Acél: meghatározás, osztályozás, kémiai összetétel és alkalmazás

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

Milyen gyakran halljuk az "acél" szót. És nem csak a kohászati gyártás szakemberei, hanem a városlakók is kiejtik. Egyetlen erős szerkezet sem teljes acél nélkül. Valójában, amikor valami fémről beszélünk, akkor acélból készült termékre gondolunk. Nézzük meg, miből áll, és hogyan van besorolva.

Definíció

Az acél talán a legnépszerűbb ötvözet, amely vason és szénen alapul. Ráadásul az utóbbi aránya 0,1-2,14% között mozog, míg az előbbi nem lehet alacsonyabb 45%-nál. A könnyű előállítás és a nyersanyagok elérhetősége döntő jelentőségű ennek a fémnek az emberi tevékenység minden területén való elosztásában.

Az anyag főbb jellemzői kémiai összetételétől függően változnak. Az acél mint két komponensből, vasból és szénből álló ötvözet meghatározása nem nevezhető teljesnek. Tartalmazhat például krómot a hőállóságért, és nikkelt a korrózióállóságért.

Szükséges összetevőkanyagok további előnyöket biztosítanak. Tehát a vas bizonyos körülmények között alakíthatóvá és könnyen deformálhatóvá teszi az ötvözetet, a szén pedig szilárdságot és keménységet tesz egyidejűleg a ridegséggel. Ezért olyan kicsi a részesedése az acél teljes tömegében. Az ötvözet előállítási módjának meghatározása 1% mangán és 0,4% szilícium tartalomhoz vezetett. A fém olvadása során számos szennyeződés jelenik meg, amelyektől igyekeznek megszabadulni. A foszforral és a kénnel együtt az oxigén és a nitrogén is rontja az anyag tulajdonságait, ezáltal kevésbé tartós és megváltozik a rugalmasság.

Osztályozás

Az acél bizonyos jellemzőkkel rendelkező fémként való meghatározása természetesen kétségtelen. Azonban éppen az összetétele teszi lehetővé az anyag többirányú osztályozását. Így például a fémeket a következő jellemzők különböztetik meg:

• vegyszeren;
• strukturális;
• minőség szerint;
• a szándék szerint;
• a dezoxidáció mértéke szerint;
• keménység szerint;
• acél hegeszthetőségen.

Az acél meghatározását, jelölését és összes jellemzőjét az alábbiakban ismertetjük.

Jelölés

Sajnos nincs globális acélmegjelölés, ami nagymértékben megnehezíti az országok közötti kereskedelmet. Oroszországban alfanumerikus rendszer van meghatározva. A betűk az elemek nevét és a dezoxidáció módját, a számok pedig a számukat jelzik.

Kémiai összetétel

Két mód vanaz acél felosztása kémiai összetétel szerint. A modern tankönyvek által adott meghatározás lehetővé teszi a szén és az ötvözött anyagok megkülönböztetését.

Az első tulajdonság az acélt alacsony szén-, közepes és magas szén-dioxid-kibocsátásúként határozza meg, a második pedig alacsony ötvözetű, közepesen ötvözött és erősen ötvözött. Alacsony szén-dioxid-kibocsátású fémnek nevezik, amely a GOST 3080-2005 szerint a vason kívül a következő összetevőket is tartalmazhatja:

• Szén - akár 0,2%. Elősegíti a termikus erősödést, aminek köszönhetően a szakítószilárdság és a keménység megduplázódik.
• A mangán legfeljebb 0,8%-os mennyiségben aktívan kémiai kötésbe lép az oxigénnel, és megakadályozza a vas-oxid képződését. A fém jobban bírja a dinamikus terheléseket, és jobban ellenáll a termikus edzésnek.
• Szilícium – akár 0,35%. Javítja a mechanikai tulajdonságokat, például a szívósságot, szilárdságot, hegeszthetőséget.

A GOST szerint az acél alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélként való meghatározása olyan fémre vonatkozik, amely a hasznos mellett számos káros szennyeződést is tartalmaz a következő mennyiségben. Ez:

• Foszfor - akár 0,08% is felelős a hideg ridegség megjelenéséért, rontja az állóképességet és az erőt. Csökkenti a fém szívósságát.
• Kén - akár 0,06%. Bonyolítja a fém nyomással történő feldolgozását, növeli az edzettség ridegségét.
• Nitrogén. Csökkenti az ötvözet technológiai és szilárdsági tulajdonságait.
• Oxigén. Csökkenti a szilárdságot és zavarja a vágószerszámokat.

Meg kell jegyezni, hogy alacsony illaz alacsony széntartalmú acélok különösen puhák és képlékenyek. Melegen és hidegen is jól deformálódnak.

