Keluli: definisi, klasifikasi, komposisi kimia dan penggunaan

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Berapa kerap kita mendengar perkataan "keluli". Dan ia diucapkan bukan sahaja oleh para profesional dalam bidang pengeluaran metalurgi, tetapi juga oleh penduduk bandar. Tiada struktur kukuh yang lengkap tanpa keluli. Sebenarnya, apabila kita bercakap tentang sesuatu logam, kita maksudkan produk yang diperbuat daripada keluli. Mari ketahui kandungannya dan bagaimana ia dikelaskan.

Definisi

Keluli mungkin aloi yang paling popular, yang berasaskan besi dan karbon. Selain itu, bahagian yang terakhir adalah antara 0.1 hingga 2.14%, manakala yang pertama tidak boleh lebih rendah daripada 45%. Kemudahan pengeluaran dan ketersediaan bahan mentah adalah penting dalam pengedaran logam ini ke semua bidang aktiviti manusia.

Ciri-ciri utama bahan berbeza-beza bergantung pada komposisi kimianya. Definisi keluli sebagai aloi yang terdiri daripada dua komponen, besi dan karbon, tidak boleh dipanggil lengkap. Ia mungkin termasuk, sebagai contoh, kromium untuk rintangan haba dan nikel untuk rintangan kakisan.

Komponen yang diperlukanbahan memberi faedah tambahan. Jadi, besi menjadikan aloi mudah ditempa dan mudah berubah bentuk dalam keadaan tertentu, dan karbon menjadikan kekuatan dan kekerasan serentak dengan kerapuhan. Itulah sebabnya bahagiannya sangat kecil dalam jumlah jisim keluli. Penentuan kaedah pengeluaran aloi membawa kepada kandungan mangan di dalamnya dalam jumlah 1% dan silikon - 0.4%. Terdapat beberapa kekotoran yang muncul semasa pencairan logam dan yang cuba disingkirkan. Bersama-sama dengan fosforus dan sulfur, oksigen dan nitrogen juga merendahkan sifat bahan, menjadikannya kurang tahan lama dan mengubah kemuluran.

Klasifikasi

Takrifan keluli sebagai logam dengan set ciri tertentu, sudah tentu, tidak diragukan lagi. Walau bagaimanapun, komposisinya yang memungkinkan untuk mengklasifikasikan bahan dalam beberapa arah. Jadi, sebagai contoh, logam dibezakan oleh ciri berikut:

• pada bahan kimia;
• struktur;
• mengikut kualiti;
• seperti yang dimaksudkan;
• mengikut tahap penyahoksidaan;
• oleh kekerasan;
• pada kebolehkimpalan keluli.

Takrifan keluli, penandaan dan semua cirinya akan diterangkan di bawah.

Menanda

Malangnya, tiada penetapan keluli global, yang sangat merumitkan perdagangan antara negara. Di Rusia, sistem alfanumerik ditakrifkan. Huruf menunjukkan nama unsur dan kaedah penyahoksidaan, dan nombor menunjukkan nombornya.

Komposisi kimia

Terdapat dua carapembahagian keluli mengikut komposisi kimia. Takrifan yang diberikan oleh buku teks moden memungkinkan untuk membezakan antara karbon dan bahan aloi.

Atribut pertama mentakrifkan keluli sebagai karbon rendah, karbon sederhana dan karbon tinggi, dan yang kedua - aloi rendah, aloi sederhana dan aloi tinggi. Logam karbon rendah dipanggil, yang, menurut GOST 3080-2005, mungkin termasuk, sebagai tambahan kepada besi, komponen berikut:

• Karbon - sehingga 0.2%. Ia menggalakkan pengukuhan haba, yang menyebabkan kekuatan tegangan dan kekerasan digandakan.
• Mangan dalam jumlah sehingga 0.8% secara aktif memasuki ikatan kimia dengan oksigen dan menghalang pembentukan oksida besi. Logam ini lebih mampu menahan beban dinamik dan lebih mudah menerima pengerasan terma.
• Silikon – sehingga 0.35%. Ia meningkatkan sifat mekanikal seperti keliatan, kekuatan, kebolehkimpalan.

