Перлит

Структура перлита

Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.

Зернистый перлит и пластинчатый перлит

Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок (см. рисунок).

При исходном нагреве стали до 900°C получился пластинчатый перлит, причём более низкая температура даёт более дисперсную структуру. В такой же стали при тех же температурах превращения, но после невысокого нагрева (780°), получился зернистый перлит [1].

Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева (или температуры аустенизации).

Свойства перлита

Свойства перлита зависят от типа, размера и формы цементитных зёрен, от расстояния между пластинами, а также от других факторов. Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%. Прочность и твердость зернистого перлита несколько меньше, зато выше пластические свойства. Благодаря α-железу перлит обладает магнитными свойствами.

Твёрдость перлита

Значения твёрдости перлита, в зависимости от структуры и степени дисперсности могут меняться от При более дисперсном строении перлита твёрдость его повышается. Зависимость твёрдости от межпластинчатого расстояния (S) различных перлитных структур представлена в таблице [3]:

Значения твёрдости перлита из различных источников: твёрдость пластинчатого перлита 180-230 HB, твёрдость зернистого перлита 160-190 HB.

Перлит вспученный

Перлит вспученный находит применение прежде всего в строительстве: при изготовлении эффективной штукатурки, кирпича и блоков из искусственного перлитового камня (преимуществами которого являются малый вес и лёгкость обработки), в качестве звукоизоляционного наполнителя, утеплителя и т.д. Кроме того вспученный перлит применяют в сельском хозяйстве и не только.

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Источник

Перлитный класс стали: описание, марки, сварка

Термин «перлитный класс» относится к определённым композитным микроструктурам на основе железа. Перлитная сталь характеризуется совместным расположением тонких слоев феррита и цементита, которые образовались в результате эвтектоидной реакции аустенита.

Пластинчатый вид перлита немного вводит в заблуждение, поскольку отдельные пластины и внутри колонии перлита фактически взаимосвязаны в трёх измерениях. Однако фактически такие колонии представляют собой взаимопроникающие бикристаллы феррита и цементита.

Описание перлитных сталей

Перлит образуется при достаточно медленном охлаждении в системе железо-углерод в эвтектоидной точке на фазовой диаграмме Fe-C (723°C, температура эвтектоида). В чистом сплаве Fe-C он содержит около 88 объёмных процентов феррита и 12 объёмных процентов цементита. Перлит известен своей вязкостью, а в сильно деформированном состоянии – весьма высокой прочностью.

При изучении под микроскопом перлит имеет характерный вид, создаваемый тонкими пластинчатыми полосами. Он напоминает перламутр, естественную пластинчатую структуру, встречающуюся у некоторых видов моллюсков. Однако из этого не следует, что перлит создаётся путём естественного осаждения последовательных слоёв. Он образуется в результате специальной обработки эвтектоидной смеси, разделяя показатели твёрдости и прочности.

Перлит является продуктом разложения аустенита в результате эвтектоидной реакции, поэтому все стали рассматриваемого класса характеризуются пластинчатым расположением феррита и цементита. Перлит растёт в виде конкреций на границах предшествующего аустенита, поэтому каждое скопление может иметь разные колонии или ориентацию. Эти конкреции могут распространяться, чтобы покрыть предшествующие границы аустенита. Путем изменения температуры реакции расстояние или масштаб длины любой стали перлитного класса можно изменить путём разветвления цементита.

Характеристики и маркировка

Эти параметры меняются в зависимости от температуры превращения. Условия, необходимые для получения полностью перлитной структуры путем непрерывного охлаждения, определены для обычных углеродистых сталей, которые содержат от 0,2% до 0,8% углерода.

Когда содержание углерода становится меньше 0,6%, перлит всегда является вырожденным: он имеет низкий предел текучести, но зато обладает хорошей пластичность, в частности, повышенным коэффициентом линейного растяжения.

Классификация

Согласно принятой терминологии классификацию сталей перлитного класса рекомендуется производить по проценту углерода, который имеется в них. При условии равновесности микроструктуры (имеется в виду медленное охлаждение, которое исключает образование цементита Fe₃C) различают стали:

Когда температура становится ниже линии эвтектоида (727°C), весь аустенит превращается в перлит, при этом практически не происходит никаких изменений в структуре доэвтектоидного феррита, полученной во время охлаждения. Проэвтектоидный феррит присутствует в виде непрерывной матричной фазы, окружающей изолированные колонии перлита. Феррит также присутствует в перлите, он известен как эвтектоидный феррит, который на микрофотографиях кажется белым. Тёмный вид перлита объясняется узостью состава присутствующих в нём микрокомпонентов.

