Çelik: tanım, sınıflandırma, kimyasal bileşim ve uygulama

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

"Çelik" kelimesini ne sıklıkla duyuyoruz. Ve sadece metalurjik üretim alanındaki profesyoneller tarafından değil, aynı zamanda kasaba halkı tarafından da telaffuz edilmektedir. Çelik olmadan hiçbir güçlü yapı tamamlanmaz. Aslında metal bir şeyden bahsettiğimizde çelikten yapılmış bir ürünü kastediyoruz. Nelerden oluştuğunu ve nasıl sınıflandırıldığını öğrenelim.

Tanım

Çelik, demir ve karbona dayalı belki de en popüler alaşımdır. Ayrıca ikincisinin payı %0,1 ile %2,14 arasında değişirken birincinin payı %45'ten az olamaz. Bu metalin insan faaliyetinin tüm alanlarına dağıtılmasında üretim kolaylığı ve hammadde bulunabilirliği belirleyici öneme sahiptir.

Malzemenin temel özellikleri, kimyasal bileşimine bağlı olarak değişir. Çeliğin, demir ve karbon olmak üzere iki bileşenden oluşan bir alaşım olarak tanımı tam olarak adlandırılamaz. Örneğin, ısı direnci için krom ve korozyon direnci için nikel içerebilir.

Gerekli bileşenlermalzemeler ek faydalar sağlar. Böylece demir, alaşımı belirli koşullar altında dövülebilir ve kolayca deforme olabilir, karbon ise kırılganlıkla aynı anda mukavemet ve sertliği sağlar. Bu nedenle toplam çelik kütlesi içindeki payı çok küçüktür. Alaşımın üretim yönteminin belirlenmesi, içindeki manganez içeriğinin% 1 ve silikon -% 0.4 oranında olmasına neden oldu. Metalin erimesi sırasında ortaya çıkan ve kurtulmaya çalıştıkları bir takım safsızlıklar vardır. Fosfor ve kükürtün yanı sıra oksijen ve nitrojen de malzemenin özelliklerini bozarak malzemenin dayanıklılığını az altır ve sünekliği değiştirir.

Sınıflandırma

Çeliğin belirli bir dizi özelliğe sahip bir metal olarak tanımı şüphesizdir. Bununla birlikte, malzemeyi çeşitli yönlerde sınıflandırmayı mümkün kılan tam olarak bileşimidir. Bu nedenle, örneğin metaller aşağıdaki özelliklerle ayırt edilir:

kimyasal;
yapısal;
kaliteye göre;
amaçlandığı gibi;
deoksidasyon derecesine göre;
sertliğe göre;
çeliğin kaynaklanabilirliği üzerine.

Çelik tanımı, işaretlemesi ve tüm özellikleri aşağıda açıklanacaktır.

İşaretleme

Ne yazık ki, ülkeler arasındaki ticareti büyük ölçüde karmaşıklaştıran küresel bir çelik tanımı yok. Rusya'da bir alfanümerik sistem tanımlanmıştır. Harfler elementlerin adını ve deoksidasyon yöntemini, sayılar ise onların sayısını belirtir.

Kimyasal bileşim

İki yol vardırçeliğin kimyasal bileşime göre bölünmesi. Modern ders kitaplarının verdiği tanım, karbon ve alaşımlı malzeme arasında ayrım yapmayı mümkün kılar.

İlk özellik çeliği düşük karbonlu, orta karbonlu ve yüksek karbonlu, ikinci özellik ise düşük alaşımlı, orta alaşımlı ve yüksek alaşımlı olarak tanımlar. GOST 3080-2005'e göre, demire ek olarak aşağıdaki bileşenleri içerebilen düşük karbonlu bir metal denir:

Karbon - %0,2'ye kadar. Gerilme mukavemetini ve sertliği iki katına çıkardığı için termal güçlendirmeyi destekler.
%0,8'e kadar olan miktardaki Mangan, aktif olarak oksijen ile kimyasal bir bağa girer ve demir oksit oluşumunu engeller. Metal, dinamik yüklere daha iyi dayanabilir ve termal sertleşmeye daha uygundur.
Silikon – %0,35'e kadar. Tokluk, mukavemet, kaynaklanabilirlik gibi mekanik özellikleri iyileştirir.

