ferriti perlite austeniti

Queste sono le tre parole che ogni metallurgista o scienziato dei materiali vede costantemente. Ma quando inizi a lavorare con il vero metallo, soprattutto nella produzione di attrezzature, ti rendi conto che esiste un abisso tra il diagramma di stato ideale e ciò che si trova sul tavolo in officina. Molte persone, soprattutto i giovani ingegneri, pensano di aver compreso la teoria e basta, possono prevedere le proprietà. Ma in effetti, lo stessoperlitenella fusione del corpo del frantoio e nella trave laminata: queste sono, scusatemi, due grandi differenze. Oppure prendiamoaustenite— tutti conoscono la sua stabilità negli acciai inossidabili, ma quando si realizzano componenti di grandi dimensioni per attrezzature minerarie, dove la resistenza agli urti a basse temperature è importante, si iniziano a valutare gli acciai austenitici in modo completamente diverso, si cerca un equilibrio con la ferrite in modo che non compaiano cricche da shock termico.

Dalla teoria al workshop: dove iniziano i problemi

Ricordo che circa dieci anni fa abbiamo provato a modernizzare un cambio in una delle vecchie fabbriche. Il cliente richiedeva una maggiore resistenza all'usura degli ingranaggi. Abbiamo esaminato il materiale: acciaio con un buon contenuto di carbonio; in teoria, dovrebbe essersi formata una buona struttura a placche finiperlitedopo opportuno trattamento termico. Abbiamo effettuato la normalizzazione, l'indurimento e il rinvenimento. In una microsezione al microscopio sembra esserci una bella struttura. Ma durante le prime prove al banco, il dente ha cominciato a sgretolarsi. Cominciarono a capirlo.

Si è scoperto che la storia del metallo non è iniziata nella nostra fornace. La billetta originale si è surriscaldata durante la laminazione e nella struttura sono rimaste tracce di Widmanstätt. Il nostro trattamento termico non ha corretto questo problema, si è semplicemente “mimetizzato”. La perlite si è formata, ma attorno ad essa sono ancora presenti aree fragili. Questo per quanto riguarda la pura teoria. È stato necessario modificare completamente la catena tecnologica, introdurre un'ulteriore esposizione di omogeneizzazione per livellare la struttura prima dell'indurimento. Costoso e dispendioso in termini di tempo, ma il risultato è stato positivo.

Questo incidente mi ha insegnato ad avere una visione più ampia. Ora quelloSocietà LONGIQuando si tratta di sviluppare o riparare un componente critico, ad esempio l'albero di un separatore magnetico, che funziona in condizioni di usura abrasiva e carichi variabili, non chiediamo solo la qualità dell'acciaio. Abbiamo bisogno di una storia: quale deformazione ha subito, come si è raffreddata. Dipende da questo se riusciremo ad ottenere il rapporto desiderato tra ferrite e perlite nel prodotto finale o se dovremo optare per soluzioni più complesse.

Austenite: non solo per l'acciaio inossidabile

L'austenite è anche piena di miti. Tutti ricordano immediatamente la resistenza alla corrosione. Ma nelle attrezzature minerarie che produconoLONGI, la resistenza e lo smorzamento delle vibrazioni sono spesso fondamentali. Ad esempio, abbiamo punti di attacco per elettromagneti di potenza. La vibrazione di un frantoio o di un mulino funzionante è colossale. Utilizzare qui il normale acciaio al carbonio significa condannare la struttura al cedimento per fatica.

Abbiamo provato ad utilizzare acciai con austenite metastabile, che durante la deformazione si trasformano parzialmente in martensite. L'effetto dell'incrudimento mediante incrudimento. In teoria, fantastico. In pratica, abbiamo riscontrato il fatto che il grado di conversione dipende fortemente dalla temperatura dell'unità stessa durante il funzionamento. D'estate in un laboratorio caldo si ottiene un risultato, d'inverno in una stanza non riscaldata - un altro. L’imprevedibilità è la cosa peggiore dell’ingegneria.

Di conseguenza, per le auto di serie spesso abbandoniamo tali delizie a favore di quelle più prevedibili, anche se meno “alla moda”. materiali. Ma per gli ordini speciali, dove le condizioni possono essere rigorosamente controllate, continuiamo gli esperimenti. L'equilibrio tra duttilità austenitica e resistenza ferrite-perlite è una ricerca costante.

Ferrite come base

Ohferritespesso parlato in modo sprezzante: morbido, debole. Ma non puoi andare da nessuna parte senza di lui. Questa è la fase che fornisce proprio la viscosità, la capacità di assorbire l'energia dell'impatto. Nelle benne e nei denti degli escavatori sottoposti a carichi d'urto, la presenza di un certo volume di ferrite morbida nella struttura non è uno svantaggio, ma una necessità. Rallenta il crack.

Il problema è come controllarlo. La velocità di raffreddamento dopo la forgiatura o la fusione è un parametro chiave. In precedenza, nella vecchia produzione, molto veniva fatto “a occhio”: lo si toglieva dal forno, si aspettava che il colore smettesse di essere rosso vivo, quindi lo si metteva in acqua o aria. Il risultato variava da partita a partita. Ora su un sito modernoSocietà LONGIa Fushun stanno cercando di evitarlo. Si stanno introducendo linee di raffreddamento controllato, soprattutto per le grandi fusioni. Perché un telaio di raffreddamento da 10 tonnellate e una piccola boccola sono universi diversi dal punto di vista della cinetica delle trasformazioni di fase.

Si è verificato uno spiacevole incidente con un lotto di lastre schermanti. Il materiale sembrava standard, ma durante l'installazione diverse lastre sono scoppiate a causa di un leggero impatto. La microstruttura mostrava grani di ferrite enormi e allungati che formavano una rete quasi continua lungo i confini dei precedenti grani di austenite. Perlite all'interno dei grani. Struttura fragile. Il motivo è il raffreddamento troppo lento in un determinato intervallo di temperature. Il forno non funzionava correttamente e il controllo era selettivo. L'intero lotto doveva essere fuso. Perdite, ovviamente. Ma tale esperienza vale molto: costringe a costruire un sistema di controllo non solo ai punti finali, ma anche lungo l'intero percorso del trattamento termico.

Perlite: sottigliezze di dispersione

La perlite è probabilmente la più problematica in termini di durezza e resistenza all'usura. Tutti vogliono ottenere perlite a lamina sottile, anche simile al sorbitolo. Più piccolo, più difficile. Ma è qui che entra in gioco la tecnologia. Per ottenere una perlite molto fine è necessaria una velocità di raffreddamento rigorosamente definita e sufficientemente elevata. Ciò può significare in gran parte un raffreddamento improvviso nell'olio o anche in una soluzione polimerica, che è irta di elevate tensioni residue e deformazioni.

Questo è fondamentale per gli alberi dei frantoi che produciamo. Una curvatura anche di un paio di decimi di millimetro per metro di lunghezza può portare allo squilibrio e alla distruzione delle unità cuscinetto. Pertanto, spesso scendiamo a compromessi: consentiamo una perlite leggermente più grande, ma effettuiamo un trattamento isotermico, ad esempio in un bagno salino a una temperatura leggermente superiore all'inizio della formazione di martensite. Otteniamo la bainite. La struttura è più complessa, ma le sue proprietà complesse (resistenza, tenacità, deformazione minima) sono spesso superiori alla perlite pura.

Questo non proviene da un libro di testo, dove tutto è chiaramente disposto sugli scaffali. Questa è la cucina, dove la ricetta viene adattata ai fornelli e alle pentole esistenti. EsperienzaSocietà LONGI, che si accumula dal 1993, è proprio l’accumulo di tali “ricette?” per diversi tipi di attrezzature minerarie. Una superficie totale di 140.000 m2 e oltre 1.200 dipendenti non sono solo numeri, è un'opportunità per condurre tali esperimenti e accumulare statistiche, che poi costituiscono la base delle mappe tecnologiche.

Sintesi in un prodotto specifico

Di conseguenza, quando si progetta una nuova macchina, ad esempio un separatore magnetico, non si pensa separatamente alla ferrite, alla perlite o all'austenite. Pensi alle aree funzionali. Un tamburo costantemente a contatto con la polpa richiede la massima resistenza all'abrasivo, il che significa un'enfasi sulle fasi solide, possibilmente indurimento superficiale a martensite. Il telaio, che sopporta il carico principale, è il luogo in cui sono importanti resistenza e rigidità, il che significa acciaio legato di alta qualità con una struttura fine e uniforme garantita dopo indurimento volumetrico e rinvenimento elevato. E alcune staffe di montaggio, dove la plasticità è importante per smorzare le vibrazioni, possono essere lasciate con una struttura più ferritica.

È questo approccio sistematico che consente all'azienda di produrre circa 4.000 unità di attrezzature all'anno con caratteristiche prevedibili. Ogni fase di un diagramma di stato cessa di essere un'astrazione e diventa uno strumento. Uno strumento che devi essere in grado di utilizzare, conoscendo tutti i suoi capricci. A volte il risultato migliore non è la fase che tutti lodano nei libri di testo, ma quella il cui comportamento hai imparato dai tuoi errori e dai tuoi successi. Questa, forse, è la cosa principale che distingue la teoria dalla pratica nel nostro lavoro con il metallo.