Çeliku: përkufizimi, klasifikimi, përbërja kimike dhe aplikimi

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Sa shpesh dëgjojmë fjalën "çelik". Dhe është e theksuar jo vetëm nga profesionistë në fushën e prodhimit metalurgjik, por edhe nga banorët e qytetit. Asnjë strukturë e fortë nuk është e plotë pa çelik. Në fakt, kur flasim për diçka metalike, nënkuptojmë një produkt prej çeliku. Le të zbulojmë se nga çfarë përbëhet dhe si klasifikohet.

Përkufizim

Çeliku është ndoshta aliazhi më i njohur, i cili bazohet në hekur dhe karbon. Për më tepër, pesha e kësaj të fundit varion nga 0.1 në 2.14%, ndërsa e para nuk mund të jetë më e ulët se 45%. Lehtësia e prodhimit dhe disponueshmëria e lëndëve të para janë të një rëndësie vendimtare në shpërndarjen e këtij metali në të gjitha fushat e veprimtarisë njerëzore.

Karakteristikat kryesore të materialit ndryshojnë në varësi të përbërjes së tij kimike. Përkufizimi i çelikut si një aliazh i përbërë nga dy përbërës, hekuri dhe karboni, nuk mund të quhet i plotë. Mund të përfshijë, për shembull, krom për rezistencë ndaj nxehtësisë dhe nikel për rezistencë ndaj korrozionit.

Përbërësit e kërkuarmaterialet ofrojnë përfitime shtesë. Pra, hekuri e bën aliazhin të lakueshëm dhe lehtësisht të deformueshëm në kushte të caktuara, dhe karboni bën forcë dhe fortësi njëkohësisht me brishtësinë. Kjo është arsyeja pse pjesa e tij është kaq e vogël në masën totale të çelikut. Përcaktimi i metodës së prodhimit të aliazhit çoi në përmbajtjen e manganit në të në masën 1% dhe silikonit - 0.4%. Ka një sërë papastërtish që shfaqen gjatë shkrirjes së metalit dhe të cilat përpiqen t'i heqin qafe. Së bashku me fosforin dhe squfurin, oksigjeni dhe azoti gjithashtu degradojnë vetitë e materialit, duke e bërë atë më pak të qëndrueshëm dhe duke ndryshuar duktilitetin.

Klasifikimi

Përkufizimi i çelikut si një metal me një grup të caktuar karakteristikash, natyrisht, është pa dyshim. Megjithatë, është pikërisht përbërja e tij që bën të mundur klasifikimin e materialit në disa drejtime. Kështu, për shembull, metalet dallohen nga karakteristikat e mëposhtme:

• në kimike;
• strukturor;
• sipas cilësisë;
• siç është menduar;
• sipas shkallës së deoksidimit;
• nga fortësia;
• në saldueshmërinë e çelikut.

Përkufizimi, shënjimi i çelikut dhe të gjitha karakteristikat e tij do të përshkruhen më poshtë.

Shënim

Fatkeqësisht, nuk ka një emërtim global të çelikut, i cili e ndërlikon shumë tregtinë midis vendeve. Në Rusi, përcaktohet një sistem alfanumerik. Shkronjat tregojnë emrin e elementeve dhe metodën e deoksidimit, dhe numrat tregojnë numrin e tyre.

Përbërja kimike

Ka dy mënyrandarja e çelikut sipas përbërjes kimike. Përkufizimi i dhënë nga tekstet moderne bën të mundur dallimin midis karbonit dhe materialit të aliazhuar.

Atributi i parë e përcakton çelikun si me karbon të ulët, me karbon mesatar dhe me karbon të lartë, dhe i dyti - me aliazh të ulët, me aliazh mesatar dhe me aliazh të lartë. Quhet një metal me karbon të ulët, i cili, sipas GOST 3080-2005, mund të përfshijë, përveç hekurit, përbërësit e mëposhtëm:

• Karboni - deri në 0,2%. Promovon forcimin termik, për shkak të të cilit forca në tërheqje dhe fortësia janë dyfishuar.
• Mangani në një sasi deri në 0.8% hyn në mënyrë aktive në një lidhje kimike me oksigjenin dhe parandalon formimin e oksidit të hekurit. Metali është më i aftë të përballojë ngarkesat dinamike dhe është më i përshtatshëm ndaj forcimit termik.
• Silicon – deri në 0,35%. Përmirëson vetitë mekanike si qëndrueshmëria, forca, saldueshmëria.

