Če vsebnost ogljika v železu preseže predpisano zgornjo mejo, potem material izgubi svoje temprane lastnosti in z njim lahko delamo le z ulivanjem.
Splošne lastnosti
Jeklo se ne sme zamenjati z železom, ki je trdna in raztegljiva kovina, ima atomski premer 2, 48 angstroma, tališče 1535 ° C in vrelišče 2740 ° C. Ogljik pa je nekovina z atomskim premerom 1, 54 angstroma, mehka in krhka v večini svojih alotropnih modifikacij (razen diamanta). Difuzija tega elementa v kristalni strukturi železa je mogoča zaradi razlike v njihovih atomskih premerih. Kot rezultat te difuzije se tvori ta material.
Glavna razlika med železom in jeklom je odstotek ogljika, ki je bil naveden zgoraj. Material ima lahko drugačno mikrostrukturo, odvisno od določene temperature. Lahko je v naslednjih strukturah (za več informacij glejte fazni diagram železa-ogljik):
- perlit;
- cementit;
- ferit;
- avstenit.
Material ohranja lastnosti železa v čistem stanju, vendar dodajanje ogljika in drugih elementov, tako kovin kot nekovin, izboljšuje njegove fizikalno-kemijske lastnosti.
Obstaja veliko vrst jekla, odvisno od elementov, ki se mu dodajajo. Skupino ogljikovih jekel tvorijo materiali, v katerih je ogljik edini aditiv. Druga posebna gradiva dobijo svoje ime zaradi osnovnih funkcij in lastnosti, ki jih določajo njihova zgradba in dodani dodatni elementi, na primer silicij, cement, nerjaveče, strukturne zlitine itd.
Praviloma so vsi materiali z dodatki združeni pod enim imenom - posebna jekla, ki se razlikujejo od navadnih ogljikovih jekel, slednja pa služi kot osnovni material za izdelavo posebnih materialov. Takšna raznolikost materiala glede na njegove lastnosti in lastnosti je privedla do tega, da se jeklo začelo imenovati "zlitina železa in drugih snovi, ki povečujejo njegovo trdoto."
Kovinski sestavni deli
Dve glavni komponenti jekla najdemo v izobilju v naravi, kar daje prednost njegovi proizvodnji v velikem obsegu. Zaradi raznolikosti lastnosti in razpoložljivosti tega materiala je primerna za industrijske panoge, kot so inženiring, izdelava orodij, gradbeništvo, ki prispevajo k industrializaciji družbe.
Kljub svoji gostoti (specifična teža jekla kg m3 je 7850, tj. Masa jekla z volumnom 1 m³ je enaka 7850 kilogramom, za primerjavo pa je gostota aluminija 2700 kg / m3) uporabljena v vseh sektorjih industrije, vključno z aeronavtiko. Razlogi za njegovo raznoliko uporabo so duktilnost in hkrati trdota ter relativno nizki stroški.
Dodatki in njihove značilnosti
Posebna klasifikacija jekel določa prisotnost določenega elementa v njegovi sestavi in masni odstotek. Elementi se dodajo zlitini, da bi slednjim dali posebne lastnosti, na primer, za povečanje mehanske vzdržljivosti, trdote, odpornosti proti obrabi, talilne sposobnosti in drugih. Sledi seznam najpogostejših dodatkov in učinkov, ki jih povzročajo.
- Aluminij : dodamo v koncentracijah blizu 1%, da povečamo trdoto zlitine in pri koncentracijah manj kot 0, 008% kot antioksidant za toplotno odporne materiale.
- Bor : pri nizkih koncentracijah (0, 001–0, 006%) poveča kaljivost materiala, ne da bi se zmanjšala njegova sposobnost strojne obdelave. Uporablja se v materialih nizke kakovosti, na primer pri izdelavi plugov, žice, ki zagotavlja trdoto in duktilnost. Uporablja se tudi kot dušikovi pasti v kristalni strukturi železa.