Толстые слои в зерне перлита представляют собой фазу феррита, а фаза цементита выглядит как тонкие тёмные пластинки.

Перлит имеет свойства, промежуточные между мягким пластичным ферритом и твердым хрупким цементитом. В заэвтектоидной стали равновесная микроструктура при комнатной температуре содержит доэвтектоидный цементит и перлит. Основное отличие от доэвтектоидной структуры состоит в том, что наблюдается непрерывная сеть цементита, которая разделяет каждую перлитную колонию. По мере увеличения содержания углерода толщина цементитной сетки увеличивается.

Процесс производства

Оптимизация производства сталей перлитного класса связана с поиском наилучших сочетаний легирующих элементов: их, как известно, не должно быть много, поэтому исследования отличаются тщательностью.

В частности, для улучшения прокатки регулируют предельный процент ванадия и кремния ванадия и кремния – элементов, повышающих эксплуатационные показатели данных сталей.

Результаты механических испытаний показывают, что подобные легирующие добавки благоприятно влияют на механические свойства сталей, особенно тех, что касаются прочности на разрыв. Кремний упрочняет перлит, в основном за счет твердорастворного упрочнения ферритной фазы. Ванадий увеличивает прочность перлита, в основном за счет дисперсионного упрочнения перлитного феррита. При добавлении по отдельности эти элементы обеспечивают относительно большее упрочнение при более высоких температурах превращения. При добавлении в комбинации (ванадий+кремний) поведение отличается, и достигается существенное увеличение прочности при всех исследованных температурах превращения (от 550°C до 650°C).

Особенности сварки

Сварка перлитных сталей, независимо от способа, обычно не встречает никаких сложностей. При сварке происходит локальное плавление, повторное затвердевание и последующее охлаждение до комнатной температуры.

Микроструктура в зоне термического влияния включает центральную область расплава с аустенитом, который получен путём локального нагрева перлита. При условии, что сварной шов достаточно медленно охлаждается до комнатной температуры, в области сварного шва образуется перлит. Он может иметь другой размер зерна, чем исходный материал, но будет обладать аналогичными свойствами. При повышенной скорости охлаждения равновесный фазовый переход не происходит, поэтому в зоне расплава из аустенита образуется мартенсит. В результате сварной шов становится твёрдым и хрупким, что для механического соединения деталей нежелательно. Чтобы избежать этой ситуации, обычно уменьшают скорость охлаждения или подвергают сварной шов термообработке (отпуску).

Сферы применения

Стали перлитного класса в исходном состоянии хорошо обрабатываются методами обработки резанием, поэтому применяются в качестве распространённых конструкционных материалов, в том числе, изготавливаемых штамповкой и сваркой.

При необходимости повышения прочностных свойств проводится термообработка, которая заключается в закалке с последующим низким отпуском. Она выполняется преимущественно в масло, что позволяет наиболее полно произвести аустенитное превращение.

В настоящее время перлитные стали являются самыми прочными и в то же время пластичными материалами. Однако не рекомендуется применять их для изготовления продукции, работающей в условиях высоких температур, поскольку жаропрочность перлитных сталей невысока.

Источник

Перлитная структура в стали

Низколегированная сталь — перлитный класс

Низколегированные стали перлитного класса сваривают тоже нормальным пламенем. Чтобы легирующие элементы ( хром, молибден, кремний) не выгорали, нужно стремиться не перегревать металл. С и замедление охлаждения сварного соединения путем подогрева охлаждающегося шва пламенем горелки позволяют избежать появления горячих трещин.

Низколегированные стали перлитного класса с содержанием углерода не выше 0 35 % и легирующих элементов, составляющих до 3 — 4 %, свариваются в большинстве случаев вполне удовлетворительно.

Низколегированные стали перлитного класса по ГОСТ 5058 — 57 применяются для изготовления различных элементов и изделий трубопроводов, в том числе стали марок 14ХГС и 19Г применяются для трубопроводов, работающих при давлении до 40 ати и температуре-до 350 С.

