Teras: määratlus, klassifikatsioon, keemiline koostis ja rakendus

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:24

Kui sageli kuuleme sõna "teras". Ja seda ei häälda mitte ainult metallurgiatööstuse spetsialistid, vaid ka linnaelanikud. Ükski tugev konstruktsioon pole täielik ilma teraseta. Tegelikult, kui me räägime millestki metallist, siis peame silmas terasest valmistatud toodet. Uurime, millest see koosneb ja kuidas seda liigitatakse.

Definitsioon

Teras on ehk kõige populaarsem sulam, mis põhineb raual ja süsinikul. Veelgi enam, viimaste osakaal jääb vahemikku 0,1–2,14%, samas kui esimene ei saa olla väiksem kui 45%. Tootmise lihtsus ja tooraine kättesaadavus on määrava tähtsusega selle metalli levitamisel kõikidesse inimtegevuse valdkondadesse.

Materjali peamised omadused sõltuvad selle keemilisest koostisest. Terase kui kahest komponendist, rauast ja süsinikust koosneva sulami määratlust ei saa nimetada täielikuks. See võib sisaldada näiteks kroomi kuumakindluse tagamiseks ja niklit korrosioonikindluse tagamiseks.

Nõutavad komponendidmaterjalid pakuvad täiendavaid eeliseid. Seega muudab raud sulami teatud tingimustel tempermalmist ja kergesti deformeeruvaks ning süsinik muudab tugevuse ja kõvaduse samaaegselt rabedusega. Seetõttu on selle osa terase kogumassist nii väike. Sulami tootmismeetodi määramine andis mangaani sisalduseni selles 1% ja räni - 0,4%. Metalli sulamisel ilmneb hulk lisandeid, millest nad püüavad vabaneda. Koos fosfori ja väävliga halvendavad materjali omadusi ka hapnik ja lämmastik, muutes selle vähem vastupidavaks ja muutes elastsuse.

Klassifikatsioon

Terase määratlus teatud omadustega metallina on loomulikult väljaspool kahtlust. Kuid just selle koostis võimaldab materjali liigitada mitmes suunas. Näiteks eristatakse metalle järgmiste tunnuste poolest:

• keemial;
• struktuurne;
• kvaliteedi järgi;
• nagu ette nähtud;
• vastav alt deoksüdatsiooniastmele;
• kõvaduse järgi;
• terase keevitatavuse kohta.

Terase määratlust, märgistamist ja kõiki selle omadusi kirjeldatakse allpool.

Märgistus

Kahjuks puudub ülemaailmne terase tähistus, mis muudab riikidevahelise kaubanduse oluliselt keerulisemaks. Venemaal on defineeritud tähtnumbriline süsteem. Tähed tähistavad elementide nimetust ja deoksüdatsioonimeetodit ning numbrid nende arvu.

Keemiline koostis

On kaks võimalustterase jaotus keemilise koostise järgi. Kaasaegsete õpikute definitsioon võimaldab teha vahet süsiniku ja legeeritud materjali vahel.

Esimene atribuut määratleb terase kui madala süsinikusisaldusega, keskmise süsinikusisaldusega ja kõrge süsinikusisaldusega ning teine - madala legeeritud, keskmise sulamiga ja kõrge sulamisisaldusega. Nimetatakse madala süsinikusisaldusega metalliks, mis vastav alt standardile GOST 3080-2005 võib sisaldada lisaks rauale ka järgmisi komponente:

• Süsinik – kuni 0,2%. See soodustab termilist tugevnemist, mille tõttu tõmbetugevus ja kõvadus kahekordistuvad.
• Mangaan koguses kuni 0,8% astub aktiivselt hapnikuga keemilise sidemesse ja takistab raudoksiidi moodustumist. Metall talub paremini dünaamilisi koormusi ja talub paremini termilist kõvenemist.
• Räni – kuni 0,35%. See parandab mehaanilisi omadusi, nagu sitkus, tugevus, keevitatavus.

Vastav alt GOST-ile on terase kui madala süsinikusisaldusega terase määratlus antud metallile, mis sisaldab lisaks kasulikele ka mitmeid kahjulikke lisandeid järgmises koguses. See on:

• Fosfor - kuni 0,08% vastutab külma rabeduse ilmnemise eest, kahjustab vastupidavust ja tugevust. Vähendab metalli tugevust.
• Väävel - kuni 0,06%. See raskendab metalli töötlemist survega, suurendab karastuse rabedust.
• Lämmastik. Vähendab sulami tehnoloogilisi ja tugevusomadusi.
• Hapnik. Vähendab tugevust ja segab lõikeriistade tööd.

Tuleb märkida, et madal võimadala süsinikusisaldusega terased on eriti pehmed ja plastilised. Need deformeeruvad hästi nii kuum alt kui külm alt.

Keskmise süsinikusisaldusega terase määratlus ja selle koostis erinevad loomulikult ülalkirjeldatud materjalist. Ja suurim erinevus on süsiniku hulk, mis jääb vahemikku 0,2–0,45%. Sellisel metallil on madal sitkus ja elastsus ning suurepärased tugevusomadused. Keskmise süsinikusisaldusega terast kasutatakse tavaliselt osade jaoks, mida kasutatakse normaalse võimsusega koormusel.

Kui süsinikusisaldus on üle 0,5%, nimetatakse sellist terast kõrge süsinikusisaldusega teraseks. Sellel on suurenenud kõvadus, vähenenud viskoossus ja elastsus ning seda kasutatakse tööriistade ja osade tembeldamiseks kuum- ja külmdeformatsiooni teel.

Lisaks terases sisalduva süsiniku kindlakstegemisele on materjali omadusi võimalik määrata täiendavate lisandite olemasolu kaudu. Kui lisaks tavalistele elementidele viiakse metalli sihipäraselt keemiliselt seotud olekus kroomi, niklit, vaske, vanaadiumi, titaani, lämmastikku, siis nimetatakse seda legeeritud. Sellised lisandid vähendavad hapra purunemise ohtu, suurendavad korrosioonikindlust ja tugevust. Nende arv näitab terase legeerimisastet:

• madallegeeritud – sisaldab kuni 2,5% legeerivaid lisandeid;
• keskmiselt legeeritud – 2,5–10%;
• kõrgelt legeeritud – kuni 50%.

Mida see tähendab? Näiteks hakati mis tahes omadusi suurendama järgmiselt:

1. Kroomi lisamine. positiivnemõjutab mehaanilisi omadusi juba 2% ulatuses kogusummast.
2. Nikli lisamine 1%-lt 5%-le suurendab viskoossuse temperatuurivaru. Ja vähendab külma rabedust.
3. Mangaan toimib samamoodi nagu nikkel, kuigi palju odavam. Küll aga aitab see suurendada metalli tundlikkust ülekuumenemise suhtes.
4. Volfram on karbiidi moodustav lisaaine, mis tagab kõrge kõvaduse. Kuna see takistab kuumutamisel terade kasvu.
5. Molübdeen on kallis lisaaine. Mis suurendab kiirteraste kuumakindlust.
6. Räni. Suurendab happekindlust, elastsust, katlakivikindlust.
7. Titaan. Võib soodustada peeneteralist struktuuri, kui seda kombineerida kroomi ja mangaaniga.
8. Vask. Suurendab korrosioonivastaseid omadusi.
9. Alumiinium. Suurendab kuumakindlust, kihistumist, tugevust.

Struktuur

Terase koostise määramine oleks puudulik, ilma selle struktuuri uurimata. See märk ei ole siiski püsiv ja võib sõltuda mitmest tegurist, näiteks: kuumtöötlusrežiim, jahutuskiirus, legeerimisaste. Vastav alt reeglitele tuleks teraskonstruktsioon määrata pärast lõõmutamist või normaliseerimist. Pärast lõõmutamist jagatakse metall järgmisteks osadeks:

• eutektoidne struktuur – liigse ferriidiga;
• eutektoid, mis koosneb perliidist;
• hüpereutektoid – sekundaarsete karbiididega;
• ledeburiit – primaarsete karbiididega;
• austeniit – näokeskse kristallvõrega;
• ferriit – kuubikujulise kehakeskse võrega.

Teraseklassi määramine on võimalik pärast normaliseerimist. Seda mõistetakse kuumtöötluse tüübina, mis hõlmab kuumutamist, hoidmist ja sellele järgnevat jahutamist. Siin eristatakse perliiti, austeniiti ja ferriiti.

Kvaliteet

Tüüpide määramine on kvaliteedi mõttes saanud võimalikuks neljal viisil. See on:

1. Tavaline kvaliteet - need on kuni 0,6% süsinikusisaldusega terased, mida sulatatakse lahtise koldega ahjudes või hapnikku kasutavates konverterites. Neid peetakse kõige odavamateks ja need on teiste rühmade metallide omaduste poolest halvemad. Selliste teraste näideteks on St0, St3sp, St5kp.
2. Kvaliteet. Seda tüüpi silmapaistvad esindajad on terased St08kp, St10ps, St20. Nende sulatamisel kasutatakse samu ahjusid, kuid laadimis- ja tootmisprotsessidele kehtivad kõrgemad nõuded.
3. Kvaliteetsed terased sulatatakse elektriahjudes, mis tagab mittemetalliliste lisandite materjali puhtuse tõusu, st mehaaniliste omaduste paranemise. Nende materjalide hulka kuuluvad St20A, St15X2MA.
4. Eriti kvaliteetsed – on valmistatud erimetallurgia meetodil. Neid sulatatakse elektriräbu ümber, mis tagab puhastamise sulfiididest ja oksiididest. Seda tüüpi teraste hulka kuuluvad St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Konstruktsiooniteras

See on võhiku jaoks võib-olla kõige lihtsam ja arusaadavam märk. Seal on konstruktsiooni-, tööriista- ja eriotstarbelised terased. Struktuurne jaguneb tavaliselt:

1. Ehitusterased on tavalise kvaliteediga süsinikterased ja madala legeeritud seeria esindajad. Neile kehtivad mitmed nõuded, millest peamine on keevitatavus piisav alt kõrgel tasemel. Näiteks StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Tsementmaterjale kasutatakse selliste toodete valmistamiseks, mis töötavad pinna kulumise tingimustes ja kogevad samaaegselt dünaamilisi koormusi. Nende hulka kuuluvad madala süsinikusisaldusega terased St15, St20, St25 ja mõned legeeritud terased: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT, St30KhGT.
3. Külmstantsimiseks kasutatakse kvaliteetsetest madala süsinikusisaldusega proovidest v altsitud lehti. Näiteks St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Töödeldavad terased, mida täiustatakse karastamise ja kõrge karastamise protsessiga. Need on keskmise süsinikusisaldusega (St35, St40, St45, St50), kroomi (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) terased, aga ka kroom-räni-mangaan, kroom-nikkel-molübdeen ja kroom-nikkel.
5. Vedruvedrudel on elastsed omadused ja need säilitavad neid pikka aega, kuna neil on kõrge vastupidavus väsimusele ja purunemisele. Need on St65, St70 ja legeeritud terase (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR) süsiniku esindajad.
6. Kõrgtugevad proovid on need, mille tugevus on kaks korda suurem kui teistel konstruktsiooniterastel, mis saavutatakse kuumtöötlemise ja keemilise koostisega. Enamasti on need legeeritud keskmise süsinikusisaldusega terased, näiteks St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Kuulaagerteraseid iseloomustab eriline vastupidavus, kõrge kulumiskindlus ja tugevus. Nad peavad vastama erinevate lisandite puudumise nõuetele. Need proovid hõlmavad kõrge süsinikusisaldusega teraseid, mille koostis sisaldab kroomi (StSHKh9, StSHKh15).
8. Automaatsed terase määratlused on järgmised. Need on näidised, mida kasutatakse mittekriitiliste toodete (nt poldid, mutrid, kruvid) valmistamisel. Tavaliselt töödeldakse selliseid varuosi. Seetõttu on peamiseks ülesandeks detailide töödeldavuse suurendamine, mis saavutatakse telluuri, seleeni, väävli ja plii materjali sisseviimisega. Sellised lisandid aitavad töötlemisel kaasa rabedate ja lühikeste laastude tekkele ning vähendavad hõõrdumist. Automaatteraste peamised esindajad on tähistatud järgmiselt: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Korrosioonikindlad terased on legeerterased, mille kroomisisaldus on umbes 12%, kuna see moodustab pinnale oksiidkile, mis takistab korrosiooni teket. Nende sulamite esindajad on St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Kulumiskindlaid proove kasutatakse toodetes, mis töötavad abrasiivse hõõrdumise, löökide ja tugeva surve all. Näiteks on raudteerööbaste, purustite ja roomikute osad, nagu St110G13L.
11. Kuumuskindlad terased võivad töötada kõrgel kuumusel. Neid kasutatakse torude, gaasi- ja auruturbiinide varuosade valmistamisel. Need on peamiselt kõrge legeeritud madala süsinikusisaldusega proovid, mis sisaldavad tingimata niklit, mis võib sisaldada lisandeid kujul.molübdeen, noobium, titaan, volfram, boor. Näiteks St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Kuumakindlad on eriti vastupidavad keemilistele kahjustustele õhus, gaasis ja ahjus, oksüdeerivas ja karburiseerivas keskkonnas, kuid tugevate koormuste korral libisevad. Selle tüübi esindajad on St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Tööriistateras

Selles rühmas jagunevad sulamid lõike- ja mõõteriistade stantsideks. Surveteraseid on kahte tüüpi.

• Külmvormimiseks kasutataval materjalil peab olema kõrge kõvadus, tugevus, kulumiskindlus ja kuumakindlus. Kuid neil on piisav viskoossus (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Kuumvormimismaterjalil on hea tugevus ja sitkus. Lisaks kulumis- ja katlakivikindlusele (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Mõõtetööriistade terased peavad lisaks kulumiskindlusele ja kõvadusele olema mõõtmetelt stabiilsed ja kergesti lihvitavad. Nendest sulamitest valmistatakse kaliibrid, klambrid, mallid, joonlauad, kaalud, plaadid. Näiteks on sulamid StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Lõikeriistade terasrühmade määramine on üsna lihtne. Sellistel sulamitel peab olema lõikamisvõime ja kõrge kõvadus pikka aega, isegi kuumuse käes. Nende hulka kuuluvad süsinik- ja sulamitööriistad, samutikiirterased. Siin saate nimetada järgmisi silmapaistvaid esindajaid: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Sulami desoksüdatsioon

Deoksüdatsiooniastme järgi terase määramine hõlmab kolme tüüpi terast: rahulik, poolrahulik ja keev. See kontseptsioon viitab hapniku eemaldamisele vedelasulamist.

Vaikne teras peaaegu ei eralda tahkumisel gaase. Selle põhjuseks on hapniku täielik eemaldamine ja valuploki kohale kokkutõmbumisõõne moodustumine, mis seejärel ära lõigatakse.

Poolrahulikus terases eralduvad gaasid osaliselt, st rohkem kui rahulikus terases, kuid vähem kui keevas. Siin pole kesta, nagu eelmisel juhul, kuid ülaosas tekivad mullid.

Keevad sulamid eraldavad tahkumisel suures koguses gaasi ning ristlõikes piisab lihts alt ülemise ja alumise kihi keemilise koostise erinevuse märkamisest.

Kõvadus

See mõiste viitab materjali võimele seista vastu tugevamale sellesse tungimisele. Kõvaduse määramine sai võimalikuks kolme meetodi abil: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Vastav alt Brinelli meetodile surutakse proovi maapinna sisse karastatud teraskuul. Uurides trükise läbimõõtu, määrake kõvadus.

Meetod terase kõvaduse määramiseks Rockwelli järgi. See põhineb 120-kraadise teemantkoonuse otsa läbitungimissügavuse arvutamisel.

Vickersi sõnul testproovississe surutakse teemanttetraeedriline püramiid. 136-kraadise nurgaga vastaskülgedel.

Kas terase marki on võimalik määrata ilma keemilise analüüsita? Metallurgia valdkonna spetsialistid suudavad sädeme järgi ära tunda terase klassi. Metalli koostisainete määramine on võimalik selle töötlemise käigus. Näiteks:

• CVG terasel on tumedad karmiinpunased sädemed, millel on kollakaspunased täpid ja tutid. Hargnenud niitide otstesse ilmuvad helepunased tähed, mille keskel on kollased terakesed.
• P18 terast tunnevad ära ka tumedad karmiinpunased sädemed, mille alguses on kollased ja punased tutid, kuid niidid on sirged ja neil puuduvad kahvlid. Kimpude otstes on sädemed ühe või kahe helekollase teraga.
• Terasklassidel ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 on kollased sädemed heledate tähtedega. Ja punased terad okstel.
• U12F terast eristavad helekollased sädemed koos tihedate ja suurte tähtedega. Mitme punase ja kollase kimpuga.
• Terastel 15 ja 20 on helekollased sädemed, palju kahvleid ja tähti. Aga paar tutti.

Terase määramine sädeme abil on spetsialistide jaoks üsna täpne meetod. Tavainimesed ei suuda aga metalli iseloomustada ainult sädeme värviga.

Keevitatavus

Metallide omadust moodustada teatud löögi mõjul liitekohti nimetatakse teraste keevitatavuseks. Selle indikaatori määramine on võimalik pärast raua- ja süsinikusisalduse tuvastamist.

Arvatakse, et need on keevitamise teel hästi ühendatudmadala süsinikusisaldusega terased. Kui süsinikusisaldus ületab 0,45%, keevitatavus halveneb ja halveneb, kui süsinikusisaldus on kõrge. See juhtub ka seetõttu, et materjali ebahomogeensus suureneb ja sulfiidide lisandid paistavad silma tera piiridel, mis põhjustavad pragude teket ja sisepinge suurenemist.

Ka legeerivad komponendid toimivad, halvendades ühendust. Kõige ebasoodsamad keevitamisel on sellised keemilised elemendid nagu kroom, molübdeen, mangaan, räni, vanaadium, fosfor.

Tehnoloogia järgimine madala legeeritud terastega töötamisel tagab hea keevitatavuse protsendi ilma erimeetmeid kasutamata. Keevitatavuse määramine on võimalik pärast mitmete oluliste materjaliomaduste hindamist, sealhulgas:

• Jahutuskiirus.
• Keemiline koostis.
• Vaade esmasest kristalliseerumisest ja struktuurimuutustest keevitamise ajal.
• Metalli võime tekitada pragusid.
• Materjali kalduvus kõveneda.