Sipas GOST, përkufizimi i çelikut si çelik me karbon të ulët i jepet një metali që përmban, përveç të dobishmeve, një numër papastërtish të dëmshme në sasinë e mëposhtme. Kjo është:

• Fosfori - deri në 0.08% është përgjegjës për shfaqjen e brishtësisë së ftohtë, dëmton qëndrueshmërinë dhe forcën. Redukton qëndrueshmërinë e metalit.
• Squfur - deri në 0,06%. Ndërlikon përpunimin e metalit me presion, rrit brishtësinë e temperamentit.
• Azot. Zvogëlon vetitë teknologjike dhe të forcës së aliazhit.
• Oksigjen. Redukton forcën dhe ndërhyn me veglat prerëse.

Duhet theksuar se i ulët oseÇeliqet me karbon të ulët janë veçanërisht të butë dhe duktil. Ato deformohen mirë si të nxehtit ashtu edhe të ftohtit.

Përkufizimi i çelikut me karbon mesatar, si dhe përbërja e tij, natyrisht, është i ndryshëm nga materiali i përshkruar më sipër. Dhe ndryshimi më i madh është sasia e karbonit, e cila varion nga 0.2 në 0.45%. Një metal i tillë ka rezistencë dhe duktilitet të ulët së bashku me veti të shkëlqyera të forcës. Çeliku me karbon mesatar përdoret zakonisht për pjesët që përdoren nën ngarkesa normale të energjisë.

Nëse përmbajtja e karbonit është mbi 0.5%, atëherë çeliku i tillë quhet çelik me karbon të lartë. Ka fortësi të rritur, viskozitet të reduktuar, duktilitet dhe përdoret për stampimin e veglave dhe pjesëve nga deformimi i nxehtë dhe i ftohtë.

Përveç identifikimit të karbonit të pranishëm në çelik, përcaktimi i karakteristikave të materialit është i mundur përmes pranisë së papastërtive shtesë në të. Nëse, përveç elementëve të zakonshëm, kromi, nikeli, bakri, vanadiumi, titani, azoti në një gjendje të lidhur kimikisht futen qëllimisht në metal, atëherë ai quhet i dopuar. Aditivë të tillë zvogëlojnë rrezikun e thyerjes së brishtë, rrisin rezistencën ndaj korrozionit dhe forcën. Numri i tyre tregon shkallën e lidhjes së çelikut:

• me lidhje të ulët - ka deri në 2,5% aditivë aliazh;
• aliazh mesatar - nga 2,5 në 10%;
• shumë aliazh - deri në 50%.

Çfarë do të thotë kjo? Për shembull, rritja e çdo prone filloi të sigurohet si më poshtë:

1. Po shtohet krom. pozitivendikon në karakteristikat mekanike tashmë në masën 2% të totalit.
2. Futja e nikelit nga 1 në 5% rrit kufirin e temperaturës së viskozitetit. Dhe zvogëlon brishtësinë e ftohtë.
3. Mangani funksionon në të njëjtën mënyrë si nikeli, megjithëse shumë më lirë. Megjithatë, ndihmon në rritjen e ndjeshmërisë së metalit ndaj mbinxehjes.
4. Tungsteni është një aditiv karabit-formues që siguron fortësi të lartë. Sepse parandalon rritjen e kokrrave kur nxehet.
5. Molibden është një aditiv i shtrenjtë. Që rrit rezistencën ndaj nxehtësisë së çeliqeve me shpejtësi të lartë.
6. Silikon. Rrit rezistencën ndaj acidit, elasticitetin, rezistencën ndaj shkallës.
7. Titanium. Mund të nxisë strukturën e kokrrave të imta kur kombinohet me krom dhe mangan.
8. Bakër. Rrit vetitë kundër korrozionit.
9. Alumini. Rrit rezistencën ndaj nxehtësisë, shkallëzimin, qëndrueshmërinë.