Низколегированная сталь перлитного класса 38ХЮ в контакте с асбес-тографитовой набивкой имеет низкую коррозионную стойкость. Добавка к набивке 5 % — ной алюминиевой пудры улучшает антикоррозионные свойства стали примерно в 3 раза.

Состав низколегированных сталей перлитного класса стабилизировался н новых путей его принципиального изменения пока не найдено. Значительное улучшение свойств достигнуто совершенствованием технологии производства и применением микролегн-рования.

Состав низколегированных сталей перлитного класса стабилизировался и новых путей его принципиального изменения пока не найдено. Значительное улучшение свойств достигнуто совершенствованием технологии производства и применением микролеги-рования.

Стали этого класса по своим свойствам являются средними между низколегированными сталями перлитного класса и высоколегированными аустенитно-го. После термической обработки они обладают высокими механическими свойствами. Основной вид термической обработки, придающий оптимальные свойства — закалка или нормализация с последующим высоким отпуском. Иногда используется смягчающая обработка, заключающаяся в отжиге.

Получение — зернистый перлит

Получение зернистого перлита достигается специальным видом отжига, близким по своему режиму к неполному отжигу. Сталь нагревают немного выше Ас с последующим охлаждением сначала до 700 С, затем до 550 — 600 С и далее на воздухе.

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PS / C ( точка ACt), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PSK ( точка Ас), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.

Особенно важным для получения зернистого перлита является точное соблюдение температурного режима, так как при очень медленном охлаждении зернистый перлит получается с крупными зернами, а часто с отдельными, пластинками перлита, а при быстром охлаждении образуется мелкозернистый ( точечный) перлит.

Применяется с целью получения зернистого перлита и снижения твердости для улучшения обрабатываемости резанием стали с содержанием О 0 6 % и некоторых марок средне-углеродистой легированной стали. Например, с целью применения высоких скоростей резания при черновом и чистовом точении и предварительном фрезеровании деталей, изготовленных из стали 35ХГС, применяется сфероидизирующий отжиг при 780, в результате которого получается структура зернистого перлита.

Неполный отжиг применяется для улучшения обрабатываемости резанием и получения зернистого перлита в структуре заэвтектоид-ных сталей.

Перлитная структура в доэвтектоидной стали

К доэвтектоидным сталям относят стали с содержанием углерода менее 0,8 % углерода. Иначе их называют малоуглеродистыми сталями. В доэвтектоидных сталях при охлаждении ниже температуры А₃ в первую очередь образуется избыточный феррит, а затем ниже температуры А₁ – перлитная структура. Этот феррит может быть в двух формах: компактные равноосные зерна и ориентированные видманштетные пластины (рисунок 4).

Компактные выделения доэвтектоидного феррита возникают преимущественно на границах аустенитных зерен, тогда как видманштетный феррит формируется внутри зерен. Видманштетов феррит наблюдается только в сталях с содержанием углерода менее 0,4 % и крупными аустенитными зернами. Когда размеры аустенитных зерен уменьшаются, доля феррита в форме равноосных зерен увеличивается. Видманштетов феррит образуется в температурном интервале от точки А₃ до температуры 600-550 С. С увеличением содержания углерода в стали доля видманштеттова феррита снижается.

Размеры перлитных колоний

Важной характеристикой перлита, которая влияет на свойства сталей, является размер перлитной колонии (рисунок 3). Колония – это группа пластин цементита и феррита, которые совместно, кооперативно росли в аустените до столкновения с другими колониями

Уменьшение размера перлитной колонии сопровождается ростом ударной прочности сталей и снижением их хрупкости.

Повышение прочности к хрупкому разрушению перлита достигается путем сфероидизации цементитных пластин. Эта сфероидизация может достигаться путем деформации перлита с последующим нагревом и выдержкой при температуре вблизи точки А_с1. Другой метод, который обеспечивает относительно высокую прочность и пластичность перлита, заключается в деформации перлита во время перлитного превращения. Это приводит к образованию полигональной структуры и сфероидизации цементита.

