | 1,3 | 3 | — |
| 님-90 | 0,08 | 20 | 18 | — | — | 2,5 | 1,5 | 3 | — |
| 르네-41 | 0,08 | 19 | 11 | 10 | — | 3 | 1,5 | 2 | 0.005B |
| 유디메트-500 | 0,08 | 18 | 18 | 4 | — | 3 | 2,9 | 0,5 | 0.004B |
| 유디메트-520 | 0,05 | 19 | 12 | 6 | — | 3 | 2 | 0,5 | 0.005V; 1W |
| 유디메트-700 | 0,15 | 15 | 19 | 5 | — | 3,5 | 4,5 | 0,5 | 0.05B |
| 와스팔로이 | 0,10 | 20 | 14 | 4 | — | 3 | 1,3 | 0,75 | 0.004B; 0.06Zr |
| 인코넬-713 | 0,12 | 13 | — | 4,5 | 2 | 0,6 | 6 | 0,5 | — |
| 인코넬-713C | 0,06 | 12 | 1,5 | 4,5 | 2 | 0,6 | 6 | 0,3 | — |
| IN-100 | 0,15 | 10 | 14 | 3 | — | 5 | 5,5 | — | 0.015V; 0.06Zr; 1.0V |
| B-1900 | 0,10 | 8 | 10 | 6 | — | 1,0 | 6 | — | 0.015V; 0.08Zr; 4.5타 |
표 4
| 합금 등급 |
|
|||||||||
| 씨 | Cr | 공동 | 모 | 여 | 티 | 알 | 철 | 비 | 기타 요소 | |
| EI435 | 0,10 | 20 | — | — | — | 0,30 | 0,10 | 1 | — | — |
| ХН77TYUR | 0,05 | 20 | — | — | — | 2,5 | 0,8 | 1 | 0,01 | 0.10CE |
| ХН70ВМТУ | 0,10 | 15 | — | 3 | 6 | 2,1 | 2,1 | 최대 5개 | 0,02 | 0.02Ce; 0.3V |
| ХН35ВТУ | 0,05 | 15 | — | — | 3 | 3 | 1,2 | ~40 | 0,03 | 0.02CE |
| EI445R | 0,05 | 18 | — | 4,5 | 4,5 | 2,5 | 1,2 | 1 | 0,01 | 0.02CE |
| EI893 | 0,05 | 15 | — | 5 | 10 | 1,4 | 1,4 | 1 | 0,01 | 0.02CE |
| EI929 | 0,06 | 10,5 | 15 | 5 | 6 | 1,7 | 4 | — | — | 0.1바; 0.5V |
| EI867 | 0,06 | 9,5 | 5 | 10 | 5 | — | 4,5 | — | 0,02 | — |
| ZhS6-K | 0,15 | 11,5 | 4,5 | 4 | 5 | 2,8 | 5,5 | 1 | 0,02 | — |
해외의 경화 온도는 소련에서 사용되는 경화 온도보다 낮고 유지 시간은 훨씬 짧습니다(거의 2배). 그래서 외국 합금은 우리나라 합금보다 입자가 더 세밀합니다. 2차 경화는 해외에서는 사용되지 않는 반면, 우리나라에서는 많은 합금에 성공적으로 사용됩니다.
표에 나와 있습니다. 1, 2종의 대표적인 열처리 모드는 요구사항에 따라 변경될 수 있습니다. 고온으로 가열하여 얻은 거친 입자의 합금은 미세한 입자보다 크리프 저항성이 더 높은 것으로 알려져 있습니다. 거친 입자 합금(2-3포인트)은 고온에서 장기간 강도가 훨씬 더 높습니다. 그러나 적당히 높은 온도(600~700°C)의 경우 평균 입자 크기가 4~5포인트인 합금이 내열성이 더 높습니다. 분지형 결정립계의 표면 에너지가 높기 때문에 세립 구조는 특히 높은 작동 온도에서 더욱 불안정하므로 내열 합금, 특히 장기 사용을 목적으로 하는 합금의 결정립 크기는 3에 해당해야 합니다. 표준 척도에서는 -4점입니다. 이 입자 크기는 1100~1120°C로 가열한 후 일반적이며 복잡한 합금의 경우 1150~1170°C에서 발생합니다.
