Vlastnosti ocele: špecifická hmotnosť, hustota kg cm3 a iné

Spoločné vlastnosti

Nezamieňajte oceľ so železom, čo je tvrdý a relatívne tvárny kov, má atómový priemer 2,48 angstrómov, teplotu topenia 1535 ° C a teplotu varu 2740 ° C. Na druhej strane uhlík je nekovový s atómovým priemerom 1,54 angstrómov, jemný a krehký vo väčšine jeho alotropických modifikácií (výnimkou je diamant). Difúzia tohto prvku v kryštalickej štruktúre železa je možná kvôli rozdielu v ich atómových priemeroch. V dôsledku tejto difúzie vzniká tento materiál.

Hlavným rozdielom medzi železom a oceľou je percento uhlíka, ktoré bolo uvedené vyššie. Materiál môže mať odlišnú mikroštruktúru v závislosti od konkrétnej teploty. Môže to byť v nasledujúcich štruktúrach (pre viac informácií pozri fázový diagram železo-uhlík):

• perlit;
• cementitu;
• feritové;
• austenit.

Materiál si zachováva vlastnosti železa v čistom stave, ale pridanie uhlíka a ďalších prvkov, kovov i nekovov, zlepšuje jeho fyzikálno-chemické vlastnosti.

Existuje veľa druhov ocele, v závislosti od pridaných prvkov. Skupina uhlíkových ocelí tvorí materiály, v ktorých je jediným doplnkom uhlík. Ostatné špeciálne materiály dostanú svoje názvy vďaka svojim základným funkciám a vlastnostiam, ktoré sú určené ich štruktúrou a doplnením ďalších prvkov, napríklad kremíka, cementu, nehrdzavejúcej ocele, štruktúrnych zliatin atď.

Všetky materiály s prísadami sú zvyčajne spojené pod určitým názvom - špeciálne ocele, ktoré sa líšia od bežných uhlíkových ocelí a ktoré slúžia ako základný materiál na výrobu špeciálnych materiálov. Takáto rôznorodosť tohto materiálu v jeho vlastnostiach a vlastnostiach viedla k tomu, že oceľ sa začala nazývať "zliatina železa a ďalšia látka, ktorá zvyšuje jej tvrdosť".

Kovové komponenty

Dve hlavné komponenty sa stali bohatou povahou, čo zvýhodňuje jeho výrobu vo veľkom meradle. Rozmanitosť vlastností a dostupnosť tohto materiálu ho robí vhodnou pre také odvetvia ako strojárstvo, výroba náradia, stavebníctvo, prispieva k industrializácii spoločnosti.

Cez jeho hustota (merná hmotnosť ocele je 7850 kg m3, tj. Hmotnosť stali rovnaký objem 1 m³ 7850 kg, pre porovnanie hliníka hustota 2700 kg / m3) sa používa vo všetkých odvetviach priemyslu, vrátane letectva. Dôvodmi pre rôzne aplikácie sú dodržanie a zároveň tvrdosť a relatívne nízke náklady.

Prídavné látky a ich vlastnosti

Špeciálna klasifikácia ocelí určuje prítomnosť špecifického prvku v jeho zložení a hmotnostnom pomere. Prvky sa pridávajú do zliatiny, aby sa dosiahli špecifické vlastnosti, napríklad zvýšenie jej mechanickej vytrvalosti, tvrdosti, odolnosti voči opotrebovaniu, schopnosti taviť sa a ďalších. Nižšie je uvedený zoznam najbežnejších prídavných látok a účinkov, ktoré spôsobujú.

