Staal: definisie, klassifikasie, chemiese samestelling en toepassing

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 05:14

Hoe dikwels hoor ons die woord "staal". En dit word nie net uitgespreek deur professionele persone op die gebied van metallurgiese produksie nie, maar ook deur die inwoners. Geen sterk struktuur is volledig sonder staal nie. Trouens, as ons oor iets metaal praat, bedoel ons 'n produk wat van staal gemaak is. Kom ons vind uit waaruit dit bestaan en hoe dit geklassifiseer word.

Definisie

Staal is miskien die gewildste legering, wat op yster en koolstof gebaseer is. Boonop wissel die aandeel van laasgenoemde van 0,1 tot 2,14%, terwyl eersgenoemde nie laer as 45% kan wees nie. Gemak van produksie en beskikbaarheid van grondstowwe is van deurslaggewende belang in die verspreiding van hierdie metaal na alle areas van menslike aktiwiteit.

Die hoofkenmerke van die materiaal verskil na gelang van die chemiese samestelling daarvan. Die definisie van staal as 'n legering wat uit twee komponente bestaan, yster en koolstof, kan nie volledig genoem word nie. Dit kan byvoorbeeld chroom vir hittebestandheid en nikkel vir korrosiebestandheid insluit.

Vereiste komponentemateriaal bied bykomende voordele. So, yster maak die legering smeebaar en maklik vervormbaar onder sekere omstandighede, en koolstof maak sterkte en hardheid gelyktydig met brosheid. Daarom is sy aandeel so klein in die totale massa van staal. Bepaling van die metode van vervaardiging van die legering het gelei tot die inhoud van mangaan daarin in die hoeveelheid van 1% en silikon - 0,4%. Daar is 'n aantal onsuiwerhede wat tydens die smelt van die metaal verskyn en waarvan hulle probeer ontslae raak. Saam met fosfor en swael, verswak suurstof en stikstof ook die eienskappe van die materiaal, wat dit minder duursaam maak en veranderde rekbaarheid.

Klassifikasie

Die definisie van staal as 'n metaal met 'n sekere stel eienskappe is natuurlik bo twyfel. Dit is egter juis die samestelling daarvan wat dit moontlik maak om die materiaal in verskeie rigtings te klassifiseer. So, byvoorbeeld, word metale deur die volgende kenmerke onderskei:

• op chemiese;
• struktureel;
• volgens kwaliteit;
• soos bedoel;
• volgens die graad van deoksidasie;
• volgens hardheid;
• op staalsweisbaarheid.

Staaldefinisie, -merk en al sy kenmerke sal hieronder beskryf word.

Nasien

Ongelukkig is daar geen wêreldwye staalbenaming nie, wat handel tussen lande grootliks bemoeilik. In Rusland word 'n alfanumeriese stelsel gedefinieer. Die letters dui die naam van die elemente en die metode van deoksidasie aan, en die syfers dui hul getal aan.

Chemiese samestelling

Daar is twee maniereverdeling van staal volgens chemiese samestelling. Die definisie wat deur moderne handboeke gegee word, maak dit moontlik om tussen koolstof en gelegeerde materiaal te onderskei.

Die eerste kenmerk definieer staal as lae-koolstof, medium-koolstof en hoë-koolstof, en die tweede - lae-legering, medium-legering en hoë-legering. 'n Laekoolstofmetaal word genoem, wat volgens GOST 3080-2005, benewens yster, die volgende komponente kan insluit:

• Koolstof – tot 0,2%. Dit bevorder termiese versterking, waardeur die treksterkte en hardheid verdubbel word.
• Mangaan in 'n hoeveelheid van tot 0,8% betree aktief 'n chemiese binding met suurstof en verhoed die vorming van ysteroksied. Die metaal is beter in staat om dinamiese ladings te weerstaan en is meer vatbaar vir termiese verharding.
• Silicon – tot 0,35%. Dit verbeter meganiese eienskappe soos taaiheid, sterkte, sweisbaarheid.

Volgens GOST word die definisie van staal as laekoolstofstaal gegee aan 'n metaal wat, benewens nuttige, 'n aantal skadelike onsuiwerhede in die volgende hoeveelheid bevat. Dit is:

• Fosfor – tot 0,08% is verantwoordelik vir die voorkoms van koue brosheid, benadeel uithouvermoë en krag. Verminder die taaiheid van die metaal.
• Swael - tot 0,06%. Dit bemoeilik die verwerking van metaal deur druk, verhoog die brosheid van humeur.
• Stikstof. Verminder die tegnologiese en sterkte-eienskappe van die legering.
• Suurstof. Verminder sterkte en meng in met snygereedskap.

