Oțel: definiție, clasificare, compoziție chimică și aplicare

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 05:39

Cât de des auzim cuvântul „oțel”. Și se pronunță nu numai de către profesioniștii din domeniul producției metalurgice, ci și de către orășeni. Nicio structură puternică nu este completă fără oțel. De fapt, când vorbim despre ceva metal, ne referim la un produs din oțel. Să aflăm în ce constă și cum este clasificat.

Definiție

Oțelul este probabil cel mai popular aliaj, care se bazează pe fier și carbon. Mai mult, ponderea acestora din urmă variază de la 0,1 la 2,14%, în timp ce prima nu poate fi mai mică de 45%. Ușurința producției și disponibilitatea materiilor prime sunt de o importanță decisivă în distribuirea acestui metal în toate domeniile activității umane.

Principalele caracteristici ale materialului variază în funcție de compoziția sa chimică. Definiția oțelului ca aliaj format din două componente, fier și carbon, nu poate fi numită completă. Poate include, de exemplu, crom pentru rezistență la căldură și nichel pentru rezistență la coroziune.

Componente necesarematerialele oferă beneficii suplimentare. Deci, fierul face aliajul maleabil și ușor deformabil în anumite condiții, iar carbonul face rezistență și duritate simultan cu fragilitatea. De aceea, ponderea sa este atât de mică în masa totală a oțelului. Determinarea metodei de producere a aliajului a condus la conținutul de mangan în el în cantitate de 1% și siliciu - 0,4%. Există o serie de impurități care apar în timpul topirii metalului și de care încearcă să scape. Alături de fosfor și sulf, oxigenul și azotul degradează și proprietățile materialului, făcându-l mai puțin durabil și schimbând ductilitatea.

Clasificare

Definiția oțelului ca metal cu un anumit set de caracteristici, desigur, este fără îndoială. Cu toate acestea, tocmai compoziția sa face posibilă clasificarea materialului în mai multe direcții. Deci, de exemplu, metalele se disting prin următoarele caracteristici:

• pe chimicale;
• structural;
• după calitate;
• conform intenției;
• după gradul de dezoxidare;
• după duritate;
• despre sudabilitatea oțelului.

Definiția, marcarea oțelului și toate caracteristicile acestuia vor fi descrise mai jos.

Marcare

Din păcate, nu există o desemnare globală a oțelului, ceea ce complică foarte mult comerțul dintre țări. În Rusia, este definit un sistem alfanumeric. Literele indică numele elementelor și metoda de dezoxidare, iar cifrele indică numărul acestora.

Compoziție chimică

Există două moduriîmpărțirea oțelului după compoziția chimică. Definiția dată de manualele moderne face posibilă distincția între carbon și materialul aliat.

Primul atribut definește oțelul ca fiind cu conținut scăzut de carbon, mediu de carbon și cu conținut ridicat de carbon, iar al doilea - aliaj scăzut, aliaj mediu și aliaj ridicat. Se numește un metal cu conținut scăzut de carbon, care, conform GOST 3080-2005, poate include, pe lângă fier, următoarele componente:

• Carbon - până la 0,2%. Promovează întărirea termică, datorită căreia rezistența la tracțiune și duritatea sunt dublate.
• Manganul într-o cantitate de până la 0,8% intră activ într-o legătură chimică cu oxigenul și previne formarea oxidului de fier. Metalul este mai capabil să reziste la sarcini dinamice și este mai susceptibil la întărire termică.
• Siliciu – până la 0,35%. Îmbunătățește proprietățile mecanice, cum ar fi tenacitatea, rezistența, sudarea.

Conform GOST, definiția oțelului ca oțel cu emisii scăzute de carbon este dată unui metal care conține, pe lângă utile, o serie de impurități nocive în următoarea cantitate. Acesta este:

• Fosfor - până la 0,08% este responsabil pentru apariția fragilității la rece, afectează rezistența și rezistența. Reduce duritatea metalului.
• Sulf - până la 0,06%. Îngreunează prelucrarea metalului prin presiune, crește fragilitatea temperării.
• Azot. Reduce proprietățile tehnologice și de rezistență ale aliajului.
• Oxigen. Reduce rezistența și interferează cu uneltele de tăiere.

Trebuie remarcat faptul că scăzut sauoțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt deosebit de moi și ductile. Se deformează bine atât la cald, cât și la rece.