Struktura

Përcaktimi i përbërjes së çelikut do të ishte i paplotë pa studiuar strukturën e tij. Megjithatë, kjo shenjë nuk është konstante dhe mund të varet nga një sërë faktorësh, si: mënyra e trajtimit të nxehtësisë, shpejtësia e ftohjes, shkalla e lidhjes. Sipas rregullave, struktura e çelikut duhet të përcaktohet pas pjekjes ose normalizimit. Pas pjekjes, metali ndahet në:

• strukturë pro-eutektoide - me ferrit të tepërt;
• eutectoid, i cili përbëhet nga perliti;
• hipereutektoid - me karbide dytësore;
• ledeburite - me karbide parësore;
• austenitik - me një rrjetë kristali në qendër të fytyrës;
• ferrit - me një rrjetë kub në qendër të trupit.

Përcaktimi i klasës së çelikut është i mundur pas normalizimit. Kuptohet si një lloj trajtimi termik, i cili përfshin ngrohjen, mbajtjen dhe ftohjen pasuese. Këtu dallohen grada perliti, austeniti dhe ferriti.

Cilësi

Përcaktimi i llojeve është bërë i mundur për sa i përket cilësisë në katër mënyra. Kjo është:

1. Cilësi e zakonshme - këto janë çeliqe me përmbajtje karboni deri në 0,6%, të cilët shkrihen në furra me vatër të hapur ose në konvertues që përdorin oksigjen. Ato konsiderohen më të lirat dhe janë inferiorë në karakteristika ndaj metaleve të grupeve të tjera. Një shembull i çeliqeve të tillë janë St0, St3sp, St5kp.
2. Cilësi. Përfaqësues të shquar të këtij lloji janë çeliqet St08kp, St10ps, St20. Ato shkrihen duke përdorur të njëjtat furra, por me kërkesa më të larta për ngarkimin dhe proceset e prodhimit.
3. Çeliqet me cilësi të lartë shkrihen në furrat elektrike, gjë që garanton një rritje të pastërtisë së materialit për përfshirjet jometalike, domethënë një përmirësim të vetive mekanike. Këto materiale përfshijnë St20A, St15X2MA.
4. Veçanërisht me cilësi të lartë - janë bërë sipas metodës së metalurgjisë speciale. Ato i nënshtrohen rishkrirjes së elektroskorjes, e cila siguron pastrim nga sulfidet dhe oksidet. Çeliqet e këtij lloji përfshijnë St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Çeliqe strukturore

Kjo është ndoshta shenja më e thjeshtë dhe më e kuptueshme për laikin. Ka çeliqe strukturore, veglash dhe me qëllime të veçanta. Struktura zakonisht ndahet në:

1. Çeliqet e ndërtimit janë çeliqe karboni të cilësisë së zakonshme dhe përfaqësues të serisë me aliazh të ulët. Ato u nënshtrohen disa kërkesave, kryesore prej të cilave është saldimi në një nivel mjaft të lartë. Një shembull është StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Materialet e çimentuar përdoren për të prodhuar produkte që funksionojnë në kushte konsumimi sipërfaqësore dhe njëkohësisht përjetojnë ngarkesa dinamike. Këto përfshijnë çeliqet me karbon të ulët St15, St20, St25 dhe disa të aliazhuar: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, St20KhGT, St20KhGT.
3. Për stampimin e ftohtë, përdoren gjethe të mbështjellë nga mostra me cilësi të lartë me karbon të ulët. Të tilla si St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Çeliqe të trajtueshëm që përmirësohen nëpërmjet procesit të shuarjes dhe kalitjes së lartë. Bëhet fjalë për çeliqe me karbon mesatar (St35, St40, St45, St50), krom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), si dhe krom-silikon-mangan, krom-nikel-molibden dhe krom-.-.
5. Burrat e pranverës kanë veti elastike dhe i ruajnë për një kohë të gjatë, pasi kanë një shkallë të lartë rezistence ndaj lodhjes dhe shkatërrimit. Këta janë përfaqësues të karbonit të St65, St70 dhe çeliqeve të lidhur (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Mostrat me rezistencë të lartë janë ato që kanë dyfishin e forcës së çeliqeve të tjerë strukturorë, të arritur nga trajtimi termik dhe përbërja kimike. Në pjesën më të madhe, këta janë çeliqe të lidhur me karbon mesatar, për shembull, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Kushtetëçeliqet karakterizohen nga qëndrueshmëri e veçantë, një shkallë e lartë e rezistencës ndaj konsumit dhe forcës. Atyre u kërkohet të plotësojnë kërkesat për mungesën e llojeve të ndryshme të përfshirjeve. Këto mostra përfshijnë çeliqe me karbon të lartë me përmbajtje kromi në përbërje (StSHKh9, StSHKh15).
8. Përkufizimet automatike të çelikut janë si më poshtë. Këto janë mostra për përdorim në prodhimin e produkteve jo kritike si bulonat, dadot, vida. Pjesë të tilla rezervë zakonisht përpunohen. Prandaj, detyra kryesore është rritja e përpunimit të pjesëve, e cila arrihet duke futur telurium, selen, squfur dhe plumb në material. Aditivë të tillë kontribuojnë në formimin e patate të skuqura të brishta dhe të shkurtra gjatë përpunimit dhe zvogëlojnë fërkimin. Përfaqësuesit kryesorë të çeliqeve automatike janë caktuar si më poshtë: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Çeliqet rezistente ndaj korrozionit janë çeliqe të lidhur me një përmbajtje kromi prej rreth 12%, pasi formon një shtresë oksidi në sipërfaqe që parandalon korrozionin. Përfaqësues të këtyre lidhjeve janë St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Mostrat rezistente ndaj konsumit përdoren në produktet që funksionojnë nën fërkim gërryes, goditje dhe presion të fortë. Një shembull janë pjesët e shinave hekurudhore, dërrmuesit dhe makinat vemje, të tilla si St110G13L.
11. Çeliqet rezistente ndaj nxehtësisë mund të funksionojnë në nxehtësi të lartë. Ato përdoren në prodhimin e tubave, pjesëve rezervë të turbinave me gaz dhe avull. Këto janë kryesisht mostra me aliazh të lartë me karbon të ulët, të cilat përmbajnë domosdoshmërisht nikel, i cili mund të përmbajë aditivë në formëmolibden, nobium, titan, tungsten, bor. Një shembull do të ishte St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Rezistent ndaj nxehtësisë janë veçanërisht rezistente ndaj dëmtimeve kimike në ajër, gaz dhe furra, mjedise oksiduese dhe karburizuese, por shfaqin zvarritje nën ngarkesa të rënda. Përfaqësues të këtij lloji janë St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Çeliqe veglash

Në këtë grup, lidhjet ndahen në vegla, për mjete prerëse dhe matëse. Ekzistojnë dy lloje të çeliqeve.

• Materiali për formim të ftohtë duhet të ketë një shkallë të lartë fortësie, forcë, rezistencë ndaj konsumit, rezistencë ndaj nxehtësisë. Por të ketë viskozitet të mjaftueshëm (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Materiali formues i nxehtë ka forcë dhe qëndrueshmëri të mirë. Së bashku me rezistencën ndaj konsumit dhe rezistencën e shkallës (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Çeliqet e veglave matëse, përveç rezistencës ndaj konsumit dhe fortësisë, duhet të jenë të qëndrueshme në dimensione dhe të lehtë për t'u bluar. Kalibrat, kapëset, shabllonet, vizoret, peshoret, pllakat janë bërë nga këto lidhje. Një shembull do të ishin lidhjet StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Përcaktimi i grupeve të çelikut për veglat prerëse është mjaft i lehtë. Lidhjet e tilla duhet të kenë aftësi prerëse dhe fortësi të lartë për një kohë të gjatë, edhe kur i nënshtrohen nxehtësisë. Këto përfshijnë vegël karboni dhe aliazh, si dheçeliqet me shpejtësi të lartë. Këtu mund të emërtoni përfaqësuesit e mëposhtëm të shquar: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoksidimi i lidhjes

Përcaktimi i çelikut sipas shkallës së deoksidimit nënkupton tre llojet e tij: të qetë, gjysmë të qetë dhe të vluar. Vetë koncepti i referohet heqjes së oksigjenit nga aliazhi i lëngshëm.

Çeliku i qetë pothuajse nuk lëshon gazra gjatë ngurtësimit. Kjo është për shkak të heqjes së plotë të oksigjenit dhe formimit të një zgavër tkurrjeje në majë të shufrës, e cila më pas pritet.

Në çelikun gjysmë të qetë, gazrat lëshohen pjesërisht, domethënë më shumë se në çelikun e qetë, por më pak se në ato të vluara. Këtu nuk ka asnjë guaskë, si në rastin e mëparshëm, por flluska formohen në krye.