Влияние примесей на стали

Различные примеси способны придавать металлам нужные характеристики. Так для повышения твердости используют углерод, марганец, хром, молибден. Улучшить вязкость помогают никель и ванадий. Для усадки используют марганец, кремний, алюминий. Сопротивление истиранию повышают марганец, никель, хлор. Отменную устойчивость к коррозии дают никель, хром, медь

Но важно не только правильно скомбинировать примеси. Итоговые характеристики во многом зависят и от их пропорций

Например, специальные марганцевые стали должны содержать не менее 14 % соответствующего компонента. При отклонении этого показателя меняется структура сплава:

При этом содержание хлора остается неизменным во всех трех случаях

В целом Мn влияет на теплопроводность, поэтому нагрев и охлаждение таких материалов следует проводить с особой осторожностью. Изделия из него получают только посредством отливки, так как резка очень затруднена

Но марганцевые стали хорошо обрабатываются под давлением и не обладают магнитными качествами.

Еще одним примером специальных сталей является хромистый сплав. Соответствующий компонент относится к карбидообразующим, поэтому в некоторые стали добавляют не более 1 % Cr. Даже при таком содержании повышение критических точек неизбежно, поэтому обязательно проводят закалку материала при высоких температурах.

1 % Cr содержится также в инструментальных сплавах. В таком количестве он повышает твердость и режущие характеристики.

В последнее время легирование сплавов проводят не одним компонентом, а сразу несколькими. В таком случае удается увеличить влияние примесей на стали и получить материалы с особыми качествами. К таким относятся:

Это далеко не весь перечень специальных сталей. Их существует великое множество, поэтому о составе или характеристиках того или иного материала лучше подробнее узнать у производителя.

Как утеплить дом, используя перлит

Перлит как утеплитель используют в виде песка (насыпная теплоизоляция); составляющей в теплоизоляционных изделиях и сухих готовых строительных смесях.

Перлитовый песок в качестве утеплителя для стен

Перлитовый песок для обустройства теплоизоляции дома является отличным материалом, с помощью которого можно не только эффективно утеплить жилище (потери тепла сокращаются на 50%), но и значительно облегчить конструкцию здания.

Обустройство теплоизоляции из вспененного перлита начинаем после того, как часть несущей стены (внутренней) и внешней кладки из кирпича (4-5 рядов) уже возведены. Засыпку песка крупного перлитового вспученного (с размером гранул около 6 мм), предварительно обеспыленного, осуществляем в промежуток между двумя этими стенами и тщательно утрамбовываем (объем должен уменьшиться на 10%). Песок засыпаем вручную или с помощью пескоструйной машины. Эту операцию повторяем несколько раз до тех пор, пока стены не будут возведены полностью. Кстати, по теплосберегающим свойствам перлитовый слой толщиной около 3 см соответствует кирпичной стене в 25 см. При строительстве щитовых домов песок засыпаем между листами обшивки (внутренним и внешним).

Если вы производите утепление старого дома, в стенах которого имеются пустоты, то засыпку песка можно сделать двумя способами:

Перлитовый песок является универсальным негорючим строительным материалом, который обладает целым рядом достоинств:

Совет! Не стоит использовать перлитовый песок, который является весьма влагоемким материалом, в качестве утеплителя в местах с повышенной влажностью.

Единственным минусом песка является то, что он очень пылит: поэтому перед использованием рекомендуется его слегка увлажнить.

Утепление пола с помощью перлита

Для теплоизоляции полов используем вспученный перлит, который высыпаем на цементно-песчаное основание пола и выравниваем строительным правилом. Высота теплолизоляционного слоя из песка составляет желаемую толщину плюс 20% дополнительного объема на усадку.

Важно! Рекомендуемая минимальная толщина слоя из перлита – не меньше 1 см

Неровности и трубопроводы утапливаем в слое сыпучего материала, сверху укладываем плиты и напольное покрытие. Если под домом отсутствует подвальное помещение, то для того, чтобы влага скапливалась и отводилась, под перлит укладываем дренажные трубки и абсорбирующие прокладки.

Другим эффективным способом утепления бетонного пола может быть укладка своеобразного «пирога»: обустраиваем перлитовую стяжку между двумя слоями из бетона. Сначала готовим перлитовый раствор со следующими компонентами:

Все составляющие смеси размешиваем до тех пор, пока вода не выступит на поверхность: это верный признак того, что раствор (перлитовая стяжка) готов к употреблению.

Совет! Так как перлит очень легкий материал, все работы с этим материалом рекомендуется производить в закрытом помещении, чтобы ветер никоим образом не помешал рабочему процессу.