• hliník: pridané v koncentráciách blízkych 1%, aby sa zvýšila tvrdosť zliatiny a v koncentráciách nižších ako 0,008% ako antioxidantu pre materiály odolné voči teplu.
• bor: pri nízkych koncentráciách (0,001 až 0,006%) zvyšuje vytvrditeľnosť materiálu bez zníženia jeho schopnosti opracovávať. Používa sa v nekvalitných materiáloch, napríklad pri výrobe pluhov, drôtov, zabezpečujúcich ich tvrdosť a ťažnosť. Používa sa tiež ako pasce pre dusík v kryštalickej štruktúre železa.
• kobalt. Znižuje tvrdosť a vedie k vytvrdzovaniu materiálu a zvyšovaniu jeho tvrdosti pri vysokých teplotách. To tiež zvyšuje magnetické vlastnosti. Používa sa v tepelne odolných materiáloch.
• chróm: V dôsledku tvorby karbidov dáva silu ocele a odolnosť proti vysokým teplotám, zvyšuje odolnosť proti korózii, čím sa zväčší hĺbka tvorby karbidov a nitridov pri termochemického spracovaní, sa použije ako pevný korozívne povlak pre osi piestov, a tak ďalej.
• molybdén zvyšuje tvrdosť a odolnosť proti korózii pre austenitické materiály.
• dusík aby sa uľahčila tvorba austenitu.
• nikel robí austenit stabilný pri izbovej teplote, čím zvyšuje tvrdosť materiálu. Používa sa v žiarovo odolných zliatinách.
• olovo Vytvára malé globulárne formácie, ktoré zvyšujú schopnosť strojnej ocele. Tento prvok poskytuje mazanie materiálu v percentách od 0,15% do 0,30%.
• kremík zvyšuje tvrditeľnosť a odolnosť voči oxidácii materiálu.
• titán stabilizuje zliatinu pri vysokých teplotách a zvyšuje jej odolnosť voči oxidácii.
• volfrám formy spolu so železom stabilný a veľmi tvrdé karbidy, ktoré sú stabilné pri vysokých teplotách, 14-18% z elementu pre vytvorenie rezné ocele, ktorý môže byť aplikovaný v dávke trikrát väčší, než je obvyklé uhlíkovej ocele.
• vanádium zvyšuje odolnosť proti oxidácii materiálu a vytvára komplexné karbidy so železom, čo zvyšuje odolnosť proti únavám.
• niobium dáva tvrdosť, ťažnosť a ťažnosť zliatiny. Používa sa v konštrukčných materiáloch a automatikách.

Nečistoty v zliatine

Prímes sú prvky, ktoré sú nežiaduce v zložení ocele. Sú obsiahnuté v samotnom materiáli a patria do neho v dôsledku tavenia, pretože sú obsiahnuté v horľavých palivách a mineráloch. Je potrebné znížiť ich obsah, pretože degradujú vlastnosti zliatiny. V prípade, že ich odstránenie z materiálu je nemožné alebo drahé, skúste znížiť ich percentuálny podiel na minimum.

Síra: jeho obsah je obmedzený na 0,04%. Prvok tvorí sulfidy spolu so železom, ktoré spolu s austenitom zase vytvárajú eutektiku s nízkou teplotou topenia. Sulfidy sa uvoľňujú na hraniciach zŕn. Obsah síry prudko obmedzuje možnosť tepelného a mechanického spracovania materiálov pri stredných a vysokých teplotách, pretože vedie k zničeniu materiálu pozdĺž hraníc zrna.

Aditíva mangánu vám umožňujú kontrolovať obsah síry v materiáloch. Mangán je viac súvisí so sírou než so železom, takže miesto sulfidu železa sa vytvára sulfid mangánu, ktorý má vysokú teplotu topenia a dobré plastové vlastnosti. Koncentrácia mangánu by mala byť päťkrát vyššia ako koncentrácia síry, aby sa zabezpečil pozitívny účinok. Mangán tiež zvyšuje schopnosť ocele strojov.

Fosfor: maximálna hranica jeho obsahu v zliatine je 0,04%. Fosfor je škodlivý, pretože sa rozpúšťa vo ferite, čím znižuje jeho plasticitu. Fosfid železa spolu s austenitom a cementitom tvorí krehkú eutektiku s relatívne nízkou teplotou topenia. Uvoľňovanie fosfidu železa pri hraniciach zrna spôsobuje, že materiál je krehký.

Mechanické a technologické charakteristiky ocele

Je veľmi ťažké určiť špecifické fyzikálne a mechanické vlastnosti ocele, pretože počet jej druhov je rôznorodý kvôli rôznym zloženiam a tepelnému spracovaniu, ktoré umožňujú vytváranie materiálov so širokým spektrom chemických a mechanických vlastností. Takáto rôznorodosť viedla k tomu, že výroba týchto materiálov a ich spracovanie sa začali rozdeľovať na samostatnú oblasť metalurgie - železnej metalurgie, ktorá sa líši od metalurgie neželezných kovov. Možno uviesť všeobecné vlastnosti ocele, sú uvedené v zozname nižšie.