GOST'a göre, çeliğin düşük karbonlu çelik olarak tanımı, yararlı olmasının yanı sıra aşağıdaki miktarlarda bir dizi zararlı yabancı madde içeren bir metale verilir. Bu:

Fosfor - %0,08'e kadar soğuk kırılganlığın ortaya çıkmasından sorumludur, dayanıklılığı ve gücü bozar. Metalin tokluğunu az altır.
Kükürt - %0,06'ya kadar. Metalin basınçla işlenmesini zorlaştırır, temper kırılganlığını arttırır.
Azot. Alaşımın teknolojik ve mukavemet özelliklerini az altır.
Oksijen. Gücü az altır ve kesici aletleri engeller.

Düşük veyadüşük karbonlu çelikler özellikle yumuşak ve sünektir. Hem sıcak hem de soğukta iyi deforme olurlar.

Orta karbonlu çeliğin tanımı ve bileşimi elbette yukarıda açıklanan malzemeden farklıdır. Ve en büyük fark, %0.2 ile %0.45 arasında değişen karbon miktarıdır. Böyle bir metal, mükemmel mukavemet özellikleri ile birlikte düşük tokluğa ve sünekliğe sahiptir. Normal güç yükleri altında kullanılan parçalar için yaygın olarak orta karbonlu çelik kullanılır.

Karbon içeriği %0,5'in üzerindeyse, bu tür çeliğe yüksek karbonlu çelik denir. Sertliği arttırılmış, viskozitesi, sünekliği az altılmıştır ve alet ve parçaların sıcak ve soğuk deformasyonla damgalanması için kullanılır.

Çelikte bulunan karbonu tanımlamaya ek olarak, içindeki ek safsızlıkların varlığıyla malzemenin özelliklerinin belirlenmesi mümkündür. Sıradan elementlere ek olarak, kimyasal olarak bağlı bir durumda krom, nikel, bakır, vanadyum, titanyum, nitrojen bilerek metale verilirse, buna katkılı denir. Bu tür katkı maddeleri kırılgan kırılma riskini az altır, korozyon direncini ve mukavemeti arttırır. Sayıları çeliğin alaşımlanma derecesini gösterir:

düşük alaşımlı - %2,5'e kadar alaşım katkı maddesi içerir;
orta alaşımlı - %2,5'ten %10'a;
yüksek alaşımlı - %50'ye kadar.

Bu ne anlama geliyor? Örneğin herhangi bir mülkün artışı şu şekilde sağlanmaya başlandı:

Krom ekleme. pozitifzaten toplamın %2'si kadar mekanik özellikleri etkiler.
Nikelin %1'den %5'e eklenmesi, viskozitenin sıcaklık marjını artırır. Ve soğuk kırılganlığı az altır.
Manganez, nikel ile aynı şekilde çalışır, ancak çok daha ucuzdur. Ancak metalin aşırı ısınmaya karşı hassasiyetini artırmaya yardımcı olur.
Tungsten, yüksek sertlik sağlayan karbür oluşturan bir katkı maddesidir. Çünkü ısıtıldığında tane büyümesini engeller.
Molibden pahalı bir katkı maddesidir. Bu da yüksek hız çeliklerinin ısı direncini artırır.
Silikon. Asit direncini, esnekliği, kireç direncini artırır.
Titanyum. Krom ve manganez ile birleştirildiğinde ince tane yapısını destekleyebilir.
Bakır. Korozyon önleyici özellikleri artırır.
Alüminyum. Isı direncini, ölçeklemeyi, tokluğu artırır.