해외에서는 대부분의 산업용 합금이 이 온도에서 가열됩니다.
실온 및 저온(~550°C)에서 고강도 특성을 얻으려면 950~1050°C에서 정규화를 수행하고 더 낮은 온도에서 시효를 수행해야 하며, 그 결과 합금이 미세하게 결정됩니다(5~6번째 지점). ), 미세하게 분산된 γ 석출물 '-상에 의해 강화됩니다.
따라서 열처리 모드의 선택은 필요한 기계적 특성에 따라 결정됩니다. 분산 경화 온도 범위를 초과하는 온도(예: 900-950 °C)에서 작동하기 위해 고분산 경화 합금을 사용하는 경우 정규화는 한 번만 적용됩니다. 작동 온도로 가열하면 가열 과정(열열 노화) 중에 합금이 집중적으로 경화되고, 작동 온도 영역에서 최대 경화가 이루어지며 특정 시간 동안 하중을 성공적으로 견딜 수 있습니다. 그러나 사전 노화된 동일한 합금은 온도 및 하중에 대한 저항력이 떨어지므로 효율성이 떨어집니다. 약한 분산 경화 합금(EI813, EI435, Inconel-600 등)은 분산 경화가 거의 영향을 미치지 않고 작동 중에 발생하기 때문에 시효를 거치지 않습니다. 합금의 장기적인 안정성을 보장하려면 구조에 적당한 함량의 강화 단계가 필요합니다(즉, 적당한 분산 경화 합금 사용). 미세하게 분산된 금속간 및 탄화물 상의 균일하고 최대 분리를 얻는 것이 매우 중요하며, 이는 단계별 처리 모드를 통해 제공됩니다. 단계별 노화 방식은 강도 특성의 손실을 가져오지만 플라스틱 특성을 크게 증가시키고 합금의 열 취성 경향을 감소시킵니다. 그러나 이후의 실험에서는 이 방법이 부적절하다는 것이 드러났습니다. 따라서 고분산 경화 합금 KhN35VTYu(EI787)에서 복잡한 열처리 방식이 750°C에서 단 한 번의 시효로 구성된 가장 간단한 방식으로 동시에 테스트되었습니다. 열 취성 경향은 최대 10,000-20,000 노출에서 평가되었습니다. 시간온도는 700°C입니다. 결과(표 5)는 예비 열처리 체제의 복잡성에 관계없이 합금이 취성화된다는 것을 보여줍니다. 템퍼링 단계 수나 유지 기간을 늘리면 충격 강도의 초기 값에만 영향을 미칩니다. 노화 과정에서 감소하며, 노화만으로 구성된 열처리 후에는 그 정도가 줄어듭니다.
앞서 지적한 바와 같이, 열역학적으로 불안정한 두 번째 상의 입자의 분산 분리, 유착 및 용해 과정은 연속적으로 발생합니다. 이러한 공정은 재생적으로 발생하며 사이클 후 사이클이 반복됩니다. 따라서 합금이 얼마나 많이 사전 시효되고 열처리 체제가 복잡하더라도 장기간 열 노출 중에 특성이 변경되고 일정한 결과로 부서지기 쉽습니다. 강화 단계의 입자 방출 및 구조 상태의 변화.
우리는 단일 시효(사전 경화 없음)로 구성된 분산 경화 열간 또는 냉간 변형 합금의 독창적이고 간단한 열처리 방식에 초점을 맞춰야 합니다.
이 모드를 사용하면 넓은 온도 범위에서 최고의 강도 특성과 연성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 최대 750°C의 온도에서 최고의 내열성과 내피로성을 얻을 수 있습니다. 또한 이 모드는 열적 취성에 대한 저항성과 절단에 대한 둔감성을 제공합니다. 시효만으로 구성된 처리 체제는 일부 합금에 대해 테스트되었으며 생산에 성공적으로 도입되었습니다. 해외에서 그러한 제도를 사용하는 것에 대한 정보는 아직 없습니다.