- Kobalt Zmanjšuje trdnost in strdi material ter povečuje njegovo trdoto pri visokih temperaturah. Prav tako poveča magnetne lastnosti. Uporablja se v materialih, ki so odporni na toploto.
- Krom : zaradi nastajanja karbidov jeklo daje moč in odpornost na visoke temperature, povečuje odpornost proti koroziji, povečuje globino nastajanja karbidov in nitridov med termokemično obdelavo, uporablja se kot trdna nerjavna obloga za osi, bati in tako naprej.
- Molibden poveča trdoto in odpornost proti koroziji za avstenitne materiale.
- Doda se dušik, da se olajša tvorba avstenita.
- Nikelj naredi austenit stabilen pri sobni temperaturi, kar poveča trdoto materiala. Uporablja se v toplotno odpornih zlitinah.
- Svinec tvori majhne kroglaste tvorbe, ki povečujejo zmožnost strojnega jekla. Ta element omogoča mazanje materiala v odstotkih od 0, 15% do 0, 30%.
- Silicij poveča kaljivost in odpornost na oksidacijo materiala.
- Titan stabilizira zlitino pri visokih temperaturah in poveča njeno odpornost proti oksidaciji.
- Volfram tvori skupaj z železom stabilne in zelo trde karbide, ki ostanejo stabilni pri visokih temperaturah, 14-18% tega elementa vam omogoča, da ustvarite rezalno jeklo, ki ga lahko uporabljate s hitrostjo trikrat večjo od običajnega ogljikovega jekla.
- Vanadij povečuje odpornost na oksidacijo materiala in tvori kompleksne karbide z železom, kar poveča odpornost na utrujenost.
- Niobij daje zlitini trdoto, duktilnost in duktilnost. Uporablja se v konstrukcijskih materialih in avtomatizaciji.
Nečistoče v zlitini
Nečistoče se imenujejo elementi, ki so v sestavi jekla nezaželeni. Nahajajo se v samem materialu in spadajo v njo kot posledica taljenja, saj se nahajajo v gorljivem gorivu in v mineralih. Potrebno je zmanjšati njihovo vsebnost, ker slabi lastnosti zlitine. V primeru, ko je njihova odstranitev iz sestave materiala nemogoča ali draga, poskusite zmanjšati njihov odstotek na minimum.
Žveplo: vsebnost je omejena na 0, 04%. Element skupaj z železom tvori sulfide, ki skupaj z avstenitom tvorijo evtektiko z nizkim tališčem. Sulfidi se sproščajo na mejah zrn. Vsebnost žvepla močno omejuje možnost toplotne in mehanske obdelave materialov pri srednjih in visokih temperaturah, saj vodi do uničenja materiala vzdolž meja zrn.
Manganski dodatki vam omogočajo nadzor vsebnosti žvepla v materialih. Mangan je bolj povezan z žveplom kot z železom, zato se namesto železovega sulfida tvori manganov sulfid, ki ima visoko tališče in dobre plastične lastnosti. Koncentracija mangana mora biti petkrat večja od koncentracije žvepla, da se zagotovi pozitiven učinek. Mangan poveča tudi sposobnost obdelave jekel.
Fosfor: najvišja dovoljena vsebnost v zlitini je 0, 04%. Fosfor je škodljiv, ker se raztopi v feritu in tako zmanjša njegovo plastičnost. Železov fosfid skupaj z avstenitom in cementitom tvori krhki evtektik z relativno nizkim tališčem. Sproščanje železovega fosfida na mejah zrn omogoča, da je material krhek.
Mehanske in tehnološke značilnosti jekla
Zelo težko je določiti specifične fizikalne in mehanske lastnosti jekla, saj je število njegovih vrst različno zaradi različne sestave in toplotne obdelave, kar omogoča izdelavo materialov s široko paleto kemičnih in mehanskih lastnosti. Ta raznolikost je pripeljala do dejstva, da se je proizvodnja teh materialov in njihova predelava začela dodeljevati ločeni veji metalurgije - črna metalurgija, ki se razlikuje od barvne metalurgije. Vendar pa se lahko določijo skupne lastnosti jekla, ki so predstavljene na spodnjem seznamu.