Yapı

Çeliğin bileşimini belirlemek, yapısını incelemeden eksik kalır. Bununla birlikte, bu işaret sabit değildir ve ısıl işlem modu, soğutma hızı, alaşım derecesi gibi bir dizi faktöre bağlı olabilir. Kurallara göre çelik yapı tavlama veya normalizasyondan sonra belirlenmelidir. Tavlamadan sonra metal şu parçalara ayrılır:

ötektoid yanlısı yapı - aşırı ferrit ile;
perlitten oluşan ötektoid;
hiperötektoid - ikincil karbürlerle;
ledeburite - birincil karbürlerle;
ostenitik - yüz merkezli kristal kafesli;
ferritik - kübik gövde merkezli kafes ile.

Çelik sınıfını belirlemek normalizasyondan sonra mümkündür. Isıtma, bekletme ve ardından soğutmayı içeren bir tür ısıl işlem olarak anlaşılmaktadır. Burada perlit, östenitik ve ferritik kaliteler ayırt edilir.

Kalite

Türlerin belirlenmesi kalite açısından dört şekilde mümkün hale geldi. Bu:

Sıradan kalite - bunlar, açık ocak fırınlarında veya oksijen kullanan dönüştürücülerde eritilen, %0,6'ya kadar karbon içeriğine sahip çeliklerdir. En ucuz olarak kabul edilirler ve diğer grupların metallerinden daha düşüktürler. Bu tür çeliklere örnek olarak St0, St3sp, St5kp verilebilir.
Kalite. Bu türün önde gelen temsilcileri St08kp, St10ps, St20 çelikleridir. Aynı fırınlar kullanılarak eritilirler, ancak şarj ve üretim süreçleri için daha yüksek gereksinimler vardır.
Yüksek kaliteli çelikler elektrikli fırınlarda eritilir, bu da metalik olmayan kalıntılar için malzemenin saflığında bir artış, yani mekanik özelliklerde bir gelişme garanti eder. Bu malzemeler arasında St20A, St15X2MA bulunur.
Özellikle yüksek kaliteli - özel metalurji yöntemine göre yapılır. Sülfürlerden ve oksitlerden arındırma sağlayan elektro cüruf yeniden eritme işlemine tabi tutulurlar. Bu tip çelikler arasında St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh bulunur.

Yapısal çelikler

Bu, meslekten olmayanlar için belki de en basit ve anlaşılır işarettir. Yapısal, takım ve özel amaçlı çelikler vardır. Yapısal genellikle ayrılır:

İnşaat çelikleri, sıradan kalitedeki karbon çelikleridir ve düşük alaşımlı serinin temsilcileridir. Bunların başlıcaları yeterince yüksek seviyede kaynaklanabilirlik olan çeşitli gereksinimlere tabidir. Bir örnek StS255, StS345T, StS390K, StS440D'dir.
Çimentolu malzemeler, yüzey aşınması koşulları altında çalışan ve aynı anda dinamik yüklere maruz kalan ürünler yapmak için kullanılır. Bunlara düşük karbonlu çelikler St15, St20, St25 ve bazı alaşımlı çelikler dahildir: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
Soğuk damgalama için, yüksek kaliteli düşük karbonlu numunelerden haddelenmiş yapraklar kullanılır. St08Yu, St08ps, St08kp gibi.
Söndürme ve yüksek tavlama işlemiyle iyileştirilmiş işlenebilir çelikler. Bunlar orta karbonlu (St35, St40, St45, St50), krom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) çeliklerinin yanı sıra krom-silikon-manganez, krom-nikel-molibden ve krom-nikeldir.
Yay yayları elastik özelliklere sahiptir ve yorulma ve tahribata karşı yüksek derecede dirence sahip oldukları için bunları uzun süre korurlar. Bunlar St65, St70 ve alaşımlı çeliklerin (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR) karbon temsilcileridir.
Yüksek mukavemetli numuneler, ısıl işlem ve kimyasal bileşim ile elde edilen, diğer yapısal çeliklerin iki katı mukavemete sahip olan numunelerdir. Dökme olarak bunlar alaşımlı orta karbonlu çeliklerdir, örneğin St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
Rulmançelikler özel dayanıklılık, yüksek derecede aşınma direnci ve mukavemet ile karakterize edilir. Çeşitli türde kapanımların olmaması için gereksinimleri karşılamaları gerekir. Bu numuneler, bileşimde krom içeriğine sahip yüksek karbonlu çelikleri içerir (StSHKh9, StSHKh15).
Otomatik çelik tanımları aşağıdaki gibidir. Cıvata, somun, vida gibi kritik olmayan ürünlerin imalatında kullanım için numunelerdir. Bu tür yedek parçalar genellikle işlenir. Bu nedenle asıl görev, malzemeye tellür, selenyum, kükürt ve kurşun ekleyerek elde edilen parçaların işlenebilirliğini arttırmaktır. Bu tür katkı maddeleri, işleme sırasında kırılgan ve kısa talaş oluşumuna katkıda bulunur ve sürtünmeyi az altır. Otomatik çeliklerin ana temsilcileri şu şekilde belirlenmiştir: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
Korozyona dayanıklı çelikler, yüzeyde korozyonu önleyen bir oksit filmi oluşturduğu için yaklaşık %12 krom içeriğine sahip alaşımlı çeliklerdir. Bu alaşımların temsilcileri St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
Aşındırıcı sürtünme, şok ve güçlü basınç altında çalışan ürünlerde aşınmaya dayanıklı numuneler kullanılmaktadır. Bir örnek, St110G13L gibi demiryolu raylarının, kırıcıların ve paletli makinelerin parçalarıdır.
Isıya dayanıklı çelikler yüksek ısıda çalışabilir. Boru, gaz ve buhar türbini yedek parçaları imalatında kullanılırlar. Bunlar esas olarak, formda katkı maddeleri içerebilen, mutlaka nikel içeren yüksek alaşımlı düşük karbonlu numunelerdir.molibden, nobium, titanyum, tungsten, bor. Örnek olarak St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU olabilir.
Isıya dayanıklı, hava, gaz ve fırın, oksitleyici ve karbonlama ortamlarında kimyasal hasara karşı özellikle dayanıklıdır, ancak ağır yükler altında sürünme gösterir. Bu türün temsilcileri St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2'dir.

Takım çelikleri

Bu grupta alaşımlar kesme ve ölçme aletleri için kalıba ayrılır. İki tür kalıp çeliği vardır.

Soğuk şekillendirme için malzeme yüksek derecede sertliğe, dayanıklılığa, aşınma direncine ve ısı direncine sahip olmalıdır. Ancak yeterli viskoziteye sahip olun (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
Sıcak şekillendirme malzemesi iyi bir mukavemete ve tokluğa sahiptir. Aşınma direnci ve kireç direnci ile birlikte (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Ölçme takım çelikleri, aşınma direnci ve sertliğine ek olarak, boyutsal olarak kararlı ve öğütülmesi kolay olmalıdır. Kalibreler, zımbalar, şablonlar, cetveller, teraziler, fayanslar bu alaşımlardan yapılır. Bir örnek, StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1 alaşımları olabilir.

Kesici takımlar için çelik grupları belirlemek oldukça kolaydır. Bu tür alaşımlar, ısıya maruz kaldıklarında bile uzun süre kesme kabiliyetine ve yüksek sertliğe sahip olmalıdır. Bunlar arasında karbon ve alaşım aletinin yanı sırayüksek hız çelikleri. Burada şu önde gelen temsilcileri adlandırabilirsiniz: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Alaşımın deoksidasyonu

Deoksidasyon derecesine göre çeliğin belirlenmesi, üç tipini ifade eder: sakin, yarı sakin ve kaynar. Kavramın kendisi, sıvı alaşımdan oksijenin uzaklaştırılması anlamına gelir.

Sessiz çelik, katılaşma sırasında neredeyse gaz yaymaz. Bunun nedeni, oksijenin tamamen ortadan kaldırılması ve külçenin üzerinde daha sonra kesilecek bir büzülme boşluğunun oluşmasıdır.