합금의 장기 안정성을 보장하기 위한 또 다른 중요한 조건은 강화 단계의 높은 열 안정성을 달성하는 것입니다. 이는 강화 γ'-상의 조성에 부분적으로 포함된 합금 원소를 도입함으로써 강화 상의 조성을 복잡하게 함으로써 달성됩니다. 가장 효과적인 강화 γ 상 - Ni 3 Al 및 Ni 3 Ti 및 이들의 조합 - Ni 3 (A1, Ti)은 니오븀, 탄탈륨, 주석, 실리콘, 마그네슘, 베릴륨, 루테늄, 몰리브덴 및 제공하는 기타 원소에 의해 복잡해질 수 있습니다. 니켈 합금의 분산 경화. 이들 중에서 주석과 같이 원자 직경이 약간 더 큰 원소가 특히 관심을 끌고 있습니다.
니켈과 함께 γ'형 상을 형성하는 일부 원소의 원자 직경은 다음과 같습니다.
스트레스 해소.템퍼링은 종종 응력을 완화하고 부품의 치수를 안정화하는 데 사용됩니다. 기계 가공, 용접 또는 작동 중에 내부 응력이 발생할 수 있습니다. 내열 합금으로 제작된 완제품은 제품 크기에 따라 400~700°C에서 담금질되며 노출됩니다. 휴일 이후에는 천천히 냉각하십시오. 템퍼링 온도가 높을수록 시효 공정이 시작되고 많은 합금의 경우 템퍼링이 기존 시효와 결합될 수 있으므로 작업 전 최종 처리로 내부 응력을 완전히 제거할 수 있는 시효를 수행하는 것이 좋습니다.
새로운 연구.니켈, 니켈-코발트 및 기타 베이스의 오스테나이트 내열 합금의 경도, 강도 특성, 크리프 저항성 및 내열성을 증가시키는 방법에 대해 미국에서 특허가 발행되었습니다(1967년 7월 4일자 미국 특허 번호 3329535). . 이 방법은 높은 정수압(10'000-50'000)을 적용하여 공기 냉각을 통한 용액 처리로 구성됩니다. ATM), 이는 고용체에서 탄소의 용해도를 눈에 띄게 감소시킵니다(압력 1-10에서 유지). 분). 고압의 결과로 탄소 원자 또는 탄화물은 매트릭스에서 응집성 침전물로 "압착"되어 네트워크 형태로 배열되는 반면 응집성 상의 입자는 평소와 같이 결정립 경계를 따라 떨어지지 않습니다. 후속 노화(650-980°C)에 따라 탄화물은 고용체의 균일하게 분포된 세포 형성 주위에 침전됩니다.
Inconel-718 합금에 대해 미국에서 수행된 연구에 관심이 있습니다. 이 합금의 강화는 Ni 3 화합물(Nb 0.8 Ti 0.2)에 해당하는 조성인 Ni 3 Nb를 기반으로 하는 γ'-상의 석출에 의해 달성됩니다. Incone1-718 합금은 천천히 분산 경화되므로 첨단 기술이며 용접성이 뛰어납니다. 최대 760°C까지 작동하는 데 적합합니다. 고강도(σ 0.2 ~ 120-145) kg/mm 2) 좋은 내식성과 결합됩니다. 주목할 만한 점은 높은 강도 값을 제공하는 955°C의 낮은 정규화 온도(표 1 참조)입니다. 이 합금의 특성에 대한 니오븀의 영향은 유익하고 효과적입니다. 티타늄은 또한 니오븀과 마찬가지로 Inconel-718 합금의 특성에 점점 더 많은 영향을 미칩니다. 알루미늄의 효과는 덜 중요하며 다양한 효과로 강도가 약간 증가합니다. 실리콘은 약간의 편차를 제외하면 니오븀과 영향이 비슷합니다. 이 논문은 2원(Ni+Si) 및 3원(Ni+Si+Ti) 합금에 대한 연구 결과를 제시합니다. β상 형성은 각각 ~12-13% Si와 6-10% Si 및 1-4% Ti를 함유한 합금에서 Ni 3 S 및 Ni 3 (Si, Ti)로 확립되었습니다. X선 회절 방법을 통해 Ni 3 (Si, Ti) 상이 γ' 상 Ni 3 (Al, Ti)와 유사하다는 사실이 확인되었습니다. Ni 3 Si 또는 이원 합금의 β상은 1040°C 미만의 온도에서 페리텍토이드 반응의 결과로 형성됩니다. 이는 해당 Ni 3 (Si, Ti) 상과 같이 상당한 가소성을 가지고 있습니다. 이원 합금(~2%)에 티타늄을 첨가하면 페리텍토이드 β 형성이 제거되고, 생성된 Ni 3 (Si, Ti) 상은 Ni 3 Ti 화합물(1380°C)과 동일한 융점을 갖습니다. 표시된 양의 실리콘과 티타늄을 함유한 합금은 상당히 높은 강도 특성과 연성을 갖습니다. 실온에서 주조 합금의 최대 인장 강도와 항복 강도는 각각 55-57 및 25-28입니다. kg/mm 2, 최소 연신율은 15-30% 범위입니다. 이러한 분산 경화 합금의 다른 특성은 제공되지 않습니다.