Definiția oțelului cu carbon mediu, precum și compoziția acestuia sunt, desigur, diferite de materialul descris mai sus. Iar cea mai mare diferență este cantitatea de carbon, care variază de la 0,2 la 0,45%. Un astfel de metal are duritate și ductilitate scăzute, împreună cu proprietăți excelente de rezistență. Oțelul cu carbon mediu este folosit în mod obișnuit pentru piesele care sunt utilizate la sarcini normale de putere.

Dacă conținutul de carbon este peste 0,5%, atunci un astfel de oțel se numește oțel cu conținut ridicat de carbon. Are duritate crescută, vâscozitate redusă, ductilitate și este utilizat pentru ștanțarea sculelor și a pieselor prin deformare la cald și la rece.

Pe lângă identificarea carbonului prezent în oțel, determinarea caracteristicilor materialului este posibilă prin prezența unor impurități suplimentare în acesta. Dacă, pe lângă elementele obișnuite, crom, nichel, cupru, vanadiu, titan, azot în stare legată chimic sunt introduse în mod intenționat în metal, atunci se numește dopat. Astfel de aditivi reduc riscul de rupere fragilă, cresc rezistența la coroziune și rezistența. Numărul lor indică gradul de aliere a oțelului:

• slab aliat - are până la 2,5% aditivi de aliaj;
• aliat mediu - de la 2,5 la 10%;
• foarte aliat - până la 50%.

Ce înseamnă asta? De exemplu, creșterea oricăror proprietăți a început să fie furnizată după cum urmează:

1. Adăugarea de crom. pozitivafectează caracteristicile mecanice deja în valoare de 2% din total.
2. Introducerea nichelului de la 1 la 5% crește marja de temperatură a vâscozității. Și reduce fragilitatea la rece.
3. Manganul funcționează la fel ca nichelul, deși mult mai ieftin. Cu toate acestea, ajută la creșterea sensibilității metalului la supraîncălzire.
4. Tungsten este un aditiv care formează carbură care oferă duritate ridicată. Pentru că previne creșterea cerealelor atunci când este încălzit.
5. Molibdenul este un aditiv scump. Care mărește rezistența la căldură a oțelurilor de mare viteză.
6. Siliciu. Mărește rezistența la acid, elasticitatea, rezistența la calcar.
7. Titan. Poate promova structura granulației fine atunci când este combinat cu crom și mangan.
8. Cupru. Mărește proprietățile anticorozive.
9. Aluminiu. Mărește rezistența la căldură, detartrare, duritate.

Structură

Determinarea compoziției oțelului ar fi incompletă fără studierea structurii acestuia. Cu toate acestea, acest semn nu este constant și poate depinde de o serie de factori, cum ar fi: modul de tratament termic, viteza de răcire, gradul de aliere. Conform regulilor, structura de oțel trebuie determinată după recoacere sau normalizare. După recoacere, metalul este împărțit în:

• structură pro-eutectoidă - cu exces de ferită;
• eutectoid, care constă din perlit;
• hipereutectoid - cu carburi secundare;
• ledeburit - cu carburi primare;
• austenitic - cu o rețea cristalină centrată pe față;
• feritic - cu o rețea cubică centrată pe corp.

Determinarea clasei de oțel este posibilă după normalizare. Este înțeles ca un tip de tratament termic, care include încălzirea, menținerea și răcirea ulterioară. Aici se disting clasele perlita, austenitice și feritice.

Calitate

Determinarea tipurilor a devenit posibilă din punct de vedere al calității în patru moduri. Acesta este:

1. Calitate obișnuită - acestea sunt oțeluri cu un conținut de carbon de până la 0,6%, care sunt topite în cuptoare cu focar deschis sau în convertoare cu oxigen. Sunt considerate cele mai ieftine și au caracteristici inferioare metalelor din alte grupuri. Un exemplu de astfel de oțeluri sunt St0, St3sp, St5kp.
2. Calitate. Reprezentanți proeminenți de acest tip sunt oțelurile St08kp, St10ps, St20. Ele sunt topite folosind aceleași cuptoare, dar cu cerințe mai mari pentru procesele de încărcare și producție.
3. Oțelurile de în altă calitate sunt topite în cuptoarele electrice, ceea ce garantează o creștere a purității materialului pentru incluziuni nemetalice, adică o îmbunătățire a proprietăților mecanice. Aceste materiale includ St20A, St15X2MA.
4. Deosebit de în altă calitate - sunt realizate după metoda metalurgiei speciale. Ele sunt supuse la retopirea zgurii electrice, care asigură purificarea de sulfuri și oxizi. Oțelurile de acest tip includ St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Oțeluri structurale