Menurut GOST, takrifan keluli sebagai keluli karbon rendah diberikan kepada logam yang mengandungi, sebagai tambahan kepada berguna, beberapa kekotoran berbahaya dalam kuantiti berikut. Ini ialah:

• Fosforus - sehingga 0.08% bertanggungjawab untuk penampilan rapuh sejuk, menjejaskan daya tahan dan kekuatan. Mengurangkan keliatan logam.
• Sulfur - sehingga 0.06%. Ia merumitkan pemprosesan logam dengan tekanan, meningkatkan kerapuhan suhu.
• Nitrogen. Mengurangkan sifat teknologi dan kekuatan aloi.
• Oksigen. Mengurangkan kekuatan dan mengganggu alat pemotong.

Perlu diperhatikan bahawa rendah ataukeluli karbon rendah terutamanya lembut dan mulur. Mereka berubah bentuk baik panas dan sejuk.

Takrifan keluli karbon sederhana serta komposisinya tentunya berbeza daripada bahan yang diterangkan di atas. Dan perbezaan terbesar ialah jumlah karbon, yang berkisar antara 0.2 hingga 0.45%. Logam sedemikian mempunyai keliatan dan kemuluran yang rendah bersama dengan sifat kekuatan yang sangat baik. Keluli karbon sederhana biasanya digunakan untuk bahagian yang digunakan di bawah beban kuasa biasa.

Jika kandungan karbon melebihi 0.5%, maka keluli tersebut dipanggil keluli karbon tinggi. Ia telah meningkatkan kekerasan, mengurangkan kelikatan, kemuluran dan digunakan untuk mengecap alat dan bahagian dengan ubah bentuk panas dan sejuk.

Selain mengenal pasti karbon yang terdapat dalam keluli, penentuan ciri-ciri bahan adalah mungkin melalui kehadiran kekotoran tambahan di dalamnya. Jika, sebagai tambahan kepada unsur biasa, kromium, nikel, tembaga, vanadium, titanium, nitrogen dalam keadaan terikat secara kimia sengaja dimasukkan ke dalam logam, maka ia dipanggil doped. Bahan tambahan tersebut mengurangkan risiko patah rapuh, meningkatkan rintangan kakisan dan kekuatan. Bilangan mereka menunjukkan tahap pengaloian keluli:

• alloy rendah - mempunyai sehingga 2.5% bahan tambahan mengaloi;
• ali sederhana - daripada 2.5 hingga 10%;
• aloi tinggi - sehingga 50%.

Apakah maksudnya? Sebagai contoh, peningkatan mana-mana hartanah mula disediakan seperti berikut:

1. Menambah kromium. positifmenjejaskan ciri mekanikal yang sudah ada dalam jumlah 2% daripada jumlah keseluruhan.
2. Pengenalan nikel daripada 1 kepada 5% meningkatkan margin suhu kelikatan. Dan mengurangkan kerapuhan sejuk.
3. Mangan berfungsi dengan cara yang sama seperti nikel, walaupun jauh lebih murah. Walau bagaimanapun, ia membantu meningkatkan sensitiviti logam kepada terlalu panas.
4. Tungsten ialah bahan tambah pembentuk karbida yang memberikan kekerasan yang tinggi. Kerana ia menghalang pertumbuhan bijirin apabila dipanaskan.
5. Molibdenum ialah bahan tambahan yang mahal. Yang meningkatkan rintangan haba keluli berkelajuan tinggi.
6. Silikon. Meningkatkan rintangan asid, keanjalan, rintangan skala.
7. Titanium. Boleh menggalakkan struktur butiran halus apabila digabungkan dengan kromium dan mangan.
8. Tembaga. Meningkatkan sifat anti-karat.
9. Aluminium. Meningkatkan rintangan haba, penskalaan, keliatan.

Struktur

Menentukan komposisi keluli adalah tidak lengkap tanpa mengkaji strukturnya. Walau bagaimanapun, tanda ini tidak tetap, dan mungkin bergantung pada beberapa faktor, seperti: mod rawatan haba, kadar penyejukan, tahap pengaloian. Mengikut peraturan, struktur keluli harus ditentukan selepas penyepuhlindapan atau normalisasi. Selepas penyepuhlindapan, logam dibahagikan kepada:

• struktur pro-eutektoid - dengan lebihan ferit;
• eutectoid, yang terdiri daripada perlite;
• hypereutectoid - dengan karbida sekunder;
• ledeburite - dengan karbida primer;
• austenit - dengan kekisi kristal berpusat muka;
• feritik - dengan kekisi berpusat badan padu.

Menentukan kelas keluli adalah mungkin selepas penormalan. Ia difahami sebagai sejenis rawatan haba, yang merangkumi pemanasan, pegangan dan penyejukan seterusnya. Di sini, gred pearlit, austenit dan ferit dibezakan.

Kualiti

Menentukan jenis telah menjadi mungkin dari segi kualiti dalam empat cara. Ini ialah:

1. Kualiti biasa - ini adalah keluli dengan kandungan karbon sehingga 0.6%, yang dileburkan dalam relau perapian terbuka atau dalam penukar menggunakan oksigen. Mereka dianggap paling murah dan mempunyai ciri-ciri yang lebih rendah daripada logam kumpulan lain. Contoh keluli tersebut ialah St0, St3sp, St5kp.
2. Kualiti. Wakil terkemuka jenis ini ialah keluli St08kp, St10ps, St20. Ia dilebur menggunakan relau yang sama, tetapi dengan keperluan yang lebih tinggi untuk proses pengecasan dan pengeluaran.
3. Keluli berkualiti tinggi dicairkan dalam relau elektrik, yang menjamin peningkatan dalam ketulenan bahan untuk kemasukan bukan logam, iaitu, peningkatan dalam sifat mekanikal. Bahan ini termasuk St20A, St15X2MA.
4. Terutama berkualiti tinggi - dibuat mengikut kaedah metalurgi khas. Mereka tertakluk kepada pencairan semula elektroslag, yang menyediakan penulenan daripada sulfida dan oksida. Keluli jenis ini termasuk St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Keluli struktur

Ini mungkin tanda yang paling mudah dan mudah difahami bagi orang awam. Terdapat keluli struktur, alatan dan tujuan khas. Struktur biasanya dibahagikan kepada:

1. Keluli binaan ialah keluli karbon kualiti biasa dan mewakili siri aloi rendah. Mereka tertakluk kepada beberapa keperluan, yang utama adalah kebolehkimpalan pada tahap yang cukup tinggi. Contohnya ialah StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Bahan bersimen digunakan untuk membuat produk yang beroperasi dalam keadaan haus permukaan dan pada masa yang sama mengalami beban dinamik. Ini termasuk keluli karbon rendah St15, St20, St25 dan beberapa keluli aloi: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St.
3. Untuk pengecapan sejuk, daun gulung daripada sampel karbon rendah berkualiti tinggi digunakan. Seperti St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Keluli boleh dirawat yang dipertingkatkan melalui proses pelindapkejutan dan pembajaan tinggi. Ini ialah keluli karbon sederhana (St35, St40, St45, St50), kromium (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), serta kromium-silikon-mangan, kromium-nikel-molibdenum dan kromium-nikel.
5. Spring spring mempunyai sifat kenyal dan mengekalkannya untuk jangka masa yang lama, kerana ia mempunyai tahap ketahanan yang tinggi terhadap keletihan dan kemusnahan. Ini ialah wakil karbon bagi St65, St70 dan keluli aloi (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Sampel berkekuatan tinggi ialah sampel yang mempunyai kekuatan dua kali ganda daripada keluli struktur lain, yang dicapai melalui rawatan haba dan komposisi kimia. Secara pukal, ini ialah keluli karbon sederhana berali, contohnya, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Bebola bebolakeluli dicirikan oleh ketahanan khas, tahap rintangan haus dan kekuatan yang tinggi. Mereka dikehendaki memenuhi keperluan untuk ketiadaan pelbagai jenis kemasukan. Sampel ini termasuk keluli karbon tinggi dengan kandungan kromium dalam komposisi (StSHKh9, StSHKh15).
8. Takrifan keluli automatik adalah seperti berikut. Ini adalah sampel untuk digunakan dalam pembuatan produk tidak kritikal seperti bolt, nat, skru. Alat ganti tersebut biasanya dimesin. Oleh itu, tugas utama adalah untuk meningkatkan kebolehmesinan bahagian, yang dicapai dengan memperkenalkan telurium, selenium, sulfur dan plumbum ke dalam bahan. Bahan tambahan tersebut menyumbang kepada pembentukan cip rapuh dan pendek semasa pemesinan dan mengurangkan geseran. Wakil utama keluli automatik ditetapkan seperti berikut: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Keluli tahan kakisan ialah keluli aloi dengan kandungan kromium kira-kira 12%, kerana ia membentuk filem oksida pada permukaan yang menghalang kakisan. Wakil-wakil aloi ini ialah St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Sampel tahan haus digunakan dalam produk yang beroperasi di bawah geseran kasar, kejutan dan tekanan yang kuat. Contohnya ialah bahagian landasan kereta api, penghancur dan mesin ulat, seperti St110G13L.
11. Keluli tahan haba boleh berfungsi pada haba yang tinggi. Ia digunakan dalam pembuatan paip, gas dan alat ganti turbin stim. Ini terutamanya sampel rendah karbon aloi tinggi, yang semestinya mengandungi nikel, yang mungkin mengandungi bahan tambahan dalam bentukmolibdenum, nobium, titanium, tungsten, boron. Contohnya ialah St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Tahan haba sangat tahan terhadap kerosakan kimia dalam udara, gas dan relau, persekitaran pengoksidaan dan pengkarbonan, tetapi menunjukkan ranjatan di bawah beban yang teruk. Wakil jenis ini ialah St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Keluli alatan

Dalam kumpulan ini, aloi dibahagikan kepada acuan, untuk alat pemotong dan penyukat. Terdapat dua jenis keluli mati.

• Bahan untuk membentuk sejuk hendaklah mempunyai tahap kekerasan, kekuatan, rintangan haus, rintangan haba yang tinggi. Tetapi mempunyai kelikatan yang mencukupi (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Bahan pembentuk panas mempunyai kekuatan dan keliatan yang baik. Bersama dengan rintangan haus dan rintangan skala (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Keluli alat pengukur, selain rintangan haus dan kekerasan, mestilah stabil dari segi dimensi dan mudah dikisar. Kaliber, staples, templat, pembaris, penimbang, jubin diperbuat daripada aloi ini. Contohnya ialah aloi StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Menentukan kumpulan keluli untuk alat pemotong agak mudah. Aloi sedemikian mesti mempunyai keupayaan pemotongan dan kekerasan yang tinggi untuk masa yang lama, walaupun tertakluk kepada haba. Ini termasuk alat karbon dan aloi, sertakeluli berkelajuan tinggi. Di sini anda boleh menamakan wakil terkemuka berikut: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Penyahoksidaan aloi

Penentuan keluli mengikut tahap penyahoksidaan membayangkan tiga jenisnya: tenang, separa tenang dan mendidih. Konsep ini merujuk kepada penyingkiran oksigen daripada aloi cecair.

Keluli senyap hampir tidak mengeluarkan gas semasa pemejalan. Ini disebabkan oleh penyingkiran oksigen sepenuhnya dan pembentukan rongga pengecutan di atas jongkong, yang kemudiannya terputus.

Dalam keluli separa tenang, gas dibebaskan sebahagiannya, iaitu, lebih banyak daripada keluli tenang, tetapi kurang daripada dalam keluli yang mendidih. Tiada cangkang di sini, seperti dalam kes sebelumnya, tetapi gelembung terbentuk di bahagian atas.

Ali mendidih membebaskan sejumlah besar gas apabila dipadatkan, dan dalam keratan rentas ia cukup untuk melihat perbezaan komposisi kimia antara lapisan atas dan bawah.

Kekerasan

Konsep ini merujuk kepada keupayaan bahan untuk menahan bahan yang lebih sukar untuk menembusinya. Penentuan kekerasan menjadi mungkin menggunakan tiga kaedah: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Mengikut kaedah Brinell, bebola keluli yang mengeras ditekan ke dalam permukaan tanah sampel. Dengan mengkaji diameter cetakan, tentukan kekerasan.

Kaedah untuk menentukan kekerasan keluli mengikut Rockwell. Ia adalah berdasarkan pengiraan kedalaman penembusan hujung kon berlian 120 darjah.

Menurut Vickers dalam sampel ujianpiramid tetrahedral berlian ditekan masuk. Dengan sudut 136 darjah pada muka bertentangan.

Adakah mungkin untuk menentukan gred keluli tanpa analisis kimia? Pakar dalam bidang metalurgi dapat mengenali gred keluli dengan percikan api. Penentuan juzuk logam adalah mungkin semasa pemprosesannya. Jadi sebagai contoh:

• CVG keluli mempunyai percikan merah tua dengan titik kuning-merah dan jumbai. Di hujung benang bercabang, bintang merah terang muncul dengan butir kuning di tengah.
• Keluli P18 juga dikenal pasti oleh percikan merah tua dengan jumbai kuning dan merah pada permulaannya, namun, benangnya lurus dan tidak mempunyai garpu. Di hujung berkas terdapat percikan api dengan satu atau dua butir kuning muda.
• Gred keluli ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 mempunyai percikan kuning dengan bintang terang. Dan butir merah pada dahan.
• Keluli U12F dibezakan oleh percikan api kuning muda dengan bintang padat dan besar. Dengan beberapa jumbai merah dan kuning.
• Keluli 15 dan 20 mempunyai percikan api kuning muda, banyak garpu dan bintang. Tetapi beberapa jumbai.

Penentuan keluli dengan percikan api adalah kaedah yang agak tepat untuk pakar. Walau bagaimanapun, orang biasa tidak boleh mencirikan logam dengan hanya memeriksa warna percikan api.

Kebolehkimpalan

Sifat logam untuk membentuk sambungan di bawah hentakan tertentu dipanggil kebolehkimpalan keluli. Penentuan penunjuk ini adalah mungkin selepas kandungan besi dan karbon dikesan.

Adalah dipercayai bahawa ia disambungkan dengan baik dengan mengimpalkeluli karbon rendah. Apabila kandungan karbon melebihi 0.45%, kebolehkimpalan merosot dan menjadi lebih teruk apabila kandungan karbon tinggi. Ini juga berlaku kerana ketidakhomogenan bahan meningkat, dan kemasukan sulfida menonjol pada sempadan butiran, yang membawa kepada pembentukan keretakan dan peningkatan dalam tegasan dalaman.

Komponen aloi juga bertindak, memburukkan sambungan. Yang paling tidak sesuai untuk kimpalan ialah unsur kimia seperti kromium, molibdenum, mangan, silikon, vanadium, fosforus.

Walau bagaimanapun, pematuhan kepada teknologi apabila bekerja dengan keluli aloi rendah memberikan peratusan kebolehkimpalan yang baik tanpa menggunakan langkah khas. Penentuan kebolehkimpalan adalah mungkin selepas menilai beberapa kualiti bahan penting, termasuk:

• Kelajuan penyejukan.
• Komposisi kimia.
• Pandangan penghabluran utama dan perubahan struktur semasa mengimpal.
• Keupayaan logam membentuk rekahan.
• Kecenderungan bahan membentuk pengerasan.