A közepes széntartalmú acél meghatározása és összetétele természetesen eltér a fent leírt anyagtól. A legnagyobb különbség pedig a szén mennyisége, amely 0,2 és 0,45% között mozog. Az ilyen fém alacsony szívóssággal és hajlékonysággal, valamint kiváló szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik. A közepes szénacélt általában olyan alkatrészekhez használják, amelyeket normál teljesítményterhelés mellett használnak.

Ha a széntartalom meghaladja a 0,5%-ot, akkor az ilyen acélt magas széntartalmú acélnak nevezik. Megnövelt keménységű, csökkentett viszkozitású, hajlékonyságú, és szerszámok és alkatrészek bélyegzésére használják meleg és hideg deformációval.

Az acélban jelenlévő szén azonosításán túlmenően az anyag jellemzőinek meghatározása is lehetséges további szennyeződések jelenlétével. Ha a közönséges elemeken kívül kémiailag kötött állapotban krómot, nikkelt, rezet, vanádiumot, titánt, nitrogént célzottan viszünk be a fémbe, akkor adalékoltnak nevezzük. Az ilyen adalékok csökkentik a rideg törések kockázatát, növelik a korrózióállóságot és a szilárdságot. Számuk az acél ötvözési fokát jelzi:

• gyengén ötvözött – akár 2,5% ötvöző adalékanyagot tartalmaz;
• közepesen ötvözött - 2,5-10%;
• erősen ötvözött – akár 50%.

Mit jelent ez? Például bármely tulajdonság növelését a következőképpen kezdték biztosítani:

1. Króm hozzáadása. pozitívmár az összmennyiség 2%-ában befolyásolja a mechanikai jellemzőket.
2. A nikkel 1%-ról 5%-ra történő bevezetése növeli a viszkozitás hőmérsékleti határát. És csökkenti a hideg ridegséget.
3. A mangán ugyanúgy működik, mint a nikkel, bár sokkal olcsóbb. Ez azonban segít növelni a fém túlmelegedéssel szembeni érzékenységét.
4. A volfrám egy keményfémképző adalék, amely nagy keménységet biztosít. Mert hevítés közben megakadályozza a szemek növekedését.
5. A molibdén drága adalékanyag. Ez növeli a gyorsacélok hőállóságát.
6. Szilícium. Növeli a savállóságot, a rugalmasságot, a vízkőállóságot.
7. Titán. Elősegítheti a finomszemcsés szerkezetet krómmal és mangánnal kombinálva.
8. Réz. Növeli a korróziógátló tulajdonságokat.
9. Alumínium. Növeli a hőállóságot, a lerakódást, a szívósságot.

Struktúra

Az acél összetételének meghatározása nem lenne teljes a szerkezet tanulmányozása nélkül. Ez a jel azonban nem állandó, és számos tényezőtől függhet, mint például: hőkezelési mód, hűtési sebesség, ötvözési fok. A szabályok szerint az acélszerkezetet izzítás vagy normalizálás után kell meghatározni. Az izzítás után a fémet a következő részekre osztják:

• pro-eutektoid szerkezet - felesleges ferrittel;
• eutektoid, amely perlitből áll;
• hypereutectoid - másodlagos karbidokkal;
• ledeburit - elsődleges karbidokkal;
• ausztenites - arcközpontú kristályrácstal;
• ferrites - köbös testközpontú ráccsal.

Az acélosztály meghatározása normalizálás után lehetséges. Ez a hőkezelés egy fajtája, amely magában foglalja a fűtést, a tartást és az azt követő hűtést. Itt a perlit, az ausztenites és a ferrites minőségek megkülönböztethetők.

Minőség

A típusok minőségi meghatározása négyféle módon vált lehetővé. Ez:

1. Szokásos minőség - ezek legfeljebb 0,6%-os széntartalmú acélok, amelyeket nyitott kandallóval vagy oxigénes konverterekben olvasztanak. Ezeket a legolcsóbbnak tekintik, és jellemzőikben rosszabbak, mint más csoportok fémei. Ilyen acélok például az St0, St3sp, St5kp.
2. Minőség. E típus kiemelkedő képviselői az St08kp, St10ps, St20 acélok. Ugyanazokkal a kemencékkel olvasztják, de magasabb követelményeket támasztanak a töltési és gyártási folyamatokkal szemben.
3. A jó minőségű acélokat elektromos kemencékben olvasztják meg, ami garantálja az anyag tisztaságának növekedését a nemfémes zárványok számára, vagyis a mechanikai tulajdonságok javulását. Ezek az anyagok a következők: St20A, St15X2MA.
4. Különösen jó minőségű - speciális kohászat módszerével készülnek. Elektrosalakos újraolvasztásnak vetik alá őket, amely megtisztítja a szulfidoktól és oxidoktól. Az ilyen típusú acélok a következők: St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Szerkezeti acélok