유해한 단계.장기간 열처리 또는 서비스 중에 σ-, μ- 및 기타 상은 엄격한 화학량론적 비율을 갖지 않고 다양한 조성의 고용체인 많은 내열 합금에서 방출됩니다. 이러한 단계는 강철 및 합금의 소성 특성을 감소시킵니다. σ 상의 형성은 크롬, 텅스텐, 몰리브덴 등에 의해 크게 촉진될 수 있습니다. 코발트를 소량 첨가하면(최대 5%) σ 형성 과정을 줄일 수 있습니다. 동시에, 이는 강화 단계 Ni 3 M의 일부이며 크롬을 고용체로 방출합니다. 5% 이상의 코발트 함량은 특히 합금에 크롬이 부족한 경우 σ 형성에 적극적으로 영향을 미칩니다. 합금에서 σ 상의 형성 시간을 계산하는 방법이 있습니다. 이것은 소위 Nv점(전자 공석의 밀도 지점)에 대한 계산이지만 항상 정확하지는 않습니다. 위험점 Nv를 갖지만 σ상을 형성하지 않는 합금이 있습니다. σ 상은 Ud-700, Ud-500, Ud-520, IN-713C 및 Rene-41 합금에서 발견되었습니다. σ 상은 Ud-700 및 IN-100 합금의 성능을 감소시켰지만 다른 합금의 강도에는 거의 영향을 미치지 않았습니다. 고강도 주조 합금에 대한 연구에 따르면 σ상의 존재가 특성 감소에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.
니켈 기반 합금은 최대 850~950°C의 온도까지 산화에 잘 견딥니다. 더 높은 온도(담금질을 위한 가열 온도)에서는 표면과 결정립계를 따라 산화되므로 고온에서 내열합금을 열처리하려면 작업에 따라 진공로 또는 수소로를 사용하는 것이 바람직합니다. . 노출 종료 시 불활성 가스 제트를 사용하여 금속을 냉각합니다. 산화가 허용되지 않는 경우 보호 분위기가 있는 오븐을 사용해야 합니다. 염욕에서 가열하는 것은 바람직하지 않습니다. 왜냐하면 염욕의 염화물은 노화 온도에서도 가열 과정 동안 금속 표면과 반응할 수 있기 때문입니다. 노화를 위한 열로는 공기 분위기를 사용하고 가스로 가열하는 기존 방식을 사용할 수 있습니다. 희석된 발열 분위기는 상대적으로 안전하고 경제적입니다. 흡열 분위기는 권장되지 않습니다. 산화가 허용되지 않는 경우 아르곤 대기가 사용됩니다. 열처리 중 온도 제어의 정확도는 단조 합금의 경우 4~5°C, 주조 합금의 경우 8~10°C 이내여야 합니다.
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오스테나이트강은 여러 가지 특별한 장점을 갖고 있으며 매우 공격적인 작업 환경에서 사용할 수 있습니다. 전력 공학, 석유 및 화학 산업에서 이러한 합금 없이는 불가능합니다.
오스테나이트 강은 합금 수준이 높은 강으로, 결정화 시 단상 시스템이 형성됩니다. 특징면 중심 결정 격자. 이러한 유형의 격자는 매우 낮은 온도(약 섭씨 200도)에 노출되어도 변하지 않습니다. 어떤 경우에는 다른 단계가 있습니다(합금의 부피가 10%를 초과하지 않음). 그러면 격자는 몸체 중심이 됩니다.
설명 및 특성
강철은 기본 구성과 니켈 및 크롬과 같은 합금 원소의 함량에 따라 두 그룹으로 나뉩니다.
- 철 성분: 니켈 7%, 크롬 15%; 총 첨가제 수 - 최대 55%;
- 니켈 및 철-니켈 조성. 첫 번째 그룹에서는 니켈 함량이 55% 이상이며, 두 번째 그룹에서는 철과 니켈이 1:5 비율로 65% 이상입니다.
니켈 덕분에 강철의 연성, 내열성 및 제조 가능성이 향상되고 크롬의 도움으로 - 주다부식 및 내열성이 필요합니다. 그리고 다른 합금 성분을 추가하면 독특한 특성을 지닌 합금을 얻을 수 있습니다. 구성 요소는 합금의 사용 목적에 따라 선택됩니다.
합금화에는 주로 다음이 사용됩니다.
- 오스테나이트 구조를 안정화시키는 비료: 바나듐, 텅스텐, 티타늄, 실리콘, 니오븀, 몰리브덴.
- 오스테나이저는 질소, 탄소, 망간으로 대표됩니다.
나열된 모든 구성 요소는 과잉 단계뿐만 아니라 강철의 고용체에도 위치합니다.
부식 및 온도 변화에 강한 합금
다양한 첨가제를 사용하면 다음과 같은 특수강을 만들 수 있습니다. 적용될 것이다구조 부품 제조에 사용되며 극저온, 고온 및 부식성 환경에서 작동됩니다. 따라서 구성은 세 가지 유형으로 나뉩니다.
- 내열성 및 내열성.
- 부식 방지.
- 저온에 강합니다.
내열합금은 공격적인 환경에서도 화학물질에 의해 파괴되지 않으며 최대 +1150도까지 사용할 수 있습니다. 그것들은 다음으로부터 만들어집니다:
- 가스 파이프라인 요소;
- 용광로 설비;
- 난방 구성 요소.
내열 등급은 높은 기계적 특성을 잃지 않고 오랫동안 고온에서 응력을 견딜 수 있습니다. 합금할 때 몰리브덴과 텅스텐이 사용됩니다(각 첨가에 대해 최대 7%까지 할당 가능). 붕소는 소량의 곡물을 분쇄하는 데 사용됩니다.
오스테나이트계 스테인리스강(부식 방지)은 탄소 함량(0.12% 이하), 니켈(8~30%), 크롬(최대 18%) 함량이 낮은 것이 특징입니다. 열처리(템퍼링, 경화, 어닐링)가 수행됩니다. 이는 20도 이상의 온도에서 산성, 가스, 알칼리성, 액체 금속 등 다양한 공격적인 환경에서 잘 견딜 수 있기 때문에 스테인레스 스틸 제품에 중요합니다.
내한성 오스테나이트 구성에는 니켈 8~25%와 크롬 17~25%가 포함되어 있습니다. 극저온 장치에 사용되지만 생산 비용이 크게 증가하므로 매우 제한적으로 사용됩니다.
열처리 특성
내열성 및 내열성 등급은 다양한 유형의 열처리를 거쳐 유익한 특성을 높이고 기존 입자 구조를 수정할 수 있습니다. 우리는 분산상의 분포 수와 원리, 블록과 입자 자체의 크기 등에 대해 이야기하고 있습니다.
이러한 강철을 어닐링하면 합금의 경도(때때로 이는 작동 중에 중요함)를 낮추고 과도한 취성을 제거하는 데 도움이 됩니다. 가공 과정에서 금속은 30~150분 동안 1200도까지 가열된 후 금속이 됩니다. 필요한최대한 빨리 식혀주세요. 상당한 양의 합금 원소를 함유한 합금은 일반적으로 오일이나 야외에서 냉각되는 반면, 단순한 합금은 일반 물에서 냉각됩니다.
이중 경화가 수행되는 경우가 많습니다. 첫째, 조성물의 첫 번째 정규화는 1200도에서 수행되고 이어서 1100도에서 두 번째 정규화가 수행되어 플라스틱 및 내열성이 크게 향상됩니다.
이중열처리(경화 및 시효) 공정을 통해 내열성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있습니다. 작업 전에 모든 내열 합금의 인공 시효가 수행됩니다(즉, 분산 경화됩니다).