Свойства металлов

Поскольку промышленные дизайнеры стремятся к более легким, прочным и более компактным конструкциям компонентов, производители стали стремятся разработать процессы, которые приведут к получению более легких и прочных материалов.

Процесс производства обычных сталей оставляет большое количество включений в готовом материале. Во время металлообработки такие включения вытягиваются в направлении проката стали. В результате они имеют плохие усталостные и ударные свойства в поперечном направлении проката.

Последующая металлообработка заготовок из марок чистых сталей используя токарный станок или фрезерный станок чпу так же проходит в более эффективном режиме.

Понятно, что на этапе проектирования компонентов необходимо тщательно подбирать тип стали, которая будет использоваться, размер и форму ее включений, а также влияние, которое они будут оказывать на характеристики готовых деталей.

Мы все чаще слышим от клиентов в сферах судоходства, производства трансмиссии, двигателей, легких и тяжелых транспортных средств и ветроэнергетики, что им нужны более прочные материалы для тяжелых работ.

Итак, каковы же варианты?

Обычные стали могут снизить затраты производителей, но им может не хватать прочностных и усталостных свойств материала. Переплавленные стали гораздо безопаснее, но они более дорогостоящие и оказывают значительно большее негативное воздействие на окружающую среду.

Чтобы облегчить конструкции и повысить свойств материалов, были разработаны IQ- Steel, изотропная сталь, сверхчистая сталь и BQ- Steel, подшипниковая, чистая сталь, были разработаны для обеспечения повышенной прочности благодаря строгому контролю чистоты стали. IQ-Steel предлагает однородные свойства металлов во всех направлениях нагрузки для производства надежных узлов конструкций, которые могут выдерживать более высокие и более сложные разнонаправленные нагрузки. Аналогичным образом, BQ-Steel идеально подходит для широкого спектра применений за пределами подшипниковой промышленности, он выручает там где требуется более длительная работа и большая грузоподъемность.

При необходимости прочность на изгиб может быть увеличена на 40-100% в зависимости от используемой стали. В случаях многоосной нагрузки, увеличение может достигать до 130%. Поскольку инженеры-проектировщики стремятся повысить эффективность и снизить вес в своих конструкциях, они могут также рассмотреть возможность уменьшения размеров компонентов, чтобы получить ценное пространство для размещения других систем.

Чистые стали позволяют проектировать компоненты, которые были бы невозможно произвести при использовании обычных сталей, позволяя увеличивать удельную мощность, уменьшать размеры и вес и, возможно, уменьшать количество стали, необходимое для производства компонента.

Сталь обычно является анизотропным материалом по своей природе. Металлообработка деформирует включения, которые образуются в металле, что приводит к удлиненным дефектам в направлении проката. Большое количество крупных дефектов может вызвать трещины в металле из-за усталости. Сталь с небольшими изолированными включениями равномерного размера обладает изотропными свойствами, которые могут выдерживать большие нагрузки во всех направлениях, что делает ее пригодной для использования при высоких нагрузках.

Обширные исследования и разработки, проведенные за эти годы, привели к накоплению существенных данных о составе материала и его реакциях под нагрузкой. Эти данные были использованы для разработки процессов чистой стали.

Сканирующая электронная микроскопия способна исследовать большие срезы материала и предоставлять уникальные данные о микровключениях размером от 2 до 25 мкм. Данные о химическом составе включений имеют жизненно важное значение для разработки процесса создания новых материалов, а информация о размере и морфологии включений способствует разработке продукта.

Некоторые из наиболее впечатляющих результатов получены при ультразвуковом исследовании подготовленных образцов в резервуаре для воды, что позволяет оценить диапазон более крупных включений. С использованием 10 МГц зондов есть возможность сканировать 500 000 мм³ стали в одном образце (эквивалент 16 000 образцов разрушения или 300 000 образцов ASTM E45). На этой частоте включения более 120 мкм могут быть определены количественно со статистической точностью. Увеличив частоту, исследователи могли бы уменьшить размеры выборки, но количественные показатели включений, меньших 120 мкм. Например, при 80 МГц объемы 450 мм³ могут быть оценены для включений до 25 мкм.

Комбинируя все три квалификационных метода, исследователи усовершенствовали процессы производства более чистой стали

Процесс IQ-Steel может применяться ко многим маркам стали. Например, его можно комбинировать с типом стали, который дает очень небольшую глубину окисления по сравнению с обычными сталями, что приводит к значительному улучшению свойств поверхности металла. Это может в перспективе исключить необходимость в процессах улучшения поверхности, таких как дробеструйная обработка.

Произведенная для использования в производстве зубчатых колес, чистая сталь одинаково эффективна во всех направлениях, а ее прочность позволяет уменьшить размер компонентов. Например, при проектировании зубчатого колеса, которое будет производиться из чистой стали, вам не понадобится дополнительный запас прочности, более толстые стенки или большая толщина для защиты от поломок. Как прокомментировал один производитель: «В гибридных приводах нужно пространство под капотом для размещения большего количества деталей, поэтому вам нужен металл, обеспечивающий компактность, легкость и в то же время прочность модели».

Чтобы получить максимальную эффективность от производства чистой стали, очень важно, чтобы инженеры-конструкторы и металлурги работали в тесном сотрудничестве. Выбирая правильное качество чистой стали, вы можете влиять на производительность конечной детали или всего узла .

Первый шаг - перейти от обычной стали к стали подшипникового качества, что приведет к увеличению усталостной прочности. Вторым шагом является выбор сверхчистой стали изотропного качества для повышения производительности и, зачастую, жизненного цикла конечной детали. Такие подходы включают в себя редукторы, дизельные инжекторы высокого давления и любые компоненты, подвергающиеся высоким нагрузкам.

Исследования в этой области продолжают изучать материалы из чистых сталей. Чтобы полностью оценить преимущества чистой стали, важно придерживаться целостного взгляда, который рассматривает производительность компонентов, узлов и систем на их основе, вместе с их производственными процессами.