Daar moet kennis geneem word dat lae oflaekoolstofstaal is besonder sag en rekbaar. Hulle vervorm goed, warm en koud.

Die definisie van mediumkoolstofstaal sowel as die samestelling daarvan verskil natuurlik van die materiaal hierbo beskryf. En die grootste verskil is die hoeveelheid koolstof, wat wissel van 0,2 tot 0,45%. So 'n metaal het 'n lae taaiheid en rekbaarheid tesame met uitstekende sterkte-eienskappe. Medium koolstofstaal word algemeen gebruik vir onderdele wat onder normale kragladings gebruik word.

As die koolstofinhoud meer as 0,5% is, word sulke staal hoëkoolstofstaal genoem. Dit het verhoogde hardheid, verminderde viskositeit, rekbaarheid, en word gebruik om gereedskap en onderdele te stamp deur warm en koue vervorming.

Benewens die identifisering van die koolstof wat in die staal teenwoordig is, is die bepaling van die eienskappe van die materiaal moontlik deur die teenwoordigheid van bykomende onsuiwerhede daarin. As, benewens gewone elemente, chroom, nikkel, koper, vanadium, titanium, stikstof in 'n chemies-gebonde toestand doelbewus in die metaal ingebring word, dan word dit gedoteer genoem. Sulke bymiddels verminder die risiko van bros breuk, verhoog korrosiebestandheid en sterkte. Hulle getal dui die graad van legering van staal aan:

• lae-gelegeerde - het tot 2,5% legeringsbymiddels;
• medium-legering - van 2,5 tot 10%;
• hoogs-gelegeerde - tot 50%.

Wat beteken dit? Byvoorbeeld, die verhoging van enige eiendomme het soos volg begin word:

1. Voeg chroom by. positiefbeïnvloed die meganiese eienskappe reeds in die bedrag van 2% van die totaal.
2. Die bekendstelling van nikkel van 1 tot 5% verhoog die temperatuurmarge van viskositeit. En verminder koue brosheid.
3. Mangaan werk op dieselfde manier as nikkel, hoewel baie goedkoper. Dit help egter om die sensitiwiteit van die metaal vir oorverhitting te verhoog.
4. Wolfram is 'n karbiedvormende bymiddel wat hoë hardheid bied. Omdat dit graangroei verhoed wanneer dit verhit word.
5. Molibdeen is 'n duur bymiddel. Wat die hittebestandheid van hoëspoedstaal verhoog.
6. Silicon. Verhoog suurweerstand, elastisiteit, skaalweerstand.
7. Titanium. Kan fynkorrelstruktuur bevorder wanneer dit met chroom en mangaan gekombineer word.
8. Koper. Verhoog anti-roes eienskappe.
9. Aluminium. Verhoog hitteweerstand, skaalvorming, taaiheid.

Struktuur

Die bepaling van die samestelling van staal sal onvolledig wees sonder om die struktuur daarvan te bestudeer. Hierdie teken is egter nie konstant nie, en kan afhang van 'n aantal faktore, soos: hittebehandelingsmodus, verkoelingstempo, graad van legering. Volgens die reëls moet die staalstruktuur na uitgloeiing of normalisering bepaal word. Na uitgloeiing word die metaal verdeel in:

• pro-eutektoïede struktuur - met oormaat ferriet;
• eutectoid, wat uit perliet bestaan;
• hipereutektoïed - met sekondêre karbiede;
• ledeburiet - met primêre karbiede;
• austenities - met 'n gesiggesentreerde kristalrooster;
• ferritiese - met 'n kubieke liggaamsgesentreerde rooster.

Die bepaling van die staalklas is moontlik na normalisering. Dit word verstaan as 'n tipe hittebehandeling, wat verhitting, vashou en daaropvolgende verkoeling insluit. Hier word perliet-, austenitiese en ferritiese grade onderskei.

Kwaliteit

Die bepaling van tipes het op vier maniere moontlik geword wat kwaliteit betref. Dit is:

1. Gewone kwaliteit - dit is staal met 'n koolstofinhoud van tot 0,6%, wat in oophaard-oonde of in omsetters met suurstof gesmelt word. Hulle word as die goedkoopste beskou en is minderwaardig in eienskappe as metale van ander groepe. 'n Voorbeeld van sulke staalsoorte is St0, St3sp, St5kp.
2. Kwaliteit. Prominente verteenwoordigers van hierdie tipe is staal St08kp, St10ps, St20. Hulle word gesmelt met dieselfde oonde, maar met hoër vereistes vir die laai- en produksieprosesse.
3. Hoëgeh alte-staal word in elektriese oonde gesmelt, wat 'n toename in die suiwerheid van die materiaal vir nie-metaalinsluitings waarborg, dit wil sê, 'n verbetering in meganiese eienskappe. Hierdie materiaal sluit St20A, St15X2MA in.
4. Veral hoë geh alte - word gemaak volgens die metode van spesiale metallurgie. Hulle word onderwerp aan elektroslaghersmelting, wat suiwering van sulfiede en oksiede verskaf. Staal van hierdie tipe sluit in St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Struktuurstaal