- Volumska teža jekla, to je masa 1 m³, je 7850 kg. Gostota jekla g cm3 je torej 7, 85.
- Glede na temperaturo se material lahko upogne, raztegne in stopi.
- Tališče je odvisno od vrste zlitine in odstotka dodatkov. Tako se čistega železa tali pri temperaturi 1510 ° C, pri čemer ima jeklo tališče 1375 ° C, ki se povečuje s povečanjem deleža ogljika in drugih elementov v njem (razen pri evtektiki, ki se tali pri nižjih temperaturah). Visokohitrostno jeklo se tali pri 1650 ° C.
- Skuša material pri temperaturi 3000 ° C.
- Je material, ki je odporen na deformacije in katerega trdota se povečuje z dodatkom drugih elementov.
- To je relativno duktilnost (z uporabo lahko dobite tanke niti z risbo - žice), kot tudi plastičnost (lahko dobite ploščate pločevine z debelino 0, 12-0, 50 mm - kositer, ki je običajno prekrita s kositrom, da se prepreči oksidacijo).
- Pred uporabo toplote je zlitina strojno obdelana.
- Nekateri kompoziti imajo spomin na obliko in so deformirani s količino, ki je večja od meje tečenja.
- Trdota jekla se razlikuje med trdoto železa in trdoto struktur, ki jih dobimo s toplotnimi in kemičnimi postopki. Med njimi je najbolj znana kaljenje, ki se uporablja za materiale z visoko vsebnostjo ogljika. Visoka površinska trdnost jekla omogoča uporabo kot rezalno orodje. Za pridobitev te lastnosti, ki se ohranja do visokih temperatur, jeklu dodamo krom, volfram, molibden in vanadij. Izmerite trdoto kovine v Brinellu, Vickersu in Rockwellu.
- Ima dobre lastnosti vlivanja.
- Sposobnost korozije je ena od glavnih pomanjkljivosti jekla, saj se oksidirano železo povečuje v prostornini in vodi do pojava razpok na površini, kar pa nadalje pospeši proces uničenja. Tradicionalno je bila kovina zaščitena pred korozijo zaradi različnih površinskih obdelav. Poleg tega so nekatere spojine postale odporne na oksidacijo, na primer nerjaveče materiale.
- Ima visoko električno prevodnost, ki se ne razlikuje močno glede na sestavo zlitine. Pri daljnovodih se najpogosteje uporabljajo aluminijasti vodniki, ki so prekriti z jekleno jakno. Slednje zagotavlja potrebno mehansko trdnost žic in prispeva k njihovi cenejši proizvodnji.
- Uporablja se za proizvodnjo umetnih stalnih magnetov, saj magnetizirano jeklo ne izgubi svoje magnetne sposobnosti do določene temperature. Struktura jeklenega ferita ima magnetne lastnosti, struktura avstenita pa ni magnetna. Magneti na osnovi jekla za stabilizacijo strukture ferita vsebujejo, praviloma, približno 10% niklja in kroma.
- Z naraščajočo temperaturo produkt iz tega materiala poveča svojo dolžino. Torej, če v določeni strukturi obstajajo stopnje svobode, potem toplotno raztezanje ni problem, če pa takšne stopnje svobode ne obstajajo, potem bo širitev jekla povzročila dodatne napetosti, ki jih je treba upoštevati. Koeficient toplotnega raztezanja jekla je blizu koeficientu betona. To dejstvo omogoča njihovo skupno uporabo v konstrukcijah različnih tipov, ki se imenujejo armirani beton.
- Je negorljiv material, vendar se njegove osnovne mehanske lastnosti hitro poslabšajo, ko so izpostavljene odprtemu ognju.