Yarı sakin çelikte, gazlar kısmen salınır, yani sakin çelikten daha fazla, ancak kaynayanlardan daha az. Önceki durumda olduğu gibi burada kabuk yok, ancak üstte kabarcıklar oluşuyor.

Kaynayan alaşımlar katılaştıklarında büyük miktarda gaz açığa çıkarırlar ve enine kesitte üst ve alt katmanlar arasındaki kimyasal bileşimdeki farkı fark etmek yeterlidir.

Sertlik

Bu kavram, bir malzemenin içine daha sert bir şekilde nüfuz etme kabiliyetini ifade eder. Sertlik tayini üç yöntem kullanılarak mümkün hale geldi: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Brinell yöntemine göre, numunenin zemin yüzeyine sertleştirilmiş bir çelik bilye preslenir. Baskının çapını inceleyerek sertliğini belirleyin.

Rockwell'e göre çeliğin sertliğini belirleme yöntemi. 120 derecelik bir elmas koni ucunun penetrasyon derinliğinin hesaplanmasına dayanır.

Test örneğindeki Vickers'a görebir elmas tetrahedral piramit içeri bastırılır. Zıt yüzlerde 136 derecelik açıyla.

Çeliğin derecesini kimyasal analiz olmadan belirlemek mümkün müdür? Metalurji alanındaki uzmanlar, çeliğin derecesini bir kıvılcımla tanıyabilir. Metal bileşenlerinin belirlenmesi, işlenmesi sırasında mümkündür. Örneğin:

CVG çelik, sarı-kırmızı noktalar ve tutamlarla koyu kırmızı kıvılcımlara sahiptir. Dallanmış ipliklerin uçlarında, ortasında sarı tanecikler olan parlak kırmızı yıldızlar belirir.
P18 çeliği ayrıca başlangıçta sarı ve kırmızı tutamlara sahip koyu kırmızı kıvılcımlarla tanımlanır, ancak dişler düzdür ve çatalları yoktur. Demetlerin uçlarında bir veya iki açık sarı tanecikli kıvılcımlar vardır.
Çelik kaliteleri ХГ, Х, ШХ15, ШХ9, açık yıldızlarla sarı kıvılcımlara sahiptir. Ve dallarda kırmızı taneler.
U12F çelik, yoğun ve büyük yıldızlarla açık sarı kıvılcımlarla ayırt edilir. Birkaç kırmızı ve sarı tutam ile.
Çelik 15 ve 20'de açık sarı kıvılcımlar, birçok çatal ve yıldız bulunur. Ama birkaç tutam.

Çeliğin bir kıvılcımla belirlenmesi, uzmanlar için oldukça doğru bir yöntemdir. Ancak sıradan insanlar sadece kıvılcımın rengini inceleyerek metali karakterize edemezler.

Kaynaklanabilirlik

Metallerin belirli bir darbe altında birleşim oluşturma özelliğine çeliklerin kaynaklanabilirliği denir. Bu göstergenin tespiti, demir ve karbon içeriği tespit edildikten sonra mümkündür.

Kaynak ile iyi bağlandıklarına inanılıyordüşük karbonlu çelikler. Karbon içeriği %0,45'i aştığında kaynaklanabilirlik bozulur ve karbon içeriği yüksek olduğunda daha da kötüleşir. Bunun nedeni, malzemenin homojen olmamasının artması ve tane sınırlarında sülfür kapanımlarının öne çıkması ve bunun da çatlak oluşumuna ve iç gerilimde artışa yol açmasıdır.

Alaşım bileşenleri de etki ederek bağlantıyı kötüleştirir. Kaynak için en elverişsiz olanlar krom, molibden, manganez, silikon, vanadyum, fosfor gibi kimyasal elementlerdir.

Ancak, düşük alaşımlı çeliklerle çalışırken teknolojiye uyum, özel önlemler kullanılmadan iyi bir kaynaklanabilirlik yüzdesi sağlar. Kaynaklanabilirliğin belirlenmesi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi önemli malzeme kalitesinin değerlendirilmesinden sonra mümkündür: