Znanje - Sanxin

Uvod

Metalni materijali su disciplina puna misterija. Bilo da se radi o materijalima potrebnim za samu proizvodnju alata ili za obradu dijelova, naići ćemo na materijalna pitanja. Ako ste angažirani u industriji čelika, jeste li ikada primijetili što zapravo znače kemijske komponente navedene u izvješću o ispitivanju čelika? Možda samo znate da različite vrste čelika imaju mnogo različitih kemijskih komponenti i različite sadržaje 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. To je ključno za čelike koje je potrebno očvrsnuti kaljenjem. Sadržaj ugljika kontrolira tvrdoću i čvrstoću materijala, kao i njegovu reakciju na toplinsku obradu (mogućnost gašenja). Kako se sadržaj ugljika povećava, duktilnost, savitljivost i obradivost čelika se smanjuju, a također opada i njegova zavarljivost.

#2 Mangan (Mn)

Mangan je možda drugi najvažniji element nakon ugljika. Njegova je funkcija slična onoj ugljika, a proizvođači čelika kombiniraju ova dva elementa kako bi dobili materijale sa željenim svojstvima. Mangan je bitan za proces vrućeg valjanja čelika tako što se veže s kisikom i sumporom.

Njegovo postojanje ima sljedeće glavne funkcije:

 

To je blagi dezoksidant i djeluje kao sredstvo za pročišćavanje za prijenos sumpora i kisika iz taline u trosku. Povećava kaljivost i vlačnu čvrstoću, ali smanjuje rastezljivost. Spaja se sa sumporom i stvara sferni manganov sulfid, koji je ključan za dobru obradivost čelika za slobodno rezanje. Čelici obično sadrže najmanje 0.30% mangana, ali u nekim ugljičnim čelicima može se pronaći sadržaj čak do 1.5%.

Mangan također teži povećanju propusnosti ugljika tijekom procesa karburizacije i djeluje kao blagi dezoksidant. Međutim, kada su sadržaji ugljika i mangana previsoki, dolazi do krtosti. Mangan može stvoriti manganov sulfid (MnS) sa sumporom, što je korisno za mehaničku obradu. U isto vrijeme, može spriječiti krtost koju donosi sumpor i pogoduje završnoj obradi površine ugljičnog čelika.

Što se tiče zavarivanja, omjer mangana i sumpora trebao bi biti najmanje 10:1. Sadržaj mangana niži od 0.30 % može uzrokovati poroznost i pukotine unutar zavarenog šava, a sadržaj veći od 0.80 % također može dovesti do pukotina. Čelici s niskim omjerom mangana i sumpora mogu sadržavati sumpor u obliku željeznog sulfida (FeS), što može uzrokovati pucanje zavarenog šava.

#3 Fosfor (P)

Iako može povećati vlačnu čvrstoću čelika i poboljšati njegovu obradivost, općenito se smatra nepoželjnom nečistoćom zbog svog učinka krtosti.

Utjecaj fosfora na čelik ovisi o njegovoj koncentraciji. Zbog njegove štetnosti, maksimalni sadržaj fosfora u visokokvalitetnom čeliku je između 0.03% i 0.05%. U niskolegiranom čeliku visoke čvrstoće, do 0.10% fosfora može povećati čvrstoću i poboljšati otpornost čelika na koroziju. Kada je sadržaj previsok u kaljenom čeliku, povećava se mogućnost krtosti. Iako se čvrstoća i tvrdoća poboljšavaju, duktilnost i žilavost opadaju.

Fosfor poboljšava obradivost čelika za slobodno rezanje, ali ako sadržaj fosfora prelazi 0.04%, tijekom zavarivanja može doći do krtosti zavarivanja i/ili pukotina u zavarivanju. Fosfor također utječe na debljinu sloja cinka tijekom pocinčavanja.

#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 udarca. Sumpor poboljšava obradivost, ali smanjuje poprečnu rastezljivost i udarnu žilavost zareza, s relativno malim utjecajem na uzdužna mehanička svojstva. Sadržaj sumpora u čeliku ograničen je na 0.05%, ali u čelicima za slobodno rezanje, dodatak može doseći i do 0.35%, dok se sadržaj mangana povećava kako bi se spriječili štetni učinci, budući da dodaci legura sumpora od 0.10% do 0.30% mogu poboljšati obradivost čelika. Takvi se čelici mogu nazvati "resumporirani" ili "slobodno režući" čelici. Čelici za slobodno rezanje dodaju sumpor za poboljšanje obradivosti, obično do 0.35%.

Iako sumpor ima negativan utjecaj na čelik u određenim fazama, sadržaj sumpora ispod 0.05% ima pozitivan učinak na kvalitetu čelika.