Ez a laikusok számára talán a legegyszerűbb és legérthetőbb jel. Vannak szerkezeti, szerszám- és speciális célú acélok. A strukturális általában a következőkre oszlik:

1. Az építőipari acélok normál minőségű szénacélok, és az alacsony ötvözetű sorozat képviselői. Számos követelmény vonatkozik rájuk, amelyek közül a fő a kellően magas szintű hegeszthetőség. Példa erre: StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. A cementált anyagokat olyan termékek előállítására használják, amelyek felületi kopás mellett működnek, és egyidejűleg dinamikus terhelésnek vannak kitéve. Ide tartoznak az alacsony szén-dioxid-kibocsátású St15, St20, St25 acélok és néhány ötvözött acél: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
3. Hidegsajtoláshoz kiváló minőségű alacsony szén-dioxid-kibocsátású mintákból hengerelt leveleket használnak. Például St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Kezelhető acélok, amelyeket az edzési és magas temperálási folyamat javít. Ezek közepes széntartalmú (St35, St40, St45, St50), króm (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) acélok, valamint króm-szilícium-mangán, króm-nikkel-molibdén és króm-nikkel.
5. A rugórugók rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek, és hosszú ideig megtartják azokat, mivel nagymértékben ellenállnak a kifáradásnak és a tönkremenetelnek. Ezek az St65, St70 és ötvözött acélok (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR) szén képviselői.
6. A nagy szilárdságú minták azok, amelyek hőkezeléssel és kémiai összetétellel kétszer akkora szilárdságúak, mint más szerkezeti acélok. Ezek nagy mennyiségben ötvözött közepes széntartalmú acélok, például St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Golyóscsapágyaz acélokat különleges tartósság, nagyfokú kopásállóság és szilárdság jellemzi. Meg kell felelniük a különféle típusú zárványok hiányára vonatkozó követelményeknek. Ezek a minták olyan magas széntartalmú acélokat tartalmaznak, amelyek összetétele krómtartalmú (StSHKh9, StSHKh15).
8. Az automatikus acéldefiníciók a következők. Ezek nem kritikus termékek, például csavarok, anyák, csavarok gyártásához használt minták. Az ilyen pótalkatrészeket általában megmunkálják. Ezért a fő feladat az alkatrészek megmunkálhatóságának növelése, amit tellúr, szelén, kén és ólom anyagba juttatásával érnek el. Az ilyen adalékok hozzájárulnak a törékeny és rövid forgácsok kialakulásához a megmunkálás során, és csökkentik a súrlódást. Az automata acélok fő képviselőit a következőképpen jelöljük: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. A korrózióálló acélok körülbelül 12% krómtartalmú ötvözött acélok, mivel oxidfilmet képeznek a felületen, amely megakadályozza a korróziót. Ezen ötvözetek képviselői: St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Kopásálló mintákat használnak olyan termékekben, amelyek koptató súrlódás, ütés és erős nyomás alatt működnek. Példa erre a vasúti sínek, zúzógépek és lánctalpas gépek alkatrészei, például az St110G13L.
11. A hőálló acélok magas hőmérsékleten is működhetnek. Csövek, gáz- és gőzturbina-alkatrészek gyártásához használják őket. Ezek főleg erősen ötvözött, alacsony szén-dioxid-kibocsátású minták, amelyek szükségszerűen tartalmaznak nikkelt, amely adalékanyagokat tartalmazhatmolibdén, nobium, titán, volfrám, bór. Példa erre: St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. A hőállóak különösen ellenállnak a levegőben, gázban és kemencében keletkező vegyi károsodásoknak, oxidáló és karburáló környezetben, de erős terhelés esetén is kúsznak. Ennek a típusnak a képviselői: St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Szerszámacélok

Ebben a csoportban az ötvözetek vágó- és mérőszerszámokra vannak felosztva. Kétféle szerszámacél létezik.

• A hidegalakításhoz használt anyagnak magas fokú keménységgel, szilárdsággal, kopásállósággal és hőállósággal kell rendelkeznie. De legyen elegendő viszkozitása (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• A melegalakító anyag jó szilárdságú és szívós. A kopásállóság és a vízkőállóság mellett (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

A mérőszerszámacéloknak a kopásállóságon és keménységen kívül méretstabilnak és könnyen csiszolhatónak kell lenniük. Ezekből az ötvözetekből készülnek kaliberek, kapcsok, sablonok, vonalzók, mérlegek, csempék. Példa erre az ötvözetek StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

A vágószerszámok acélcsoportjainak meghatározása meglehetősen egyszerű. Az ilyen ötvözeteknek hosszú ideig vágóképességgel és nagy keménységgel kell rendelkezniük, még akkor is, ha hőhatásnak vannak kitéve. Ezek közé tartozik a szén- és ötvözetszerszám, valamintgyorsacélok. Itt a következő prominens képviselőket nevezheti meg: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Az ötvözet deoxidációja

Az acél dezoxidációs foka alapján történő meghatározása három típust jelent: nyugodt, félig nyugodt és forrásban lévő. Maga a fogalom az oxigén eltávolítására vonatkozik a folyékony ötvözetből.