Dit is miskien die eenvoudigste en mees verstaanbare teken vir die leek. Daar is struktuur-, gereedskap- en spesialedoelstaal. Struktureel word gewoonlik verdeel in:

1. Konstruksiestaal is koolstofstaal van gewone geh alte en verteenwoordigers van die lae-legeringsreeks. Hulle is onderhewig aan verskeie vereistes, waarvan die belangrikste sweisbaarheid op 'n voldoende hoë vlak is. 'n Voorbeeld is StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Gesementeerde materiale word gebruik om produkte te maak wat onder oppervlakslytasietoestande werk en terselfdertyd dinamiese vragte ervaar. Dit sluit laekoolstofstaal St15, St20, St25 en sommige gelegeerdes in: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, StKGT, StKGT.
3. Vir koue stamp word opgerolde blare van hoëgeh alte lae-koolstofmonsters gebruik. Soos St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Behandelbare staal wat deur die blus- en hoëtemperproses verbeter word. Dit is medium-koolstof (St35, St40, St45, St50), chroom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) staal, sowel as chroom-silikon-mangaan, chroom-nikkel-molibdeen en chroom-nikkel.
5. Lentevere het elastiese eienskappe en behou dit vir 'n lang tyd, aangesien hulle 'n hoë mate van weerstand teen moegheid en vernietiging het. Dit is koolstofverteenwoordigers van St65, St70 en gelegeerde staal (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Hoësterktemonsters is dié wat twee keer die sterkte van ander struktuurstaal het, verkry deur hittebehandeling en chemiese samestelling. In die grootmaat is dit gelegeerde mediumkoolstofstaal, byvoorbeeld St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Kogellagerstaal word gekenmerk deur spesiale uithouvermoë, 'n hoë mate van slytasieweerstand en sterkte. Daar word van hulle verwag om aan die vereistes vir die afwesigheid van verskeie soorte insluitings te voldoen. Hierdie monsters sluit hoë-koolstofstaal met 'n chroominhoud in die samestelling in (StSHKh9, StSHKh15).
8. Outomatiese staaldefinisies is soos volg. Dit is monsters vir gebruik in die vervaardiging van nie-kritiese produkte soos boute, moere, skroewe. Sulke onderdele word gewoonlik gemasjineer. Daarom is die hooftaak om die bewerkbaarheid van dele te verhoog, wat bereik word deur tellurium, selenium, swael en lood in die materiaal in te voer. Sulke bymiddels dra by tot die vorming van bros en kort skyfies tydens bewerking en verminder wrywing. Die hoofverteenwoordigers van outomatiese staal word soos volg aangewys: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Korrosiebestande staal is allooistaal met 'n chroominhoud van ongeveer 12%, aangesien dit 'n oksiedfilm op die oppervlak vorm wat korrosie voorkom. Verteenwoordigers van hierdie legerings is St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Slytasiebestande monsters word gebruik in produkte wat onder skuurwrywing, skok en sterk druk werk. 'n Voorbeeld is die dele van spoorlyne, brekers en ruspemasjiene, soos St110G13L.
11. Hittebestande staal kan teen hoë hitte werk. Hulle word gebruik in die vervaardiging van pype, gas- en stoomturbine-onderdele. Dit is hoofsaaklik hooggelegeerde laekoolstofmonsters, wat noodwendig nikkel bevat, wat bymiddels in die vorm kan bevatmolibdeen, nobium, titanium, wolfram, boor. 'n Voorbeeld is St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Hittebestand is veral bestand teen chemiese skade in lug-, gas- en oond-, oksiderende en karboniserende omgewings, maar vertoon kruip onder erge vragte. Verteenwoordigers van hierdie tipe is St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Gereedskapstaal

In hierdie groep word legerings in matrijs verdeel, vir sny- en meetgereedskap. Daar is twee soorte matrystaal.

