Svojstva čelika: specifična težina, gustoća kg cm3 i druge

Zajednička svojstva

Nemojte miješati čelik s željeznom, tvrdom i relativno nategnutom metalom, atomskog promjera 2,48 angstrema, točke taljenja 1535 ° C i vrelišta od 2740 ° C. S druge strane, ugljik je nemetalna s atomskim promjerom od 1,54 angstrema, mekom i lomljivom u većini svojih alotropnih modifikacija (iznimka je dijamant). Diferencija ovog elementa u kristalnoj strukturi željeza je moguća zbog razlike u njihovim atomskim promjerima. Kao rezultat ove difuzije nastaje ovaj materijal.

Glavna razlika između željeza i čelika je postotak ugljika koji je gore naveden. Materijal može imati različitu mikrostrukturu ovisno o određenoj temperaturi. Može se nalaziti u sljedećim strukturama (za više informacija pogledajte fazni dijagram željezno-ugljika):

• perlit;
• cementita;
• feritni;
• austenita.

Materijal zadržava svojstva željeza u čistom stanju, ali dodavanje ugljika i drugih elemenata, kako metala, tako i ostalih metala, poboljšava njezina fizikalno-kemijska svojstva.

Postoje mnoge vrste čelika, ovisno o dodanim elementima. Grupa ugljikovih čelika tvori materijale u kojima je ugljen jedini aditiv. Drugi posebni materijali dobivaju imena zbog svojih osnovnih funkcija i svojstava, koji se određuju njihovom strukturom i dodatnim elementima, na primjer, silicija, cementiranja, nehrđajućeg, strukturnih legura i tako dalje.

U pravilu, svi materijali s aditivima sjedinjeni su pod jednim nazivom - posebni čelici, koji se razlikuju od običnih ugljikovih čelika, a drugi služe kao osnovni materijal za proizvodnju posebnih materijala. Takav raznovrstan materijal u svojim svojstvima i svojstvima dovelo je do činjenice da se čelik počeo nazivati ​​"legurama željeza i druge tvari koja povećava tvrdoću".

Metalne komponente

Dvije glavne komponente postale su obilne prirode, što pogoduje njegovoj proizvodnji u velikoj mjeri. Raznolikost svojstava i dostupnosti ovog materijala čini ga pogodnim za industriju kao što su inženjering, proizvodnja alata, izgradnja zgrada, pridonoseći industrijalizaciji društva.

Unatoč gustoće (specifična težina čelika 7850 kg m3, odnosno mase postali su jednaki volumen 1 m³ 7850 kg, za usporedbu aluminij gustoća 2700 kg / m3) se koristi u svim područjima industrije, uključujući zrakoplovstva. Razlozi za različite primjene su i usklađenost i, istodobno, tvrdoća i relativno niske cijene.

Aditivi i njihova svojstva

Posebna klasifikacija čelika određuje prisutnost određenog elementa u svom sastavu i njegov postotak po masi. Elementi se dodaju u leguru kako bi se dobile posljednja specifična svojstva, na primjer, povećavajući njegovu mehaničku izdržljivost, tvrdoću, otpornost na habanje, sposobnost taljenja i druge. Ispod je popis najčešćih aditiva i učinaka koje uzrokuju.

