Kas ir WCB oglekļa tērauda lējumi?

1. Ievads

Nozarēs, kur spēks, uzticamība, un izmaksu efektivitāte krustojas, piemēram, nafta & gāze, naftas ķīmijas, enerģijas ražošana, un ūdens infrastruktūra — WCB oglekļa tērauda lējumi izceļas kā izvēles materiāls.

WCB, kas apzīmē Metināms B kategorijas oglekļa tērauds, ir daudzpusīgs un plaši izmantots liešanas tērauda sakausējums, īpaši piemērots ražošanai vārsti, sūkņi, atloki, un spiedienu saturošas sastāvdaļas.

Definēts ar ASTM A216/A216M, WCB piedāvā līdzsvaru mehāniskā izturība, metināmība, un termiskā izturība.

Atšķirībā no materiāliem, kuriem cietēšanas laikā notiek eitektiskas pārvērtības, WCB saglabā paredzamu un viendabīgu struktūru, konsekventas veiktspējas atslēga kritiskās lietojumprogrammās.

Šajā rakstā ir sniegta WCB oglekļa tērauda lējuma 360° analīze,

izpētot tās materiālos pamatus, metalurģijas īpašības, ražošanas metodes, Mehāniskās īpašības, rūpniecības pielietojumi, un salīdzinājumi ar alternatīviem materiāliem.

2. Kas ir WCB?

WCB, saīsinājums vārdam Metināms B kategorijas lējums Oglekļa tērauds, attiecas uz plaši izmantotu lietā tērauda marku, kur ogleklis ir primārais sakausējuma elements.

Šis materiāls ir stūrakmens spiedienu saturošos komponentos, piemēram, vārsti, atloki, sūkņi, un armatūra, īpaši nozarēs, kurām nepieciešama uzticama izturība, izturība, un ražošanas efektivitāte.

Izpratne par lieto tēraudu

WCB pieder ģimenei lietie tēraudi, kuras ir uz dzelzs bāzes izgatavoti sakausējumi, kas sacietē bez eitektiskas transformācijas.

Atšķirībā no čuguna, kas veido eitektisku maisījumu un mēdz būt trausls, lietie tēraudi, tostarp WCB, piedāvā uzlabotus piedāvājumus elastība, metināmība, un trieciena pretestība.

Šie atribūti padara WCB par vēlamo materiālu daļām, kas pakļautas dinamiskais mehāniskais spriegums, termiskā riteņbraukšana, un metināšanas operācijas.

Materiāla apzīmējums un lietošana

Apzīmējums “WCB” cēlies no ASTM A216/A216M, standarta specifikācija, kas regulē oglekļa tērauda lējumi spiediena apkalpošanai paaugstinātā temperatūrā.

Starp trim iezīmētajām pakāpēm -WCA (UNS J02502), WCB (UNS J02501),

un WCC (ASV J02503)— WCB izceļas kā visbiežāk izmantotā klase, pateicoties tā mehānisko īpašību un izmaksu efektivitātes līdzsvars.

ASTM A216/A216M oglekļa tērauda markas īsumā

3. Metalurģijas pamati

Lai pilnībā izprastu WCB oglekļa tērauda lējumu veiktspēju, ir jāpārbauda metalurģijas pamats, kas nosaka to mehānisko darbību un pakalpojumu uzticamību.

Materiāls ir ķīmiskais sastāvs, mikrostruktūra, un fāzes transformācijas reakcijas visi strādā tandēmā, lai definētu tā raksturlielumus gan liešanas, gan apstrādātajā stāvoklī.

Ķīmiskais sastāvs

Elements	Parasti diapazons (WT%)	Darbība
Ogleklis (C)	0.25 - 0.30	Palielina izturību un cietību; pārmērīgs C samazina metināmību.
Mangāns (Nojaukšanās)	0.60 - 1.00	Uzlabo stiepes izturību un karstās apstrādes spēju.
Silīcijs (Un)	0.40 - 0.60	Deoksidē tēraudu un stiprina ferītu.
Fosfors (Pūtīt)	≤ 0.04	Kontrolēts, lai izvairītos no trausluma.
Sērs (S)	≤ 0.045	Samazina karstuma sajūtu; stingri kontrolēts.
Hroms (Krekls), Niķelis (Iekšā), Molibdēns (Noplūde), Vara (Cu)	≤ 0.5 katrs	Dažos variantos nodrošina uzlabotu izturību pret koroziju un rūdāmību.