Lidhjet e zierjes lëshojnë një sasi të madhe gazi kur ngurtësohen dhe në prerje tërthore mjafton të vërehet thjesht ndryshimi në përbërjen kimike midis shtresave të sipërme dhe të poshtme.

Ngurtësi

Ky koncept i referohet aftësisë së një materiali për t'i rezistuar një depërtimi më të fortë në të. Përcaktimi i fortësisë u bë i mundur duke përdorur tre metoda: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Sipas metodës Brinell, një top çeliku i ngurtësuar shtypet në sipërfaqen e tokës së kampionit. Duke studiuar diametrin e printimit, përcaktoni fortësinë.

Metodë për përcaktimin e fortësisë së çelikut sipas Rockwell. Ai bazohet në llogaritjen e thellësisë së depërtimit të një maje koni diamanti 120 gradë.

Sipas Vickers në mostrën e provësshtypet një piramidë tetraedrale diamanti. Me një kënd prej 136 gradë në faqet e kundërta.

A është e mundur të përcaktohet klasa e çelikut pa analiza kimike? Specialistët në fushën e metalurgjisë janë në gjendje të njohin shkallën e çelikut nga një shkëndijë. Përcaktimi i përbërësve të metalit është i mundur gjatë përpunimit të tij. Kështu për shembull:

• Çeliku CVG ka shkëndija ngjyrë të kuqe të errët me pika dhe tufa të verdhë-kuqe. Në skajet e fijeve të degëzuara shfaqen yje të kuq të ndezur me kokrra të verdha në mes.
• Çeliku P18 identifikohet gjithashtu nga shkëndija të errëta ngjyrë të kuqe të errët me tufa të verdha dhe të kuqe në fillim, megjithatë, fijet janë të drejta dhe nuk kanë pirun. Në skajet e tufave ka shkëndija me një ose dy kokrra të verdha të lehta.
• Klasat e çelikut ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 kanë shkëndija të verdha me yje të lehta. Dhe kokrra të kuqe në degë.
• Çeliku U12F dallohet nga shkëndijat e verdha të lehta me yje të dendur dhe të mëdhenj. Me disa tufa të kuqe dhe të verdha.
• Çeliku 15 dhe 20 kanë shkëndija të verdha të lehta, shumë pirunë dhe yje. Por pak tufa.

Përcaktimi i çelikut nga një shkëndijë është një metodë mjaft e saktë për specialistët. Megjithatë, njerëzit e zakonshëm nuk mund ta karakterizojnë metalin duke ekzaminuar vetëm ngjyrën e shkëndijës.

saldueshmëri

Vetia e metaleve për të formuar një bashkim nën një ndikim të caktuar quhet saldueshmëria e çeliqeve. Përcaktimi i këtij treguesi është i mundur pasi të zbulohet përmbajtja e hekurit dhe karbonit.

Besohet se ato janë të lidhura mirë me saldimçeliqet me karbon të ulët. Kur përmbajtja e karbonit kalon 0.45%, saldueshmëria përkeqësohet dhe bëhet më e keqe kur përmbajtja e karbonit është e lartë. Kjo ndodh edhe sepse rritet johomogjeniteti i materialit dhe në kufijtë e kokrrizave bien në sy përfshirjet sulfide, të cilat çojnë në formimin e çarjeve dhe një rritje të stresit të brendshëm.

Përbërësit aliazh veprojnë gjithashtu, duke përkeqësuar lidhjen. Më të pafavorshmit për saldim janë elementët kimikë si kromi, molibdeni, mangani, silikoni, vanadiumi, fosfori.

Megjithatë, pajtueshmëria me teknologjinë kur punoni me çeliqe me aliazh të ulët siguron një përqindje të mirë të saldueshmërisë pa përdorimin e masave të veçanta. Përcaktimi i saldueshmërisë është i mundur pas vlerësimit të një numri cilësish të rëndësishme të materialit, duke përfshirë:

• Shpejtësia e ftohjes.
• Përbërja kimike.
• Pamje e kristalizimit primar dhe ndryshimeve strukturore gjatë saldimit.
• Aftësia e metalit për të formuar çarje.
• Tendenca e materialit për të formuar forcim.