Procesul de formare a stratului galvanizat: metalurgia acoperirilor cu zinc prin scufundare la cald-

Prezentare generală a reacției de galvanizare

Procesul de galvanizare-la cald formează un strat de zinc legat metalurgic pe oțel printr-o serie de reacții de difuzie între fier și zincul topit. Când piesa de prelucrat din oțel este scufundată în zinc topit la aproximativ 450 de grade, zincul udă mai întâi suprafața curată de oțel și dizolvă o cantitate mică de fier, apoi fierul și zincul se interdifuzează pentru a crește o secvență de straturi intermetalice de fier-zinc. Pe deasupra crește stratul exterior de zinc aproape pur, care conferă produselor galvanizate aspectul lor caracteristic.

Etapa 1: Formarea soluției solide de fier-zinc

În momentul scufundării, atomii de zinc se dizolvă pe suprafața oțelului, formând o soluție solidă de fier alfa-în care zincul este dizolvat în rețeaua de fier cubic-centrată în corp. Acest strat subțire este fundația acoperirii: fuziunea dintre cele două metale nu este o simplă legătură mecanică, ci o adevărată legătură metalurgică, motiv pentru care acoperirea aderă atât de puternic și supraviețuiește la îndoire și impact.

Etapa 2: Creșterea fazelor intermetalice

Odată ce soluția solidă este saturată cu zinc, reacția continuă prin difuzie. Atomii de zinc migrează în rețeaua de fier, în timp ce atomii de fier difuzează spre exterior în zincul topit, iar la interfață se formează o serie de compuși intermetalici. Într-o acoperire obișnuită cu scufundare la cald, structura constă din fazele gamma și delta apropiate de oțel (bogate în fier) ​​și faza zeta mai îndepărtată, fiecare având o duritate și o compoziție caracteristice. Stratul intermetalic general este dur și rezistent la uzură-, în timp ce stratul exterior rămâne moale și ductil.

Etapa 3: Formarea stratului de zinc pur

Când piesa de prelucrat este retrasă din baie, aceasta poartă un strat de zinc topit care se solidifică în faza eta exterioară: o structură hexagonală închisă-din zinc aproape pur, cu un conținut de fier de cel mult aproximativ 0,003 %. Stratul eta este suprafața vizibilă, reflectorizantă a acoperirii. Grosimea acestuia este controlată de viteza de retragere și de ștergere cu gaz în linii continue; la zincarea în lot este guvernată de timpul de imersie, temperatura băii și chimia oțelului.

Formarea de zgură de zinc

Nu tot fierul care se dizolvă în baie ajunge la suprafața piesei de prelucrat. O porțiune reacționează cu zincul din topitură pentru a forma particule intermetalice care sunt mai dense decât zincul topit și se scufundă pe fundul vasului de galvanizare, unde se acumulează ca zgură de fund. Scorurile de deasupra se formează prin oxidare la suprafața băii. Ambele forme îndepărtează zincul din circulația utilă, astfel încât gestionarea băii, inclusiv controlul temperaturii, adăugarea de aluminiu și degresarea regulată, este esențială pentru a menține calitatea acoperirii stabilă și pentru a menține un consum de zinc economic.

Efectul chimiei oțelului și al variabilelor de proces

Viteza de reacție depinde în mare măsură de conținutul de siliciu și fosfor al oțelului, deoarece aceste elemente accelerează interdifuzia fierului-zincului. Practica modernă adaugă o cantitate mică de aluminiu în baie, de obicei 0,1-0,3 % pentru lucrul pe lot, care formează un strat subțire inhibitor care încetinește reacția fier-zinc și produce o acoperire mai subțire, mai ductilă. Temperatura băii, timpul de imersie, viteza de retragere și rugozitatea suprafeței de oțel influențează grosimea finală a stratului și structura.

Structura și proprietățile acoperirii

Acoperirea completă este, prin urmare, un compozit stratificat: o soluție solidă subțire de fier alfa-, o regiune intermetală dură (faze gamma, delta și zeta) care oferă aderență și rezistență la uzură și un strat moale de zinc pur-eta care oferă protecție și aspect împotriva coroziunii. Acest compozit se comportă diferit față de o acoperire cu o singură fază-: straturile intermetalice sunt dure și fragile, în timp ce stratul eta se îndoaie și se deformează odată cu oțelul. Pentru produsele din tablă se preferă o acoperire subțire cu o mică fracțiune intermetalică pentru formabilitate; pentru secțiunile structurale se alege o acoperire groasă pentru durată maximă de coroziune.

Standarde și verificare

Grosimea și masa stratului de acoperire sunt verificate conform standardelor de produs: ISO 1461 pentru acoperiri galvanizate la cald-pentru articole fabricate din fier și oțel, GB/T 13912 ca echivalent chinez și EN 10346 sau ISO 3575 pentru tablă zincată continuă. Grosimea acoperirii este măsurată prin calibre magnetice sau prin metoda gravimetrică, iar aderența este evaluată prin teste de îndoire și de impact. Structura stratificată poate fi examinată metalografic pentru a confirma că toate fazele sunt prezente în proporțiile corecte.

FAQ

De ce oțelul galvanizat prezintă un aspect moale?

Limpiacul se formează atunci când stratul de zinc topit se solidifică și cristalele de zinc cresc în exterior din punctele de nucleare. Mărimea paietelor depinde de compoziția băii, de viteza de răcire și de prezența elementelor de promovare-la băi tradiționale.

Care este diferența dintre stratul eta și straturile de aliaj?

Stratul eta este aproape de zinc pur, moale și ductil. Straturile de aliaj de sub acesta sunt faze intermetalice de fier-zinc, care sunt mai dure și mai casante și asigură legătura metalurgică cu oțelul.

De ce se adaugă aluminiu în baia de galvanizare?

Aluminiul formează un strat subțire inhibitor la suprafața oțelului care încetinește reacția fierului-zinc, producând o acoperire mai subțire, mai uniformă și mai ductilă. Acest lucru este esențial pentru tabla galvanizată care trebuie să fie-formată sau ambutisat-adânc.

Cum se scoate zgura de zinc din oală?

Zgura de jos este îndepărtată periodic printr-o operațiune de degresare sau de pompare atunci când oala este întreținută, iar zgură de sus este degresată în mod regulat în timpul producției. Controlul bun al temperaturii reduce formarea de zgură.

Grosimea stratului galvanizat poate fi specificată de client?

Da. Standardele de produs definesc clasele de acoperire în funcție de masa pe metru pătrat, iar clientul specifică clasa adecvată mediului și duratei de viață, de exemplu Z275 pentru utilizarea generală a clădirilor în aer liber.

De ce învelișul de pe oțel-galvanizat în lot arată mai gros decât pe tablă?

Zincarea în serie a articolelor fabricate utilizează timpi mai lungi de imersie fără ștergere, astfel încât straturile intermetalice și eta devin mai groase. Liniile continue de tablă controlează grosimea cu precizie cu ajutorul cuțitelor de aer, oferind o acoperire mai subțire și mai uniformă.