• Hrubá hmotnosť ocele, to znamená hmotnosť 1 m³, je 7850 kg. Hustota ocele, g cm3, je teda 7,85.
• V závislosti od teploty sa môže materiál ohýbať, ťahať a roztaviť.
• Teplota topenia závisí od typu zliatiny a od podielu prísad. Takto čisté železo topí pri 1510 ° C, podľa poradia, oceľ má teplotu topenia 1375 ° C, čo zvyšuje s percentuálnym obsahom uhlíka a ďalších prvkov v ňom (s výnimkou topenia eutektické pri nižšej teplote). Vysokorýchlostná oceľ sa topí pri teplote 1650 ° C.
• Materiál sa varí pri teplote 3000 ° C.
• Je to materiál odolný voči deformácii, ktorého tvrdosť sa zvyšuje pri pridávaní ďalších prvkov.
• Má relatívne tvárnej (s pomocou je možné získať tenké priadze podľa výkresu - drôt) a ťažnosti (ktorý možno pripraviť ploché plechu hrúbky 0,12-0,50 mm - cín, ktorý je zvyčajne cín potiahnuté, aby sa zabránilo oxidácii).
• Pred použitím tepelného nárazu sa zliatina podrobí mechanickému spracovaniu.
• Niektoré kompozity majú tvarovú pamäť a deformujú sa v množstve, ktoré prekračuje medzu kondenzácie.
• Tvrdosť ocele sa mení medzi tvrdosťou železa a tvrdosťou konštrukcií, ktoré sa získavajú pomocou tepelných a chemických procesov. Najznámejšie z nich je vytvrdzovanie, ktoré sa aplikuje na materiály s vysokým obsahom uhlíka. Vysoká povrchová tvrdosť ocele umožňuje použitie ako rezný nástroj. Na získanie tejto charakteristiky, ktorá pretrváva pri vysokých teplotách, sa do ocele pridá chróm, volfrám, molybdén a vanád. Zmerajte tvrdosť kovu v Brinell, Vickers a Rockwell.
• Má dobré odlievacie vlastnosti.
• Schopnosť korózie je jedným z hlavných nevýhod ocele, pretože zvyšuje objem a spôsobuje praskliny na povrchu, čo ešte viac zrýchľuje proces ničenia. Tradične bol kov chránený pred koróziou rôznymi povrchovými úpravami. Navyše niektoré formulácie sa stali odolnými voči oxidácii, napríklad nehrdzavejúce materiály.
• Má vysokú elektrickú vodivosť, ktorá sa veľmi nelíši v závislosti od zloženia zliatiny. V nadzemných vedení sú najčastejšie používané hliníkové vodiče, ktoré sú pokryté oceľovým plášťom. Ten poskytuje potrebnú mechanickú pevnosť drôtov a tiež prispieva k ich lacnejšej výrobe.
• Používa sa na výrobu umelých permanentných magnetov, pretože magnetizovaná oceľ nestráca svoju magnetickú schopnosť na určitú teplotu. Súčasne má oceľová štruktúra feritu magnetické vlastnosti, zatiaľ čo štruktúra austenitu nie je magnetická. Magnety založené na oceli na stabilizáciu štruktúry feritu obsahujú spravidla asi 10% niklu a chrómu.
• So zvyšujúcou sa teplotou produkt tohto materiálu zvyšuje jeho dĺžku. Preto ak existujú určité stupne slobody v konkrétnom konštrukte, tepelná expanzia nie je problém, ale ak takéto stupne slobody neexistujú, rozšírenie ocele povedie k ďalším stresom, ktoré je potrebné vziať do úvahy. Koeficient tepelnej rozťažnosti je blízky koeficientu betónu. Táto skutočnosť umožňuje ich spoločné použitie v konštrukciách rôznych typov, takýto materiál sa nazýva železobetón.
• Je to nehorľavý materiál, avšak jeho základné mechanické vlastnosti sa rýchlo zhoršujú pod vplyvom otvoreného ohňa.