Mikrostruktūra

Izlietā stāvoklī, WCB tērauds galvenokārt sastāv no a ferīta-perlīta matrica, kas piedāvā labu kompromisu starp spēku, elastība, un apstrādājamību.

• ferīts veicina elastību un stingrību.
• Perlīts, ferīta un cementīta slāņains maisījums, palielina izturību un nodilumizturību.

Līdz dzesēšanas ātrums sacietēšanas laikā būtiski ietekmē graudu izmēru un fāzes sadalījumu.

Ātra dzesēšana var uzlabot mikrostruktūru, bet var izraisīt arī iekšējos spriegumus, savukārt lēnāka dzesēšana var radīt rupjus graudus un iespējamu segregāciju.

Papildus, nemetālisks ieslēgumi (Piem., oksīdi, sulfīdi) ir jākontrolē, jo tie var pasliktināt noguruma kalpošanas laiku un virsmas kvalitāti.

Fāzu transformācijas un termiskā apstrāde

Termiskā apstrāde ir standarta WCB tērauda pēcapstrādes prasība, lai uzlabotu mehānisko konsistenci un mazinātu liešanas radītos iekšējos spriegumus.. Tipiskā termiskā apstrāde ietver:

• Normalizēšana (850-950 °C): Uzlabo graudu izmēru un uzlabo stingrību.
• Rūdījums (500-700 °C): Pielāgo cietības un stingrības līdzsvaru.
• Stresa mazināšana (550-650 °C): Samazina atlikušo spriegumu pēc apstrādes vai metināšanas.

4. Liešana & Apstrādes paņēmieni

Augstas kvalitātes WCB oglekļa tērauda lējumu ražošana ir atkarīga no piemērotu liešanas un pēcapstrādes metožu izvēles.

Ņemot vērā WCB plašo pielietojumu drošībai kritiskos komponentos, piemēram, vārstos, sūkņi, un atloki,

ražošanas procesam jānodrošina izmēru precizitāte, iekšējā stabilitāte, un optimāla mehāniskā veiktspēja.

Izlietojamās veidnes metodes

Smilšu liešana

Smilšu liešana joprojām ir visizplatītākā WCB komponentu ražošanas metode tās elastības un rentabilitātes dēļ. Ir divi izplatīti apakštipi:

• Zaļo smilšu liešana: Izmanto dabīgas ar māliem saistītas smiltis. Lai gan tas ir rentabls un piemērots lielām detaļām, tas var nodrošināt mazāku virsmas apdares precizitāti.
• Saistīts ar sveķiem (No-Cept) Smilšu liešana: Piedāvā labāku izmēru precizitāti un virsmas kvalitāti.
  Ar sveķiem savienotas veidnes var izturēt augstāku temperatūru un nodrošināt tīrākus lējumus, padarot tos ideāli piemērotus vārstu korpusiem un spiedienu saglabājošām daļām.

Investīciju liešana (Lost-Wasks)

Šī tehnika ir paredzēta mazākiem, sarežģītas WCB sastāvdaļas, kurām nepieciešama stingra pielaide un izcila virsmas apdare.

Lai gan dārgāk, ieguldījumu liešana ļauj tīkla forma vai gandrīz tīkla forma ražošanu, samazinot nepieciešamību pēc plašas apstrādes.

Pastāvīgās pelējuma metodes

Gravitācijas liešana dažkārt tiek izmantots mēreniem vienkāršāku WCB detaļu ražošanas apjomiem.
Šī metode nodrošina labāku izmēru kontroli un ātrāku cikla laiku, salīdzinot ar izlietojamās veidņu procesiem. Lai arī, tas ir ierobežots detaļu sarežģītības un izmēra ziņā.