Acesta este poate cel mai simplu și mai ușor de înțeles semn pentru profan. Există oțeluri structurale, pentru scule și oțeluri speciale. Structural este de obicei împărțit în:

1. Oțelurile de construcție sunt oțeluri carbon de calitate obișnuită și reprezentanți ai seriei slab aliate. Ele sunt supuse mai multor cerințe, principala dintre acestea fiind sudarea la un nivel suficient de ridicat. Un exemplu este StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Materialele cimentate sunt folosite pentru a face produse care funcționează în condiții de uzură la suprafață și care suferă simultan sarcini dinamice. Acestea includ oțelurile cu conținut scăzut de carbon St15, St20, St25 și unele aliate: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, St3GT.
3. Pentru ștanțarea la rece, se folosesc frunze laminate din probe de în altă calitate, cu emisii scăzute de carbon. Cum ar fi St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Oțeluri tratabile care sunt îmbunătățite prin procesul de călire și revenire în altă. Acestea sunt oțeluri cu carbon mediu (St35, St40, St45, St50), crom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), precum și crom-siliciu-mangan, crom-nichel-molibden și crom-nichel.
5. Arcurile de arc au proprietati elastice si le pastreaza o perioada indelungata, deoarece au un grad ridicat de rezistenta la oboseala si distrugere. Aceștia sunt reprezentanți ai carbonului St65, St70 și oțelurilor aliate (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Probele de în altă rezistență sunt cele care au rezistența de două ori mai mare decât a altor oțeluri de structură, obținute prin tratament termic și compoziție chimică. În vrac, acestea sunt oțeluri cu carbon mediu aliate, de exemplu, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Rulment cu bileoțelurile se caracterizează printr-o rezistență deosebită, un grad ridicat de rezistență la uzură și rezistență. Li se cere să îndeplinească cerințele pentru absența diferitelor tipuri de incluziuni. Aceste mostre includ oțeluri cu conținut ridicat de carbon cu un conținut de crom în compoziție (StSHKh9, StSHKh15).
8. Definițiile pentru oțel automat sunt următoarele. Acestea sunt mostre pentru utilizare la fabricarea de produse necritice, cum ar fi șuruburi, piulițe, șuruburi. Astfel de piese de schimb sunt de obicei prelucrate. Prin urmare, sarcina principală este de a crește prelucrabilitatea pieselor, care se realizează prin introducerea de telur, seleniu, sulf și plumb în material. Astfel de aditivi contribuie la formarea așchiilor fragile și scurte în timpul prelucrării și reduc frecarea. Principalii reprezentanți ai oțelurilor automate sunt desemnați astfel: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Oțelurile rezistente la coroziune sunt oțeluri aliate cu un conținut de crom de aproximativ 12%, deoarece formează o peliculă de oxid la suprafață care previne coroziunea. Reprezentanții acestor aliaje sunt St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Probele rezistente la uzură sunt utilizate în produsele care funcționează sub frecare abrazivă, șoc și presiune puternică. Un exemplu sunt părțile șinelor de cale ferată, concasoarele și mașinile cu omizi, cum ar fi St110G13L.
11. Oțelurile rezistente la căldură pot funcționa la căldură mare. Sunt utilizate la fabricarea de țevi, piese de schimb pentru turbine cu gaz și abur. Acestea sunt în principal eșantioane cu conținut scăzut de carbon cu aliaje ridicate, care conțin în mod necesar nichel, care poate conține aditivi sub formămolibden, nobiu, titan, wolfram, bor. Un exemplu ar fi St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Rezistente la căldură sunt deosebit de rezistente la daune chimice în aer, gaz și cuptor, medii de oxidare și cementare, dar prezintă fluaj la sarcini severe. Reprezentanții de acest tip sunt St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Oțeluri pentru scule

În această grupă, aliajele sunt împărțite în matriță, pentru sculele de tăiere și măsurare. Există două tipuri de oțeluri pentru matrițe.

• Materialul pentru formare la rece trebuie să aibă un grad ridicat de duritate, rezistență, rezistență la uzură, rezistență la căldură. Dar au vâscozitate suficientă (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Materialul de formare la cald are rezistență și duritate bune. Împreună cu rezistența la uzură și rezistența la scară (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Oțelurile pentru scule de măsurare, pe lângă rezistența la uzură și duritatea, trebuie să fie stabile dimensional și ușor de șlefuit. Din aceste aliaje sunt realizate calibre, capse, șabloane, rigle, cântare, plăci. Un exemplu ar fi aliajele StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Determinarea grupurilor de oțel pentru sculele de tăiere este destul de ușoară. Astfel de aliaje trebuie să aibă capacitate de tăiere și duritate mare pentru o lungă perioadă de timp, chiar și atunci când sunt supuse la căldură. Acestea includ unelte din carbon și aliaje, precum șioţeluri de mare viteză. Aici puteți numi următorii reprezentanți proeminenți: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoxidarea aliajului

Determinarea oțelului prin gradul de dezoxidare presupune trei tipuri ale acestuia: calm, semicalm și fierbinte. Însuși conceptul se referă la îndepărtarea oxigenului din aliajul lichid.