• aluminijum: dodano je u koncentracijama blizu 1%, kako bi se povećala tvrdoća legure i koncentracije manje od 0,008% kao antioksidans za materijale otpornog na toplinu.
• bor: pri niskim koncentracijama (0.001-0.006%) povećava se kaljenost materijala bez smanjenja njegove sposobnosti da se strojno obrađuje. Koristi se u materijalima slabe kvalitete, na primjer, u proizvodnji plugova, žice, čime se osigurava njegova tvrdoća i duktilnost. Također se koristi kao zamke za dušik u kristalnoj strukturi željeza.
• kobalt. Smanjuje stvrdnjavanje i dovodi do otvrdnjavanja materijala i povećava njegovu tvrdoću pri visokim temperaturama. Također povećava magnetska svojstva. Koristi se u materijalima otpornim na toplinu.
• krom: Zbog stvaranje karbida daje čelika snagu i otpornost na visoke temperature, povećava otpornost na koroziju, povećava dubinu stvaranja karbida i nitrida tijekom toplinskog tretmana se koristi kao kruto-korozivan premaz za osi klipa, i tako dalje.
• molibden povećava tvrdoću i otpornost na koroziju za austenitne materijale.
• dušik dodaje se kako bi se olakšalo stvaranje austenita.
• nikl čini austenit stabilan na sobnoj temperaturi, povećavajući tvrdoću materijala. Koristi se u legurama otpornih na toplinu.
• voditi Oblikuje male globularne formacije koje povećavaju sposobnost strojnog čelika. Ovaj element omogućuje podmazivanje materijala u postotku od 0,15% do 0,30%.
• silicij povećava stvrdnjavanje i otpornost na oksidaciju materijala.
• titan stabilizira leguru na visokim temperaturama i povećava otpornost na oksidaciju.
• volfram oblikuje zajedno sa željeznim stabilnim i vrlo teško karbida, koji su stabilni pri visokim temperaturama, 14-18% od elementa za stvaranje rezanje čelika, koja se može primijeniti pri brzini tri puta veće od normalne ugljičnog čelika.
• vanadijum povećava otpornost na oksidaciju materijala i tvori kompleksne karbide sa željezom, što povećava otpornost na umor.
• niobijum daje tvrdoću, duktilnost i duktilnost leguri. Koristi se u građevinskim materijalima i automatici.

Nečistoće u leguri

Dodatci su elementi koji su nepoželjni u sastavu čelika. Oni su sadržani u samom materijalu i pada u nju kao rezultat topljenja, jer su sadržani u gorivim gorivima i mineralima. Potrebno je smanjiti njihov sadržaj, jer razgrađuju svojstva legure. U slučaju da je njihovo uklanjanje iz materijala nemoguće ili skupo, pokušajte smanjiti svoj postotak na minimum.

Sumpor: njegov sadržaj je ograničen na 0,04%. Element formira sulfide zajedno s željezom, koji zauzvrat zajedno s austenitom tvore niskotemeljni eutektik. Sulfidi se oslobađaju na granicama zrna. Sadržaj sumpora oštro ograničava mogućnost toplinske i mehaničke obrade materijala na srednjim i visokim temperaturama, jer dovodi do uništavanja materijala duž granica zrna.

Dodatci mangana omogućuju vam kontrolu sadržaja sumpora u materijalima. Mangan se više odnosi na sumpor nego na željezo, pa se umjesto željeznog sulfida stvara mangan sulfid, koji ima visoku točku topljenja i dobra plastična svojstva. Koncentracija mangana bi trebala biti pet puta veća od koncentracije sumpora, kako bi se osigurao pozitivan učinak. Mangan također povećava sposobnost strojnog čelika.

Fosfor: maksimalna granica njegovog sadržaja u leguri je 0,04%. Fosfor je štetan, jer se otapa u ferit, čime se smanjuje njegova plastičnost. Željezni fosfid zajedno s austenitom i cementitom stvara lomljivi eutektik s relativno niskim talištem. Oslobađanje željeznog fosfida na granicama zrna čini materijal krhkim.

Mehanička i tehnološka svojstva čelika

Vrlo je teško odrediti specifična fizikalna i mehanička svojstva čelika, budući da je broj njegovih vrsta različit zbog različitih sastava i toplinske obrade koja omogućuje stvaranje materijala s velikim brojem kemijskih i mehaničkih svojstava. Takva raznolikost dovela je do činjenice da je proizvodnja tih materijala i njihova prerada počela biti dodijeljena posebnoj grani metalurgije - željezne metalurgije, koja se razlikuje od neželjezne metalurgije. Međutim, mogu se dati opća svojstva čelika, prikazani su u donjem popisu.