После того, как перлитовая стяжка нанесена на бетонное основание, оставляем ее застывать. Через 1 неделю получаем отличный теплоизоляционный слой для пола, который прослужит долгие годы. Поверх него укладываем второй слой бетона.

Утепление кровли

Если вы не предполагаете обустраивать на чердаке жилое помещение, то будет вполне достаточно произвести утепление вспученным перлитом только чердачного перекрытия. В противном случае засыпаем перлит между балками ската крыши в короба, которые специально изготовлены для этой цели; затем песок тщательно утрамбовываем. Работа не требует определенных навыков и знаний.

Также для теплоизоляции наклонных крыш используют перлит, который обработан битумом в заводских условиях. Добавляем в этот битуминизированный перлит растворитель и получаем клейкий раствор, с помощью которого можно получить прочный теплоизоляционный слой.

Теплоизоляционные плиты из перлита

Теплоизоляционные плиты, в состав которых входят перлитовый песок и различные связующие вещества (битум, известь, полимерные соединения, цемент, гипс, глина, жидкое стекло), изготавливаются путем гидравлического прессования.

Для обычных положительных и низких отрицательных температур, включая области глубокого холода, используют перлитобитумные изделия, например плиты.

Основные достоинства утепляющих перлитовых плит: незначительная масса, высокие звуко- и теплоизоляционные характеристики; неподверженность гниению; стойкость к деформациям и механическим воздействиям.

Источник

ПЕРЛИТ

ПЕРЛИТ – структурная составляющая в углеродистых и легированных сталях и чугунах, возникающая при эвтектоидном превращении (см МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ) согласно диаграмме состояния железо – углерод. Перлит состоит из двух фаз – феррита и цементита, феррит – железо с очень малым количеством углерода (до 0,03%), а цементит – химическое соединение Fe₃C, содержащее по массе 6,67%С. Среднее содержание углерода в перлите – 0,8%С, а сталь с целиком перлитной структурой, содержащая 0,8% углерода, называется эвтектоидной. При содержании углерода менее 0,8% сталь состоит из перлита и феррита, если углерода более 0,8% – из перлита и, в соответствии с диаграммой состояния железо – углерод.

При металлографическом исследовании изучается срез поверхности металла (металлографический шлиф), который подвергается шлифовке, полировке и химическому травлению специально подобранными реактивами. Химическая активность цементита больше, чем феррита, поэтому под микроскопом сильно протравленные участки цементита имеют черный цвет, а участки феррита сохраняют светлый цвет.

Перлит обычно имеет пластинчатую структуру, каждое зерно перлита состоит из параллельных пластинок феррита и цементита шириной в десятые доли мкм. Длина пластинок соответствует размеру зерен металла, и пластинки идут от одной границы зерна к другой. Если такая объемная пластинчатая структура пересекается плоскостью шлифа и подвергается травлению, то на ее поверхности возникает полосчатая структура из светлых полосок феррита и тонких полосок цементита. При различных термообработках ширина полосок (межпластиночное расстояние) может быть различным, ширина полосок цементита в 7 раз меньше, чем полосок феррита. При длительной выдержке при высоких температурах зерна феррита и цементита могут переходить из пластинчатой формы в округлую, и на металлографическом шлифе наблюдаются мелкие, темные, округлые зерна цементита на фоне крупных зерен феррита.

Перлит – продукт эвтектоидного превращения высокотемпературной фазы – аустенита при термической обработке сплавов. Аустенит при охлаждении при температуре 723° С распадается на феррит и цементит. Перлитное превращение всегда начинается на границах зерен аустенита. Чтобы возникли частицы новой фазы, нужно создать зоны пониженной и повышенной концентрации углерода. Исходный аустенит содержит 0,8% углерода, а в результате превращения образуется феррит, практически не содержащий углерода, и цементит с 6,67% углерода. Для объяснения этих процессов предложен флуктуационный механизм, согласно которому атомы углерода с большой диффузионной подвижностью при высоких температурах, могут создавать зоны с повышенной концентрацией углерода. Этот процесс является энергетически выгодным, и зародыш цементита вырастает до критического размера.

Если содержание углерода в стали не равно 0,8%, то из аустенита при охлаждении выделяется не только перлит, но и другие фазы. Если углерода менее 0,8%, выделяется избыточное количество феррита и сталь приобретает феррито-перлитную структуру, а при содержании углерода более 0,8% у стали перлито-цементитная структура.

Источник