Oțelul liniștit aproape că nu emite gaze în timpul solidificării. Acest lucru se datorează eliminării complete a oxigenului și formării unei cavități de contracție deasupra lingoului, care este apoi tăiată.

În oțelul semicalm, gazele sunt degajate parțial, adică mai mult decât în oțelul calm, dar mai puțin decât în cele care fierb. Nu există nicio coajă aici, ca în cazul precedent, dar se formează bule în partea de sus.

Aliajele care fierb eliberează o cantitate mare de gaz atunci când se solidifică, iar în secțiune transversală este suficient să observați pur și simplu diferența de compoziție chimică dintre straturile superior și inferior.

Duritate

Acest concept se referă la capacitatea unui material de a rezista unei pătrunderi mai greu în el. Determinarea durității a devenit posibilă folosind trei metode: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Conform metodei Brinell, o bilă de oțel întărit este presată în suprafața solului probei. Studiind diametrul imprimării, determinați duritatea.

Metoda pentru determinarea durității oțelului conform Rockwell. Se bazează pe calcularea adâncimii de penetrare a unui vârf de con de diamant de 120 de grade.

Conform lui Vickers din proba de testareo piramidă tetraedrică de diamant este presată înăuntru. Cu un unghi de 136 de grade pe fețele opuse.

Este posibil să se determine calitatea oțelului fără analiză chimică? Specialiștii în domeniul metalurgiei sunt capabili să recunoască calitatea oțelului printr-o scânteie. Determinarea constituenților metalului este posibilă în timpul prelucrării acestuia. Deci, de exemplu:

• Oțelul CVG are scântei purpurie închisă cu puncte și smocuri galben-roșii. La capetele firelor ramificate apar stele roșii strălucitoare cu granule galbene în mijloc.
• Oțelul P18 este identificat și prin scântei purpurie închisă cu smocuri galbene și roșii la început, cu toate acestea, firele sunt drepte și nu au furci. La capetele pachetelor sunt scântei cu unul sau două boabe galbene deschise.
• Galurile de oțel ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 au scântei galbene cu stele luminoase. Și boabe roșii pe ramuri.
• Oțelul U12F se distinge prin scântei galben deschis, cu stele dense și mari. Cu mai multe smocuri roșii și galbene.
• Oțelurile 15 și 20 au scântei galben deschis, multe furci și stele. Dar puține smocuri.

Determinarea oțelului printr-o scânteie este o metodă destul de precisă pentru specialiști. Cu toate acestea, oamenii obișnuiți nu pot caracteriza metalul examinând doar culoarea scânteii.

Sudabilitate

Proprietatea metalelor de a forma o îmbinare sub un anumit impact se numește sudabilitatea oțelurilor. Determinarea acestui indicator este posibilă după detectarea conținutului de fier și carbon.

Se crede că sunt bine conectate prin sudareoțeluri cu conținut scăzut de carbon. Când conținutul de carbon depășește 0,45%, sudabilitatea se deteriorează și se înrăutățește atunci când conținutul de carbon este ridicat. Acest lucru se întâmplă și pentru că neomogenitatea materialului crește, iar incluziunile de sulfuri ies în evidență la limitele cerealelor, ceea ce duc la formarea de fisuri și la creșterea tensiunii interne.

Acționează și componentele de aliere, înrăutățind conexiunea. Cele mai nefavorabile pentru sudare sunt elementele chimice precum cromul, molibdenul, manganul, siliciul, vanadiul, fosforul.

Cu toate acestea, respectarea tehnologiei atunci când se lucrează cu oțeluri slab aliate asigură un procent bun de sudabilitate fără utilizarea unor măsuri speciale. Determinarea sudabilității este posibilă după evaluarea unui număr de calități importante ale materialelor, inclusiv:

• Viteza de răcire.
• Compoziție chimică.
• Vizualizare a cristalizării primare și a modificărilor structurale în timpul sudării.
• Abilitatea metalului de a forma fisuri.
• Tendința materialului de a se întări.