#5 Silicij (Si)

Silicij je jedan od glavnih deoksidansa za čelik. Pomaže u uklanjanju mjehurića kisika u rastaljenom čeliku. Najčešće korišteni element u proizvodnji poludezoksidiranog i potpuno dezoksidiranog čelika, obično s udjelom manjim od 0.40%. Kada se koristi kao dezoksidant, obično sadrži samo malu količinu (0.20%) u valjanom čeliku. Međutim, u čeličnim odljevcima obično sadrži 0.35% do 1.00%.

Silicij se otapa u željezu i nastoji ga ojačati. Neki dodatni metali mogu sadržavati do 1% silicija kako bi se osigurali bolji učinci čišćenja i deoksidacije pri zavarivanju na kontaminiranim površinama. Kada se ovi dodatni metali koriste za zavarivanje na čistim površinama, čvrstoća rezultirajućeg metala za zavarivanje bit će značajno povećana. Silicij povećava čvrstoću i tvrdoću, ali u manjoj mjeri od mangana. Rezultirajuće smanjenje duktilnosti može uzrokovati probleme s pucanjem.

Kada je riječ o pocinčavanju, čelik s udjelom silicija većim od 0.04% značajno će utjecati na debljinu i izgled pocinčanog premaza. To će rezultirati debelim premazom koji se uglavnom sastoji od legura cinka i željeza, s mutnom i neprivlačnom površinom. Međutim, pruža istu zaštitu od korozije kao svijetli pocinčani premaz s vanjskim slojem čistog cinka.

#6 Krom (Cr)

Krom je snažan legirajući element u čeliku. Mala količina Cr postoji u nekim konstrukcijskim čelicima. Uglavnom se koristi za poboljšanje prokaljivosti čelika, povećanje otpornosti na koroziju i granice razvlačenja čelika. Stoga se često kombinira s niklom i bakrom. Nehrđajući čelik može sadržavati više od 12% kroma. Dobro poznati nehrđajući čelik "18-8" sadrži 8% nikla i 18% kroma.

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

#7 Vanadij (V)

Uloga vanadija kao kemijskog elementa slična je ulozi mangana, molibdena i niobija. Kada se koristi u kombinaciji s drugim legirajućim elementima, ograničava rast zrna, pročišćava veličinu zrna, poboljšava očvrsljivost, žilavost loma i otpornost na udarna opterećenja. Također poboljšava omekšavanje na visokim temperaturama, otpornost na zamor i otpornost na trošenje. Kada sadržaj prelazi 0.05%, može postojati tendencija krtosti tijekom tretmana za ublažavanje toplinskog stresa.

Vanadij se koristi u nitriranju čelika otpornih na toplinu, alatnih i opružnih čelika zajedno s drugim legirajućim elementima.

#8 Volfram (W)

Koristi se zajedno s kromom, vanadijem, molibdenom ili manganom za proizvodnju brzoreznog čelika za alate za rezanje. Volfram čelik je poznat kao "crveno tvrdi", što znači da ostaje dovoljno tvrd za rezanje čak i nakon što se zagrije do crvenog vrućina. Nakon toplinske obrade čelik zadržava svoju tvrdoću na visokim temperaturama, što ga čini posebno pogodnim za alate za rezanje.

Volfram u obliku volfram karbida:

Može dati čeliku visoku tvrdoću čak i na vrućim temperaturama. Pospješuje stvaranje sitnih zrna, povećava toplinsku otpornost i povećava čvrstoću na visokim temperaturama.

#9 Molibden (Mo)

Uloga molibdena slična je ulozi mangana i vanadija, a često se koristi u kombinaciji s jednim ili oba. Ovaj element je jak karbidotvorac, a njegov sadržaj u legiranom čeliku obično je manji od 1%. Povećava sposobnost kaljenja i otpornost na visoke temperature, dok poboljšava otpornost na koroziju i povećava otpornost na puzanje. 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 otpornost na visoke temperature i magnetsku propusnost. Povećava tvrdoću dok omogućuje više temperature kaljenja (tijekom toplinske obrade). U složenijim čelicima pojačava pojedinačne učinke drugih elemenata. Kobalt nije tvorac karbida, ali dodavanjem kobalta u legure može se postići veća tvrdoća koja se može postići i veća tvrdoća crvenog metala.

#11 Nikal (Ni)

Osim što je koristan za otpornost čelika na koroziju, dodavanje nikla također može poboljšati kaljivost. Nikal poboljšava performanse materijala pri niskim temperaturama povećavajući otpornost na lom. Prisutnost ovog elementa ne smanjuje zavarljivost čelika. Nikal značajno povećava otpornost čelika na zarez.

Nikal se često kombinira s drugim legirajućim elementima, posebice kromom i molibdenom. Ključna je komponenta nehrđajućeg čelika, ali je njegov sadržaj u ugljičnom čeliku relativno nizak. Nehrđajući čelik sadrži 8% do 14% nikla.

Drugi razlog za dodavanje nikla u leguru je taj što može stvoriti svjetlije dijelove u Damask čeliku.

#12 Bakar (Cu)

Bakar je još jedan važan element otporan na koroziju. Također ima manji učinak na očvrsljivost. Obično njegov sadržaj nije manji od 0.20%, a to je glavna komponenta protiv korozije u čelicima kao što su A242 i A441.

Najčešće u čeliku je rezidualno sredstvo, a bakar se također dodaje kako bi se postigla svojstva otvrdnjavanja taloženjem i poboljšala otpornost na koroziju.

#13 Aluminij (Al)

Aluminij je jedan od najvažnijih deoksidansa u materijalima, s vrlo niskim udjelom. Pomaže u formiranju finije zrnate strukture i povećava žilavost vrsta čelika. Obično se koristi zajedno sa silicijem za dobivanje poludeoksidiranog ili potpuno deoksidiranog čelika.

#14 Titan (Ti)

Titan se koristi za kontrolu rasta zrna, što povećava žilavost. Također transformira sulfidne inkluzije iz izduženih u sferne oblike, poboljšavajući čvrstoću, otpornost na koroziju, kao i žilavost i rastegljivost.

Titan je vrlo jak i vrlo lagan metal koji se može koristiti sam ili legiran s čelikom. Dodaje se čeliku kako bi dobio visoku čvrstoću na visokim temperaturama. Moderni mlazni motori koriste titanski čelik.

Spriječiti smanjenje kroma u lokalnim područjima nehrđajućeg čelika tijekom dugotrajnog zagrijavanja, spriječiti stvaranje austenita u čeliku s visokim sadržajem kroma i smanjiti martenzitnu tvrdoću i sposobnost kaljenja čelika sa srednjim sadržajem kroma.

#15 Niobij (Nb)

Niobij je ključni element za pročišćavanje zrna i također element za povećanje čvrstoće u proizvodnji čelika. To je snažan tvorac karbida, koji stvara vrlo tvrde i vrlo male jednostavne karbide. Poboljšava duktilnost, tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Istodobno pročišćava strukturu zrna. Ranije poznat kao kolumbij.

#16 Bor (B)

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

Najveća prednost bora je ta što je potrebna samo mala količina da bi se postigao isti učinak očvrsljivosti za koji drugi elementi zahtijevaju veliku količinu. Tipični raspon u čeličnim legurama je 0.0005% do 0.003%.

Tijekom procesa toplinske obrade, bor se dodaje kao zamjena za druge elemente kako bi se poboljšala kaljivost srednje ugljičnog čelika. Učinak rezanja brzoreznog čelika je poboljšan, ali nauštrb kvalitete kovanja. Prekomjerni sadržaj bora također može smanjiti očvrsljivost, žilavost i uzrokovati krtost. Postotak ugljika u čeliku također igra ulogu u učinku prokaljivanja bora. Kako se utjecaj bora na prokaljivost povećava, sadržaj ugljika treba smanjiti na odgovarajući način.

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

#17 Olovo (Pb)

Dodana je mala količina olova, do 0.30%, radi poboljšanja obradivosti. Sve dok je ravnomjerno raspoređen, ima mali učinak na fizikalna svojstva čelika. Suprotno uvriježenom mišljenju, ne utječe na zavarljivost.

#18 Cirkonij (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)

Vrlo je sličan niobiju (Nb) po kemijskim svojstvima, stoga ima sličan učinak na legure - stvara vrlo tvrde i vrlo male jednostavne karbide. Poboljšava duktilnost, tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Istodobno pročišćava zrno.

#20 Dušik (N)

Uloga dušika u legurama vrlo je slična ulozi ugljika. Dušik može zamijeniti ugljik u malim količinama (ili čak velikim količinama u modernoj tehnologiji) za povećanje tvrdoće. Očito, dušik stvara nitride umjesto karbida. INFI sadrži dušik, kao i neki drugi, među kojima je prvak Sandvik, s 3% dušika u leguri, potpuno zamjenjujući ugljik. Nažalost, proizvođači alata ga ne mogu nabaviti. Budući da dušik ima manju tendenciju stvaranja kromovih nitrida od ugljika za stvaranje kromovih karbida, njegova prisutnost poboljšava otpornost na koroziju i zadržava više slobodnog kroma u leguri. Zbog manje reaktivnosti dušika pri stvaranju nitrida, može se koristiti za povećanje tvrdoće bez povećanja veličine i volumena karbida, kao što je slučaj u čeliku Sandvik 14C28N.

#21 Selen (Se)

Obično nije omiljen kod alatnog čelika. Dodaje se radi poboljšanja obradivosti. Slično sumporu, pripada istoj skupini halkogena.

Vigor ima stručni tim i bogato iskustvo na topljenju metala i metalnih proizvoda. Ako imate bilo kakvih pitanja i zahtjeva za razvojem proizvoda ili poboljšanjem vašeg opskrbnog lanca, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com