Kodolu izgatavošana & Vārtu dizains

Pamatnes dizains ir būtisks iekšējo ģeometriju liešanai, piemēram, šķidruma plūsmas ceļi vārstos. Par WCB, īpaša uzmanība jāpievērš:

• Izvairieties serdes erozija no turbulentas plūsmas izliešanas laikā.
• Nodrošināt atbilstoša gāzes atgaisošana lai samazinātu porainību.
• Projektēšana vārtu un stāvvadu sistēmas lai optimizētu barošanu un samazinātu saraušanās defektus.

Apstrāde pēc liešanas

Termiskā apstrāde ir obligāta lielākajai daļai WCB lējumu, lai uzlabotu mehāniskās īpašības un mazinātu iekšējo spriegumu:

• Normalizēšana uzlabo graudu struktūru un uzlabo viendabīgumu.
• Rūdījums līdzsvaro cietību ar elastību, īpaši svarīgi lietojumiem zem spiediena.
• Stresa mazināšana novērš atlikušos spriegumus no sacietēšanas un apstrādes.

Apstrāde seko termiskā apstrāde.

Tā kā WCB ir mērena cietība un laba apstrādājamība, tipiskās operācijas ietver CNC virpošana, urbšana, vītņošana, un frizēšana, īpaši uz blīvēšanas virsmām un savienojumu saskarnēm.

Labākās prakses padoms: Apstrādes pielaides WCB lējumiem parasti svārstās no 2 līdz 6 mm, atkarībā no daļas ģeometrijas un liešanas pielaides klases.

5. Mehānisks & Fizikālās īpašības

Mehāniskā un fiziskā veiktspēja WCB oglekļa tērauds ir galvenais faktors, kas veicina tā plašo izmantošanu rūpnieciskos lietojumos.

Tās mehānisko darbību var precīzi noregulēt, izmantojot kontrolētu sastāvu un pēcliešanas termisko apstrādi, padarot to par daudzpusīgu materiālu dažādām nesošām un spiedienu saturošām detaļām.

Stiepes un ražas stiprums

ASTM A216 WCB piedāvājumi līdzsvarota spēka un elastības kombinācija, būtiska konstrukcijas uzticamībai statiskās un dinamiskās slodzes apstākļos.

• Stiepes izturība: Parasti svārstās no 485-655 MPa (70,000-95 000 psi).
• Peļņas izturība: Parasti ietilpst 250-285 MPa (36,000-41 000 psi).

Šīs vērtības var nedaudz atšķirties atkarībā no dzesēšanas ātruma, sekcijas biezums, un termiskās apstrādes cikls, ko izmanto pēc liešanas.

Pagarinājums un lokanība

WCB lietie tēraudi parasti parāda:

• Pagarinājums pārtraukumā: 18-22%
• Samazinājums apgabalā: Beigās 30%, kas liecina par labu formējamību un triecienu absorbciju

Šī elastība padara WCB piemērotu komponentiem, kuriem ir spiediena pulsācijas, vibrācija, vai mehānisks trieciens.

Ietekmēt izturību (Charpy V veida iegriezums)

WCB galvenā priekšrocība ir tā stingrība zem apkārtējās vides temperatūras:

• Istabas temperatūrā: Trieciena enerģija > 30-35 J
• 0°C temperatūrā (32° F): Joprojām uztur ~25–30 J, atkarībā no liešanas kvalitātes un graudu rafinēšanas

Piezīme: Kriogēniem vai ļoti aukstiem lietojumiem, WCB var būt nepieciešama sakausējuma pārveidošana vai aizstāšana ar zemas temperatūras tēraudiem (Piem., LCC vai LC1 klases).

Cietība

WCB ir klasificēts kā vidēji ciets tērauds:

• Brinela cietība (HBW): Parasti 130-180 HB
• Rokvela B skala: Apm. 70-85 HRB

Pēc normalizēšanas un rūdīšanas, cietība ir pietiekama nodilumizturībai, nekļūstot trausla, piemērots lielākajai daļai statiska un mērena nodiluma vidi.

Noguruma un šļūdes izturība

• Noguruma spēks: Vispār par 40-50% no stiepes izturības, t.i., 190-260 MPa tipiskam WCB paraugam.
• Šļūdes spēks: Pieņemams līdz 450° C (842° F), virs kura oglekļa difūzija un graudu rupjība sāk pasliktināt mehānisko veiktspēju.

