Znanje - Sanxin

Uvod

Metalni materijali su disciplina puna misterija. Bilo da se radi o materijalima potrebnim za samu izradu alata ili obradi dijelova, naići će se na probleme s materijalom. Ako se bavite industrijom čelika, jeste li ikada primijetili šta zapravo znače kemijske komponente navedene u izvještaju o ispitivanju čelika? Možda znate samo da različite vrste čelika imaju mnogo različitih kemijskih komponenti i različit sadržaj elemenata. U ovom članku izdvojili smo i naveli 21 kemijski element i njihov utjecaj na performanse čelika.

#1 Ugljik (C)

Ugljik je najvažniji element u čeliku. Od presudne je važnosti za čelike koji treba da budu kaljeni kaljenjem. Sadržaj ugljika kontroliše tvrdoću i čvrstoću materijala, kao i njegov odgovor na termičku obradu (gašenje). Kako se sadržaj ugljika povećava, duktilnost, savitljivost i obradivost čelika se smanjuju, a njegova zavarljivost također opada.

#2 Mangan (Mn)

Mangan je možda drugi najvažniji element nakon ugljika. Njegova funkcija je slična onoj kod ugljika, a proizvođači čelika kombinuju ova dva elementa kako bi dobili materijale sa željenim svojstvima. Mangan je neophodan za proces vrućeg valjanja čelika tako što se vezuje sa kiseonikom i sumporom.

Njegovo postojanje ima sljedeće glavne funkcije:

 

Blagi je deoksidant i djeluje kao sredstvo za pročišćavanje za prenošenje sumpora i kisika iz taline u šljaku. Poboljšava očvršćavanje i vlačnu čvrstoću, ali smanjuje duktilnost. Kombinira se sa sumporom i formira sferni mangan sulfid, koji je ključan za dobru obradivost čelika za slobodno sečenje. Čelici obično sadrže najmanje 0.30% mangana, ali u nekim ugljičnim čelicima može se naći i do 1.5% sadržaja.

Mangan takođe ima tendenciju da poveća propusnost ugljenika tokom procesa karburizacije i deluje kao blagi deoksidator. Međutim, kada su sadržaji ugljika i mangana previsoki, dolazi do krtosti. Mangan može formirati mangan sulfid (MnS) sa sumporom, što je korisno za mehaničku obradu. U isto vrijeme, može se suprotstaviti krhkosti koju donosi sumpor i pogoduje završnoj obradi ugljičnog čelika.

Što se tiče zavarivanja, odnos mangana i sumpora treba da bude najmanje 10:1. Sadržaj mangana manji od 0.30% može uzrokovati poroznost i pukotine unutar zavarenog šava, a sadržaj veći od 0.80% također može dovesti do pucanja. Čelici s niskim omjerom mangan-sumpor mogu sadržavati sumpor u obliku željeznog sulfida (FeS), koji može uzrokovati pucanje zavarenog šava.

#3 Fosfor (P)

Iako može poboljšati vlačnu čvrstoću čelika i poboljšati njegovu obradivost, općenito se smatra nepoželjnom nečistoćom zbog njegovog efekta krtosti.

Utjecaj fosfora na čelik varira s njegovom koncentracijom. Zbog svoje štetnosti, maksimalni sadržaj fosfora u visokokvalitetnom čeliku je između 0.03% i 0.05%. U niskolegiranim čelicima visoke čvrstoće, do 0.10% fosfora može povećati čvrstoću i poboljšati otpornost čelika na koroziju. Kada je sadržaj kaljenog čelika previsok, povećava se mogućnost krtosti. Iako su snaga i tvrdoća poboljšane, duktilnost i žilavost opadaju.

Fosfor poboljšava obradivost čelika za slobodno sečenje, ali ako sadržaj fosfora prelazi 0.04%, tokom zavarivanja može doći do krtosti zavarivanja i/ili pukotina zavara. Fosfor takođe utiče na debljinu cinkovanog premaza tokom cinkovanja.

#4 sumpor (S)

Sumpor se općenito smatra nečistoćom. Kada je sadržaj sumpora u čeliku visok, a sadržaj mangana nizak, to će imati negativan učinak na učinak udara. Sumpor poboljšava obradivost, ali smanjuje poprečnu duktilnost i udarnu žilavost u zarezima, uz relativno mali utjecaj na uzdužna mehanička svojstva. Sadržaj sumpora u čeliku je ograničen na 0.05%, ali u čelicima za slobodno sečenje, dodatak može doseći i do 0.35%, dok se povećava sadržaj mangana kako bi se suprotstavio bilo kakvim štetnim efektima, jer dodaci legure sumpora od 0.10% do 0.30% mogu poboljšati obradivost čelika. Takvi čelici se mogu nazvati "resumporiziranim" ili "slobodno rezanim" čelicima. Čelici za slobodno sečenje dodaju sumpor za poboljšanje obradivosti, obično do 0.35%.

Iako sumpor ima negativan uticaj na čelik u određenim fazama, sadržaj sumpora ispod 0.05% ima pozitivan uticaj na kvalitet čelika.

#5 Silicijum (Si)

Silicijum je jedan od glavnih deoksidatora čelika. Pomaže u uklanjanju mjehurića kisika u rastopljenom čeliku. To je element koji se najčešće koristi u proizvodnji poludeoksidiranog i potpuno deoksidiranog čelika, obično sa sadržajem manjim od 0.40%. Kada se koristi kao deoksidator, obično sadrži samo malu količinu (0.20%) u valjanom čeliku. Međutim, u čeličnim odljevcima obično sadrži 0.35% do 1.00%.

Silicijum se rastvara u gvožđu i teži da ga ojača. Neki dodatni metali mogu sadržavati do 1% silicija kako bi se osigurali bolji efekti čišćenja i deoksidacije pri zavarivanju na kontaminiranim površinama. Kada se ovi dodatni metali koriste za zavarivanje na čistim površinama, čvrstoća rezultirajućeg metala šava će biti značajno poboljšana. Silicijum povećava snagu i tvrdoću, ali u manjoj meri od mangana. Rezultirajuće smanjenje duktilnosti može uzrokovati probleme s pucanjem.

Kada je u pitanju pocinčavanje, čelik sa sadržajem silicijuma većim od 0.04% značajno će uticati na debljinu i izgled pocinkovanog premaza. To će rezultirati debelim premazom koji se uglavnom sastoji od legura cink-gvožđa, sa dosadnom i neprivlačnom površinom. Međutim, pruža istu zaštitu od korozije kao svijetli pocinčani premaz s vanjskim slojem od čistog cinka.

#6 hrom (Cr)

Krom je snažan legirajući element u čeliku. Mala količina Cr postoji u nekim konstrukcijskim čelicima. Uglavnom se koristi za poboljšanje kaljivosti čelika, povećanje otpornosti na koroziju i čvrstoću čelika. Stoga se često kombinuje sa niklom i bakrom. Nerđajući čelik može sadržavati više od 12% hroma. Dobro poznati nerđajući čelik "18-8" sadrži 8% nikla i 18% hroma.

Kada sadržaj hroma u čeliku prelazi 1.1%, formira se površinski sloj koji štiti čelik od oksidacije.

#7 Vanadijum (V)

Uloga vanadija kao hemijskog elementa slična je ulozi mangana, molibdena i niobija. Kada se koristi u kombinaciji sa drugim legirajućim elementima, ograničava rast zrna, pročišćava veličinu zrna, poboljšava kaljivost, žilavost loma i otpornost na udarna opterećenja. Takođe poboljšava omekšavanje pri visokim temperaturama, naprezanje od zamora i otpornost na habanje. Kada sadržaj prelazi 0.05%, može postojati tendencija krhkosti tokom tretmana za ublažavanje toplotnog stresa.

Vanadijum se koristi u nitriranju, otpornim na toplotu, alatnim i opružnim čelicima zajedno sa drugim legirajućim elementima.

#8 Volfram (W)

Koristi se zajedno sa hromom, vanadijem, molibdenom ili manganom za proizvodnju brzoreznog čelika za rezne alate. Volfram čelik je poznat kao "crveno tvrdi", što znači da ostaje dovoljno čvrst za rezanje čak i nakon što se zagrije do usijanja. Nakon termičke obrade, čelik zadržava svoju tvrdoću na visokim temperaturama, što ga čini posebno pogodnim za rezne alate.

Volfram u obliku volfram karbida:

Može dati visoku tvrdoću čeliku čak i na vrućim temperaturama. Promoviše formiranje finih zrna, povećava termičku otpornost i povećava čvrstoću na visokim temperaturama.

#9 molibden (Mo)

Uloga molibdena slična je ulozi mangana i vanadijuma, a često se koristi u kombinaciji s jednim ili oba. Ovaj element snažno stvara karbide, a njegov sadržaj u legiranom čeliku je obično manji od 1%. Poboljšava očvršćavanje i čvrstoću na visokim temperaturama, dok poboljšava otpornost na koroziju i povećava snagu puzanja. Dodaje se nehrđajućem čeliku kako bi se povećala njegova otpornost na koroziju, a također se koristi u brzoreznom alatnom čeliku.

#10 Kobalt (Co)

Kobalt poboljšava čvrstoću na visokim temperaturama i magnetnu propusnost. Povećava tvrdoću dok omogućava više temperature gašenja (tokom termičke obrade). U složenijim čelicima pojačava individualne efekte drugih elemenata. Kobalt ne stvara karbide, ali dodavanjem kobalta u legure može se postići veća dostižna tvrdoća i veća crvena tvrdoća.

#11 Nikl (Ni)

Osim što je koristan za otpornost čelika na koroziju, dodatak nikla također može poboljšati sposobnost kaljenja. Nikl poboljšava performanse materijala na niskim temperaturama povećavajući otpornost na lom. Prisutnost ovog elementa ne smanjuje zavarljivost čelika. Nikl značajno povećava žilavost čelika.

Nikl se često kombinuje sa drugim legirajućim elementima, posebno hromom i molibdenom. To je ključna komponenta nehrđajućeg čelika, ali je njegov sadržaj u ugljičnom čeliku relativno nizak. Nerđajući čelik sadrži 8% do 14% nikla.

Drugi razlog za dodavanje nikla leguri je taj što može stvoriti svjetlije dijelove od čelika iz Damaska.

#12 Bakar (Cu)

Bakar je još jedan važan element otporan na koroziju. Takođe ima mali uticaj na otvrdnjavanje. Obično njegov sadržaj nije manji od 0.20%, a glavna je antikorozivna komponenta u čeličnim razredima kao što su A242 i A441.

Najčešći u čeliku je rezidualni agens, a bakar se također dodaje kako bi se postigla svojstva taloženja i poboljšala otpornost na koroziju.

#13 Aluminijum (Al)

Aluminij je jedan od najvažnijih deoksidatora u materijalima, s vrlo niskim sadržajem. Pomaže u formiranju finije zrnaste strukture i povećava žilavost čelika. Obično se koristi zajedno sa silicijumom za dobivanje poludeoksidiranog ili potpuno deoksidiranog čelika.

#14 Titanijum (Ti)

Titanijum se koristi za kontrolu rasta zrna, što povećava žilavost. Takođe transformiše inkluzije sulfida iz izduženih u sferne oblike, poboljšavajući čvrstoću, otpornost na koroziju, kao i žilavost i duktilnost.

Titan je vrlo jak i vrlo lagan metal koji se može koristiti sam ili legiran sa čelikom. Dodaje se čeliku kako bi mu dao visoku čvrstoću na visokim temperaturama. Moderni mlazni motori koriste čelik od titanijuma.

Spriječite iscrpljivanje kroma u lokalnim područjima nehrđajućeg čelika tijekom dugotrajnog zagrijavanja, spriječite stvaranje austenita u čeliku s visokim udjelom hroma i smanjite martenzitnu tvrdoću i gašenje čelika srednjeg kroma.

#15 Niobij (Nb)

Niobijum je ključni element za prečišćavanje zrna, a takođe i element za povećanje čvrstoće u proizvodnji čelika. Snažan je karbid koji stvara vrlo tvrde i vrlo male jednostavne karbide. Poboljšava duktilnost, tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Istovremeno, oplemenjuje strukturu zrna. Ranije poznat kao columbium.

#16 Bor (B)

Najvažnija uloga i svrha bora u čeliku je da značajno poboljša otvrdljivost.

Najveća prednost bora je u tome što je potrebna samo mala količina da bi se postigao isti efekat očvršćavanja koji drugi elementi zahtevaju veliku količinu da bi se postigli. Tipični raspon u čeličnim legurama je 0.0005% do 0.003%.

Tokom procesa termičke obrade, bor se dodaje kao zamjena za druge elemente kako bi se poboljšala sposobnost kaljenja srednjeg ugljičnog čelika. Performanse rezanja brzoreznog čelika su poboljšane, ali nauštrb kvaliteta kovanja. Prekomjerni sadržaj bora također može smanjiti otvrdnjavanje, žilavost i uzrokovati krtost. Postotak ugljika u čeliku također igra ulogu u efektu otvrdnjavanja bora. Kako se utjecaj bora na otvrdnjavanje povećava, sadržaj ugljika treba shodno tome smanjiti.

Kada se bor dodaje čeliku, moraju se poduzeti mjere kako bi se osiguralo da on ne reagira s kisikom ili dušikom, jer će kombinacija bora s bilo kojim od ovih elemenata učiniti nedjelotvornim.

#17 Olovo (Pb)

Mala količina olova, do 0.30%, dodaje se radi poboljšanja obradivosti. Sve dok je ravnomjerno raspoređen, ima mali utjecaj na fizička svojstva čelika. Suprotno uobičajenom mišljenju, ne utiče na zavarljivost.

#18 Cirkonijum (Zr)

Cirkonij se dodaje čeliku kako bi se promijenio oblik inkluzija. Obično se dodaje niskolegiranim i niskougljičnim čelicima. Kada se oblik promijeni iz izduženog u sferni, žilavost i duktilnost se poboljšavaju.

#19 Tantal (Ta)

Veoma je sličan niobiju (Nb) po hemijskim svojstvima, tako da ima sličan efekat na legure - formirajući veoma tvrde i veoma male jednostavne karbide. Poboljšava duktilnost, tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Istovremeno, oplemenjuje zrno.

#20 Azot (N)

Uloga dušika u legurama je vrlo slična ulozi ugljika. Dušik može zamijeniti ugljik u malim količinama (ili čak velikim količinama u modernoj tehnologiji) kako bi povećao tvrdoću. Očigledno, dušik umjesto karbida formira nitride. INFI sadrži azot, kao i neki drugi, među kojima je Sandvik šampion, sa 3% azota u leguri, potpuno zamenjujući ugljenik. Nažalost, proizvođači alata ga ne mogu nabaviti. Budući da dušik ima manju sklonost stvaranju kromnih nitrida od ugljika da formira krom karbide, njegovo prisustvo poboljšava otpornost na koroziju i zadržava više slobodnog kroma u leguri. Zbog manje reaktivnosti dušika pri formiranju nitrida, može se koristiti za povećanje tvrdoće bez povećanja veličine i volumena karbida, kao što je Sandvik 14C28N čelik.

#21 Selen (Se)

Obično se ne preferira kod alatnog čelika. Dodaje se radi poboljšanja obradivosti. Slično kao i sumpor, pripada istoj grupi halkogena.

Vigor ima stručni tim i bogato iskustvo u topljenju metala i metalnih proizvoda. Ako imate bilo kakva pitanja i zahtjeve u vezi s razvojem proizvoda ili poboljšanjem vašeg lanca opskrbe, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com