Karakteristik elemen paduan

Abstrak: Unsur yang sangat penting untuk baja paduan adalah mangan, nikel, krom, molibdenum, vanadium, tungsten, silikon, tembaga, kobalt dan boron. Semua baja komersial mengandung mangan 0,3-0,8%, untuk mengurangi oksida dan untuk melawan pengaruh berbahaya dari besi sulfida. Ada kecenderungan saat ini untuk meningkatkan kandungan mangan dan mengurangi kadar karbon untuk mendapatkan baja dengan kekuatan tarik sama tetapi daktilitas ditingkatkan. Nikel dan mangan yang sangat mirip dalam perilaku dan keduanya menurunkan suhu eutektoid. Baja nikel terkenal akan, daktilitas kekuatan dan ketangguhan, sementara baja kromium ditandai oleh kekerasan dan ketahanan untuk dipakai. Kromium dapat larut baik dalam alpha-atau gama-besi, tetapi, di hadapan karbon, karbida yang terbentuk adalah sementit (FeCr) 3C di mana kromium akan naik menjadi lebih dari 15%; karbida krom (CrFe) 3C2 (CrFe) 7C3 (CrFe) 4C, di mana kromium dapat diganti dengan beberapa persen, dengan maksimum 55% dan 25% masing-masing. Baja krom digunakan dimanapun kekerasan ekstrim diperlukan, seperti di mati, bantalan bola, piring untuk lemari besi, gulungan, file dan alat. Kombinasi dari nikel dan kromium memproduksi baja memiliki semua sifat ini, beberapa diintensifkan, tanpa kelemahan yang terkait dengan paduan sederhana. Molibdenum larut dalam kedua alpha-atau gama-besi dan di hadapan bentuk karbon karbida kompleks (FeMo) 6C,, Fe21Mo2C6 Mo2C. Molibdenum juga merupakan konstituen dalam beberapa kecepatan tinggi baja, paduan magnet, panas-menolak dan korosi-menolak baja.

Mangan Semua baja komersial mengandung mangan 0,3-0,8%, untuk mengurangi oksida dan untuk melawan pengaruh berbahaya dari besi sulfida. Setiap mangan lebih dari persyaratan ini sebagian larut dalam besi dan sebagian lagi membentuk Mn3C yang terjadi dengan Fe3C itu. Ada kecenderungan saat ini untuk meningkatkan kandungan mangan dan mengurangi kadar karbon untuk mendapatkan baja dengan kekuatan tarik sama tetapi daktilitas ditingkatkan Jika mangan meningkat di atas 1,8% baja cenderung menjadi airhardened, dengan kecacatan hasil resultan dari keuletan. Sampai kuantitas ini, mangan memiliki efek menguntungkan pada sifat mekanik baja karbon minyak mengeras dan marah 0,4%. Isi mangan juga meningkat pada baja paduan tertentu, dengan pengurangan atau penghapusan nikel mahal, untuk mengurangi biaya. Baja dengan karbon 0,3-0,4%, mangan 1,3-1,6% dan 0,3% molibdenum telah menggantikan baja nikel 3% untuk beberapa tujuan. Non-menyusut baja perkakas berisi hingga mangan 2%, dengan karbon 0,8-0,9%. Baja dengan 5 sampai 12% mangan adalah martensit setelah pendinginan lambat dan memiliki kepentingan komersial kecil. Hadfield `s baja mangan mengandung 12 sampai 14% mangan dan 1,0% dari karbon. Hal ini ditandai dengan resistensi yang besar untuk dipakai dan karena itu digunakan untuk jalur kereta api, batu latihan dan penghancur batu. Austenit benar-benar disimpan oleh quenching baja dari 1000 ° C, dalam kondisi lunak itu digunakan, tetapi abrasi meningkatkan kekerasan lapisan permukaan 200-600 VPN (dengan tidak ada perubahan magnetik), sedangkan bahan yang mendasarinya tetap kasar. Annealing embrittles baja dengan pembentukan karbida di batas butir. Nikel ditambahkan ke elektroda untuk pengelasan baja mangan dan 2% Mo kadang menambahkan, dengan perawatan sebelum dispersi karbida pada suhu 600 ° C, untuk meminimalkan distorsi awal dan menyebar. Nikel Nikel dan mangan yang sangat mirip dalam perilaku dan keduanya menurunkan suhu eutektoid. Titik perubahan pada pemanasan diturunkan secara progresif dengan peningkatan nikel (sekitar 10 ° C selama 1% nikel), tetapi penurunan perubahan pada pendinginan lebih besar dan tidak teratur. Suhu perubahan ini (Ar1) diplot untuk isi nikel yang berbeda untuk baja karbon 0,2% pada Gambar. 1, dan itu akan terlihat bahwa kurva mengambil putaran terjun mendadak tentang nikel 8%. Sebuah baja dengan nikel 12% mulai mengubah di bawah 300 ° C pada pendinginan, tetapi pada pemanasan perubahan sebaliknya tidak terjadi sampai sekitar 650 ° C. Baja tersebut dikatakan menunjukkan lag diucapkan atau histeresis dan disebut baja ireversibel. Karakteristik ini dimanfaatkan dalam maraging baja dan 9% Ni baja kriogenik. Penambahan nikel bertindak sama dengan meningkatkan laju pendinginan baja karbon.Jadi dengan tingkat konstan pendinginan baja nikel 5-8% menjadi troostitic, pada nikel 8-10%, dimana penurunan tiba-tiba muncul, struktur martensit, sedangkan nikel di atas 24% titik kritis ditekan di bawah suhu kamar dan austenit tetap. Garis demarkasi yang tidak begitu tajam seperti ditunjukkan oleh Gambar. 1, tapi transisi bertahap terjadi dari satu konstituen yang lain. Gambar 1. Pengaruh nikel pada poin perubahan dan sifat mekanik baja karbon 0,2% didinginkan dengan laju yang konstan Sifat mekanik berubah sesuai seperti yang ditunjukkan pada bagian bawah Gambar. 1. Baja dengan nikel 0,5% mirip dengan baja karbon, tetapi lebih kuat, pada rekening perlit halus terbentuk dan adanya nikel dalam larutan dalam ferit. Ketika nikel 10% melebihi baja memiliki kekuatan tarik tinggi, kekerasan besar, namun rapuh, seperti yang ditunjukkan oleh Izod dan kurva mulur. Ketika nikel cukup untuk menghasilkan baja austenit menjadi non-magnetik, ulet, tangguh dan bisa diterapkan, dengan penurunan dalam kekuatan dan batas elastis. Karbon intensives aksi nikel dan titik perubahan ditunjukkan pada Gambar. 1 akan bervariasi sesuai dengan kandungan karbon. Pengaruh karbon dan nikel pada struktur diperlihatkan dalam diagram inset kecil (Guillet) pada Gambar. 1, untuk satu tingkat pendinginan. Baja yang mengandung 2 sampai 5% nikel dan sekitar karbon 0,1% digunakan untuk kasus pengerasan; yang mengandung karbon 0,25 ke 0,40% digunakan untuk crankshafts, as roda dan batang penghubung. Sifat-sifat unggul dari baja nikel rendah sebaiknya dibawa keluar oleh quenching dan tempering (550-650 ° C). Karena titik AC3 diturunkan, suhu pengerasan lebih rendah daripada baja karbon diperbolehkan dan juga lebih luas suhu pengerasan atas AC3 tanpa pertumbuhan butir yang berlebihan, yang terhambat oleh tingkat yang lambat difusi nikel.Baja nikel martensit yang tidak digunakan dan paduan austenitik tidak dapat bersaing dengan baja mangan yang sama karena biaya lebih tinggi. Baja maraging telah memenuhi persyaratan tarik tinggi di aero dan bidang ruang. Paduan nikel tinggi digunakan untuk tujuan khusus, karena pengaruh ditandai nikel pada koefisien pemuaian logam. Dengan nikel 36%, karbon 0,2%, mangan 0,5%, koefisien praktis nol antara 0 ° dan 100 ° C. Paduan ini usia dengan waktu, tetapi ini dapat diminimalkan dengan pemanasan pada 100 ° C selama beberapa hari. Paduan ini disebut Inver dan digunakan secara ekstensif dalam jam, kaset dan ukuran kawat, regulator diferensial ekspansi, dan dalam piston aluminium dengan rok terbelah untuk memberikan perluasan mendekati dengan yang dari besi cor. Sebuah paduan bebas karbon yang mengandung 78,5% nikel dan besi 21,5% memiliki permeabilitas tinggi di medan magnet kecil. Khrom Kromium dapat larut baik dalam alpha-atau gama-besi, tetapi, di hadapan karbon, karbida yang terbentuk adalah sementit (FeCr) 3C di mana kromium akan naik menjadi lebih dari 15%; karbida krom (CrFe) 3C2 (CrFe) 7C3 (CrFe) 4C, di mana kromium dapat diganti dengan beberapa persen, dengan maksimum 55% dan 25% masing-masing. Baja stainless mengandung Cr4C. Baja kromium perlitik dengan, katakanlah, 2% kromium sangat sensitif terhadap laju pendinginan dan temperatur pemanasan sebelum pendinginan, misalnya: Temp. Pemanasan awal, ° C Kritis Pengerasan Tingkat (Menit untuk mendinginkan dari 836 ° sampai 546 ° C) 836 3,5 1010 6,5 1200 13 Alasannya adalah bahwa karbida kromium tidak mudah terlarut dalam austenit, tapi jumlahnya meningkat dengan kenaikan suhu. Efek dari kromium terlarut adalah untuk meningkatkan titik-titik kritis pada pemanasan (Ac) dan juga pada pendingin (Ar) ketika angka ini lambat. Tingkat lebih cepat pendinginan cepat menekan poin Ar konsekuen dengan pengerasan baja. Kromium menanamkan bentuk karakteristik dari bagian atas kurva transformasi isotermal. Persentase karbon dalam perlit diturunkan. Oleh karena itu proporsi bebas sementit (konstituen yang paling sulit) meningkat pada baja karbon tinggi dan, ketika baja adalah benar perlakuan panas, hal itu terjadi dalam bentuk spheroidised yang lebih cocok bila baja digunakan untuk bantalan bola. Perlit ini diberikan dengan baik. Ketika kromium melebihi 1,1% pada rendah karbon baja film pasif lembam terbentuk pada permukaan yang menolak serangan dengan mengoksidasi reagen. Isi kromium masih lebih tinggi ditemukan di panas-menolak baja. Baja kromium lebih mudah untuk mesin dari baja nikel kekuatan tarik serupa. Baja isi kromium lebih tinggi rentan terhadap kerapuhan marah jika perlahan didinginkan dari suhu tempering melalui rentang 550/450 ° C. Ini baja juga bertanggung jawab untuk membentuk tanda permukaan, umumnya disebut sebagai "garis krom". Baja krom digunakan dimanapun kekerasan ekstrim diperlukan, seperti di mati, bantalan bola, piring untuk lemari besi, gulungan, file dan alat. Kadar krom tinggi juga ditemukan pada magnet permanen tertentu. Nikel dan krom Baja nikel terkenal akan, daktilitas kekuatan dan ketangguhan, sementara baja kromium ditandai oleh kekerasan dan ketahanan untuk dipakai. Kombinasi dari nikel dan kromium memproduksi baja memiliki semua sifat ini, beberapa diintensifkan, tanpa kelemahan yang terkait dengan paduan sederhana. Kedalaman pengerasan meningkat, dan dengan 4,5% nikel, krom 1,25% dan 0,35% karbon baja dapat dikeraskan hanya dengan pendinginan di udara. Rendah nikel-kromium baja dengan kadar karbon kecil digunakan untuk casehardening, sementara untuk tujuan konstruksi sebagian kandungan karbon adalah 0,25-0,35%, dan baja yang dipanaskan untuk memberikan sifat yang diinginkan. Jumlah yang cukup nikel dan kromium digunakan dalam baja untuk menahan korosi dan oksidasi pada temperatur tinggi. Embattlement. Pengaruh tempering baja nikel-kromium yang ditunjukkan pada Gambar. 2, dari mana ia akan melihat bahwa dampak Izod kurva No 1 mencapai minimal berbahaya dalam kisaran 250-450 ° C yang sama dengan baja lainnya. Hal ini dikenal sebagai 350 ° C embattlement. Fosfor dan nitrogen memiliki efek signifikan sementara kotoran lainnya (As, Sb, Sn) dan mangan dalam jumlah lebih besar juga dapat menyebabkan embattlement tersebut. Gambar 2. Pengaruh tempering terhadap sifat mekanis dari baja nikel-kromium, C 0,26, Ni 3, Cr 1,2, diameter 29 mm, bar mengeras dalam minyak dari 830 ° C. Izod (2) untuk baja dengan molibdenum 0,25% ditambah Kerapuhan marah biasanya digunakan untuk menggambarkan kerapuhan takik dampak intergranular (Batas butir yang terungkap dalam sampel marah rapuh dengan etsa dalam 1 amonium bromida setil gm trimetil; 20 gm picric asam;. 100 cc air suling, 100 cc eter Kocok campuran, biarkan berdiri selama 24 jam, penggunaan sebagian dari lapisan atas dan kembali ke tabung setelahnya) diinduksi dalam beberapa baja dengan pendinginan lambatsetelah tempering atas sekitar 600 ° C dan juga dari perendaman berkepanjangan bahan yang sulit antara sekitar 400 ° dan 550 ° C. Kerapuhan Temper tampaknya karena pengayaan batas butir dengan paduan elemen-Mn, Cr, Mo-selama austenitising yang menyebabkan segregasi yang disempurnakan elemen embattling P, Sn, Sb, As-oleh interaksi kimia pada pendinginan lambat dari 600 ° C.Kembalinya kondisi sulit, diperoleh baja rehearing diperangi untuk suhu di atas 600 ° C dancepat pendinginan, ini disebabkan oleh redistribusi dan retensi dalam larutan dari segregasi embattling. Antimony (0-001%), fosfor (0-008%), arsenik, timah, meningkatkan mangan, molibdenum sementara mengurangi kerentanan baja untuk embattlement.Molibdenum 0-25% mengurangi kerapuhan seperti yang ditunjukkan oleh kurva Izod No 2.Tabel 1 menggambarkan tingkat efek pendinginan setelah tempering dan pengaruh penambahan molibdenum 0-45%: Tabel 1. Baja 0,3% C, Ni 3,5%, 0,7%, Cr, marah pada 630 ° C Baja Pendinginan Laju TS MPa Pemanjangan RA Izod ft lbf Izod J Ni-Cr Minyak 896 18 60 64 87 Ni-Cr Furnance 880 18 60 19 25 Ni-Cr-Mo Furnance 896 18 61 59 80 Molibdenum Molibdenum larut dalam kedua alpha dan gama-besi dan di hadapan bentuk karbon karbida kompleks (FeMo) 6C,, Fe21Mo2C6 Mo2C. Molibdenum mirip dengan kromium dalam efeknya pada bentuk kurva TTT-tetapi sampai 0,5% tampaknya lebih efektif dalam memperlambat perlit dan meningkatkan pembentukan bainit. Penambahan molibdenum 0,5% telah dilakukan untuk baja karbon biasa untuk memberikan kekuatan meningkat pada temperatur boiler 400 ° C, tetapi unsur ini terutama digunakan dalam kombinasi dengan unsur-unsur paduan lainnya. Ni-Cr-Mo baja banyak digunakan untuk persenjataan, rotor turbin dan artikel besar lainnya, karena molibdenum cenderung untuk meminimalkan kerapuhan emosi dan mengurangi efek