A csendes acél szinte nem bocsát ki gázokat a megszilárdulás során. Ez az oxigén teljes eltávolításának és a tömb tetején zsugorodási üreg kialakulásának köszönhető, amelyet aztán levágnak.

A félig nyugodt acélban a gázok részben szabadulnak fel, vagyis több, mint a nyugodt acélban, de kevesebb, mint a forrásban lévő acélban. Itt nincs shell, mint az előző esetben, hanem buborékok képződnek a tetején.

A forrásban lévő ötvözetek megszilárdulásakor nagy mennyiségű gáz szabadul fel, és a keresztmetszetben elég csak észrevenni a felső és alsó réteg kémiai összetételének különbségét.

Keménység

Ez a fogalom egy anyag azon képességére utal, hogy ellenáll a keményebb behatolásnak. A keménység meghatározása három módszerrel vált lehetségessé: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

A Brinell-módszer szerint egy edzett acélgolyót nyomnak a minta talajfelületébe. A nyomat átmérőjének tanulmányozásával határozza meg a keménységet.

Módszer az acél keménységének meghatározására Rockwell szerint. Egy 120 fokos gyémánt kúpcsúcs behatolási mélységének kiszámításán alapul.

Vickers szerint a tesztmintábangyémánt tetraéder piramist nyomnak be. 136 fokos szöggel a szemközti oldalakon.

Meghatározható az acél minősége kémiai elemzés nélkül? A kohászat területén dolgozó szakemberek szikráról képesek felismerni az acél minőségét. A fém összetevőinek meghatározása a feldolgozás során lehetséges. Tehát például:

• A CVG acélon sötét karmazsin színű szikrák vannak sárga-piros pöttyökkel és csomókkal. Az elágazó szálak végén élénkvörös csillagok jelennek meg sárga szemcsékkel a közepén.
• A P18 acélt a sötét karmazsin színű szikrák is azonosítják, amelyek elején sárga és piros kötegek találhatók, azonban a menetek egyenesek és nincs villás. A kötegek végén szikrák vannak, egy vagy két világossárga szemcsékkel.
• A ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 acélok sárga szikrái, világos csillagokkal. És piros szemek az ágakon.
• Az U12F acélt világossárga szikrák, sűrű és nagy csillagok jellemzik. Több piros és sárga tincsekkel.
• A 15-ös és 20-as acélok világossárga szikráit, sok villát és csillagot tartalmaznak. De néhány tincs.

Az acél szikrával történő meghatározása meglehetősen pontos módszer a szakemberek számára. A hétköznapi ember azonban nem jellemezheti a fémet úgy, hogy csak a szikra színét vizsgálja.

Hegeszthetőség

A fémek azon tulajdonságát, hogy bizonyos ütés hatására kötést képeznek, az acélok hegeszthetőségének nevezzük. Ennek a mutatónak a meghatározása a vas- és széntartalom kimutatása után lehetséges.

Úgy tartják, hogy hegesztéssel jól össze vannak kötvealacsony széntartalmú acélok. Ha a széntartalom meghaladja a 0,45%-ot, a hegeszthetőség romlik, magas széntartalom esetén pedig rosszabbá válik. Ez azért is történik, mert az anyag inhomogenitása növekszik, és a szemcsehatárokon kiemelkednek a szulfidzárványok, amelyek repedések kialakulásához és a belső feszültség növekedéséhez vezetnek.

Az ötvöző alkatrészek is hatnak, rontva a kapcsolatot. A hegesztés szempontjából legkedvezőtlenebbek az olyan kémiai elemek, mint a króm, molibdén, mangán, szilícium, vanádium, foszfor.

A technológiának való megfelelés azonban gyengén ötvözött acélokkal végzett munka során jó százalékos hegeszthetőséget biztosít speciális intézkedések alkalmazása nélkül. A hegeszthetőség meghatározása számos fontos anyagminőség értékelése után lehetséges, beleértve:

• Hűtési sebesség.
• Kémiai összetétel.
• Elsődleges kristályosodás és hegesztés közbeni szerkezeti változások képe.
• A fém azon képessége, hogy repedéseket képezzen.
• Az anyag hajlama megkeményedni.