• Bruto težina čelika, tj. Masa od 1 m³, iznosi 7850 kg. Gustoća čelika, g cm3, iznosi 7,85.
• Ovisno o temperaturi, materijal se može savijati, izvlačiti i rastopiti.
• Točka tališta ovisi o vrsti legure i postotku aditiva. Tako, čisto željezo se tali na 1510 ° C, sa svoje strane, čelik ima točku taljenja od 1375 ° C, čime se povećava kao postotak ugljika i drugih elemenata u njemu (osim za eutektičke smjese se tale pri nižim temperaturama). Čelik visokog brzine topi na temperaturi od 1650 ° C.
• Materijal se vrši na temperaturi od 3000 ° C.
• To je materijal otporan na deformacije čija se tvrdoća povećava kada se dodaju i drugi elementi.
• Ima relativno savitljiv (uz pomoć moguće je da se dobije tanki pređe po crtežu - žica) i žilavost (može se dobiti ravna ploča debljine metala 0,12-0,50 mm - kositar, koji je obično prevlače kositrom da se spriječi oksidacija).
• Prije upotrebe toplinskog udara, legura se podvrgava mehaničkoj obradi.
• Neki kompoziti imaju obliknu memoriju i deformirani su s količinom koja je veća od snage prinosa.
• Tvrdoća čelika varira između tvrdoće željeza i tvrdoće konstrukcija, koje se dobivaju pomoću toplinskih i kemijskih procesa. Među njima najpoznatiji je kaljenje, primijenjen na materijale s visokim sadržajem ugljika. Visoka površinska tvrdoća čelika omogućuje ga da se koristi kao alat za rezanje. Za dobivanje ove karakteristike, koja i dalje traje do visokih temperatura, krom, volfram, molibden i vanadij su dodani čeliku. Izmjerite tvrdoću metala u Brinellu, Vickersu i Rockwellu.
• Ima dobra svojstva lijevanja.
• Sposobnost da se podvrgnuti korozije je jedan od glavnih nedostataka čelika, jer oksidiraju željezo povećanje volumena dovodi do pojave pukotina na površini, što opet ubrzava čak i više proces uništenja. Tradicionalno, metal je zaštićen od korozije raznim površinskim tretmanima. Osim toga, neke formulacije su postali otporni na oksidaciju, na primjer, od nehrđajućeg čelika materijala.
• Ima visoku električnu vodljivost, koja se ne razlikuje jako ovisno o sastavu legure. U nadzemnim vodovima najčešće se koriste aluminijski vodiči, koji su prekriveni čeličnom jakom. Potonji osigurava potrebnu mehaničku čvrstoću žica, a također pridonosi njihovoj jeftinijoj proizvodnji.
• Koristi se za proizvodnju umjetnih trajnih magneta, budući da magnetizirani čelik ne gubi svoju magnetsku sposobnost na određenu temperaturu. Istodobno, čelična konstrukcija ferita ima magnetska svojstva, dok austenitna struktura nije magnetski. Magneti na osnovi čelika za stabiliziranje strukture ferita sadrže u pravilu oko 10% nikla i kroma.
• Uz povećanje temperature, proizvod ovog materijala povećava njegovu duljinu. Stoga, ako stupnjevi slobode postoje u određenom dizajnu, onda toplinska ekspanzija nije problem, ali ako takvi stupnjevi slobode ne postoje, širenje čelika dovest će do dodatnih naprezanja koje treba uzeti u obzir. Koeficijent toplinske ekspanzije blizu je onog betona. Ta činjenica omogućuje njihovu zajedničku upotrebu u konstrukcijama različitih tipova, takav materijal nazvan je armiranobeton.
• To je nezapaljivi materijal, ali njegova temeljna mehanička svojstva brzo se pogoršavaju pod utjecajem otvorene vatre.