Termiskās un fizikālās īpašības

Īpašums	Tipiska vērtība
Blīvums	7.85 G/cm³ (0.284 lb/in³)
Siltumvadītspēja	~43–50 W/m·K
Termiskās izplešanās koeficients	12.0 x 10⁻⁶ /°C (20-300°C)
Īpaša siltuma jauda	~0,46 kJ/kg·K
Elektriskā pretestība	~0,15 μΩ·m

6. Pieteikumi & Nozares perspektīvas

Pateicoties lieliskajai metināmībai, līdzsvarotas mehāniskās īpašības, un spēja pielāgoties dažādām ražošanas vidēm,

WCB oglekļa tērauds ir plaši atzīts par uzticamu materiālu vairākās nozarēs ar augstu pieprasījumu.

Vārsti un izpildmehānismi

Viens no redzamākajiem WCB lējumu lietojumiem ir vārsts un izpildmehānisms segmentu, īpaši eļļā, gāze, un naftas ķīmijas rūpniecība.

Vārti, zemeslode, pārbaudīt, un lodveida vārsti ražoti no WCB piedāvājuma:

• Augstspiediena izturība, piemērots sistēmām, kas darbojas iepriekš 1,000 psi.
• Lieliska izmēru stabilitāte, būtiska blīvējuma veiktspējai.
• Metināšanas šuvju remontējamība, ļauj veikt apkopi uz lauka un pagarināt dzīves ciklu.

Nozares ieskats: Beigās 60% rūpnieciskajiem vārstiem vidus naftas cauruļvadiem Ziemeļamerikā ir izgatavoti no ASTM A216 WCB, saskaņā ar vārstu ražotāja aptaujas datiem (2023).

Sūkņi un atloki

WCB lējumi tiek plaši izmantoti arī centrbēdzes sūkņi, lāpstiņriteņi, un atloki, kas pārvalda šķidruma transportēšanu pa rūpnieciskajām iekārtām.

Viņu labvēlīgi liešanas plūstamība un izturība pret koroziju (ar pārklājumiem vai starplikām) padariet tos ideāli piemērotus:

• Procesu ūdens sistēmas
• Dzesēšanas cilpas elektrostacijās
• Ķīmiskās vircas apstrāde

Elektroenerģijas ražošana un ūdens infrastruktūra

Iekšā termoelektrostacijas un pašvaldības ūdens sistēmas, Tiek izmantoti WCB komponenti:

• Katlu stiprinājumi
• Tvaika vārstu korpusi
• Cauruļu veidgabali un savienojumi

7. Salīdzinājums ar alternatīviem materiāliem

Izvēloties materiālus spiediena saglabāšanas vai konstrukcijas komponentiem,

WCB oglekļa tērauds bieži tiek salīdzināts ar alternatīviem materiāliem, piemēram, nerūsējošā tērauda lējumiem, elastīgais dzelzs, un kalts oglekļa tērauds.

8. Secinājums

WCB oglekļa tērauda liešana paliek a stūrakmens materiāls rūpnieciskajā ražošanā, piedāvājums uzticama mehāniskā izturība, laba metināmība, un ekonomisko dzīvotspēju.

Definēts saskaņā ar ASTM A216, WCB atbalsta plašu liešanas procesu klāstu, un to nodrošina labi izveidoti pārbaudes un kvalitātes standarti.

Lai gan tā nav optimāla izvēle korozīvām vai ekstremālām temperatūrām, WCB savā ziņā ir nepārspējams daudzpusība, pieejamību, un rentabilitāte.

Attīstoties dizaina prasībām un attīstoties liešanas tehnoloģijai, WCB joprojām spēlē būtisku lomu izturīgas inženierijas jomā, mērogojams, un augstas veiktspējas komponenti visās nozarēs.

Šis ir ideāla izvēle jūsu ražošanas vajadzībām, ja jums nepieciešama augstas kvalitātes WCB oglekļa tērauds liešanas izstrādājumi.

Sazinieties ar mums šodien!

 

Raksta atsauce:https://www.steel-foundry.com/wcb-carbon-steel-casting-product/