• Die materiaal vir koue vorming moet 'n hoë mate van hardheid, sterkte, slytasieweerstand en hittebestandheid hê. Maar het voldoende viskositeit (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Die warmvormende materiaal het goeie sterkte en taaiheid. Saam met slytasieweerstand en skaalweerstand (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Meetgereedskapstaal, benewens slytweerstand en hardheid, moet dimensioneel stabiel wees en maklik om te slyp. Kalibers, krammetjies, sjablone, liniale, skale, teëls word van hierdie legerings gemaak. 'n Voorbeeld sou wees legerings StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Die bepaling van staalgroepe vir snygereedskap is redelik maklik. Sulke legerings moet vir 'n lang tyd snyvermoë en hoë hardheid hê, selfs wanneer dit aan hitte onderwerp word. Dit sluit in koolstof en allooi gereedskap, sowel ashoëspoed staal. Hier kan jy die volgende prominente verteenwoordigers noem: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoksidasie van die legering

Bepaling van staal deur die graad van deoksidasie impliseer die drie tipes daarvan: kalm, semi-kalm en kokend. Die einste konsep verwys na die verwydering van suurstof uit die vloeibare legering.

Stil staal gee amper nie gasse uit tydens stolling nie. Dit is as gevolg van die volledige verwydering van suurstof en die vorming van 'n krimpholte bo-op die ingot, wat dan afgesny word.

In semi-kalm staal word gasse gedeeltelik vrygestel, dit wil sê meer as in kalm staal, maar minder as in kokende. Hier is geen dop, soos in die vorige geval nie, maar borrels vorm aan die bokant.

Kookende legerings stel 'n groot hoeveelheid gas vry wanneer dit gestol word, en in deursnee is dit genoeg om bloot die verskil in chemiese samestelling tussen die boonste en onderste lae raak te sien.

Hardheid

Hierdie konsep verwys na die vermoë van 'n materiaal om te weerstaan dat 'n harder deurdring. Hardheidbepaling het moontlik geword met behulp van drie metodes: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Volgens die Brinell-metode word 'n geharde staalbal in die grondoppervlak van die monster gedruk. Deur die deursnee van die afdruk te bestudeer, bepaal die hardheid.

Metode vir die bepaling van die hardheid van staal volgens Rockwell. Dit is gebaseer op die berekening van die penetrasiediepte van 'n 120 grade diamantkeëlpunt.

Volgens Vickers in die toetsmonster'n diamant-tetraëdriese piramide word ingedruk. Met 'n hoek van 136 grade op teenoorgestelde vlakke.

Is dit moontlik om die graad van staal te bepaal sonder chemiese ontleding? Spesialiste op die gebied van metallurgie kan die graad van staal deur 'n vonk herken. Die bepaling van die bestanddele van die metaal is moontlik tydens die verwerking daarvan. So byvoorbeeld:

• CVG-staal het donker karmosynrooi vonke met geelrooi kolletjies en klossies. Aan die punte van die vertakte drade verskyn helderrooi sterre met geel korrels in die middel.
• P18 staal word ook uitgeken aan donker karmosynrooi vonke met geel en rooi klossies aan die begin, maar die drade is reguit en het nie vurke nie. Aan die punte van die bondels is daar vonke met een of twee liggeel korrels.
• Staal grade ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 het geel vonke met ligte sterre. En rooi korrels op die takke.
• U12F-staal word gekenmerk deur liggeel vonke met digte en groot sterre. Met verskeie rooi en geel klossies.
• Stele 15 en 20 het liggeel vonke, baie vurke en sterre. Maar min klossies.

Bepaling van staal deur 'n vonk is 'n redelik akkurate metode vir spesialiste. Gewone mense kan egter nie die metaal kenmerk deur slegs die kleur van die vonk te ondersoek nie.

Sweisbaarheid

Die eienskap van metale om 'n las onder 'n sekere impak te vorm, word die sweisbaarheid van staal genoem. Die bepaling van hierdie aanwyser is moontlik nadat die inhoud van yster en koolstof opgespoor is.

Daar word geglo dat hulle goed verbind is deur sweiswerklae koolstofstaal. Wanneer die koolstofinhoud 0,45% oorskry, versleg die sweisbaarheid en word erger wanneer die koolstofinhoud hoog is. Dit gebeur ook omdat die inhomogeniteit van die materiaal toeneem, en sulfiedinsluitings by die korrelgrense uitstaan, wat lei tot die vorming van krake en 'n toename in interne spanning.

Legeringskomponente werk ook, wat die verbinding vererger. Die mees ongunstige vir sweiswerk is chemiese elemente soos chroom, molibdeen, mangaan, silikon, vanadium, fosfor.

Voldoening aan die tegnologie wanneer daar met lae-legeringsstaal gewerk word, bied egter 'n goeie persentasie sweisbaarheid sonder die gebruik van spesiale maatreëls. Bepaling van sweisbaarheid is moontlik nadat 'n aantal belangrike materiaaleienskappe geëvalueer is, insluitend:

• Verkoelingspoed.
• Chemiese samestelling.
• Aansig van primêre kristallisasie en strukturele veranderinge tydens sweiswerk.
• Die vermoë van metaal om krake te vorm.
• Neiging van materiaal om verharding te vorm.