massa. Molibdenum juga merupakan konstituen dalam beberapa kecepatan tinggi baja, paduan magnet, panas-menolak dan korosi-menolak baja. Vanadium Vanadium bertindak sebagai pemulung untuk oksida, membentuk karbida V, C, dan memiliki efek menguntungkan pada sifat mekanik perlakuan panas baja, terutama di hadapan unsur lainnya. Hal ini memperlambat sampai tempering pada kisaran 500-600 ° C dan dapat menyebabkan pengerasan sekunder. Kromium-vanadium (0,15%) baja digunakan untuk lokomotif penempaan, mobil as roda, coil springs, bar torsi dan ketahanan mulur. Tungsten Tungsten larut dalam gama-besi dan alfa-besi. Dengan karbon membentuk WC dan W2C, tetapi di hadapan besi membentuk Fe3W3C atau Fe4W2C. Suatu senyawa dengan besi-Fe3W2-menyediakan sistem pengerasan-penuaan. Tungsten menimbulkan titik kritis dalam baja dan karbida larut perlahan-lahan pada rentang suhu. Ketika benar-benar dibubarkan, tungsten membuat transformasi lamban, terutama untuk tempering, dan penggunaan terbuat dari ini di sebagian panas-kerja alat ("kecepatan tinggi") dan mati baja.Tungsten memurnikan ukuran butir dan menghasilkan kecenderungan lebih sedikit untuk Decarburisation selama bekerja. Tungsten juga digunakan dalam magnet, korosi dan panas-menolak baja. Silikon Silicon larut dalam ferit, dimana itu adalah pengeras cukup efektif, dan meningkatkan poin perubahan Ac dan poin Ar ketika didinginkan perlahan dan juga mengurangi perubahan volume gama-alpha. Hanya tiga jenis baja silikon adalah kesamaan penggunaan-satu dalam hubungannya dengan mangan untuk pegas, yang kedua untuk keperluan listrik, digunakan dalam bentuk lembaran untuk pembangunan core transformator, dan tiang dari dinamo dan motor, yang menuntut permeabilitas magnet yang tinggi dan listrik resistensi, dan yang ketiga digunakan untuk katup mobil. C Si Mn 1. Silico-mangan 0,5 1,5 0,8 2. Baja silikon 0,07 4,3 0,09 3. Silichrome 0,4 3,5 8 Ini memberikan kontribusi ketahanan oksidasi dalam panas-menolak baja dan merupakan tujuan umum deoxidizes. Unsur lainnya Tembaga larut dalam ferit sampai batas tertentu, tidak lebih dari 3,5% larut dalam baja pada suhu normalisasi, sedangkan pada suhu ruangan ferit jenuh di 0,35%. Ini menurunkan titik-titik kritis, tetapi tidak cukup untuk menghasilkan martensit oleh pendingin udara. Ketahanan terhadap korosi atmosfer meningkat dan baja tembaga dapat marah mengeras. Cobalt memiliki kelarutan yang tinggi dalam alpha dan gama-besi tetapi kecenderungan karbida pembentuk lemah. Ini mengurangi kemampuan pengerasan tetapi mendukung kekerasan selama tempering. Hal ini digunakan dalam paduan ketik "stelite", baja turbin gas, magnet dan sebagai ikatan dalam logam keras. Boron. Dalam beberapa tahun terakhir, terutama di Amerika Serikat, boron 0,003-0,005% telah ditambahkan ke sebelumnya sepenuhnya tewas baja, baik gandum untuk meningkatkan kemampuan pengerasan baja. Rasio hasil dan dampak yang pasti membaik, keuntungan yang diberikan diambil dari kemampukerasan peningkatan diperoleh dan baja sepenuhnya mengeras sebelum tempering. Dalam hubungannya dengan boron molibdenum membentuk kelompok yang berguna tinggi baja bainitik tarik. Boron digunakan dalam beberapa paduan menghadapi keras dan untuk batang kendali nuklir.