Свойства на стоманата: специфично тегло, плътност kg cm3 и др

Общи свойства

Не бъркайте стоманата с желязо, което е твърд и относително скъп метал, има атомен диаметър от 2.48 ангстрьома, точка на топене 1535 ° С и точка на кипене 2740 ° С. От своя страна, въглеродът е неметален с атомен диаметър от 1,54 angstroms, мек и крехък в повечето от неговите алоотропни модификации (изключение е диамант). Дифузията на този елемент в кристалната структура на желязото е възможна поради разликата в атомните диаметри. В резултат на тази дифузия този материал се образува.

Основната разлика между желязото и стоманата е процентът въглерод, посочен по-горе. Материалът може да има различна микроструктура в зависимост от определена температура. Той може да бъде в следните структури (за повече информация вижте схемата на желязо-въглеродна фаза):

• перлит;
• цементит;
• ферит;
• аустенит.

Материалът запазва свойствата на желязото в чист вид, но добавянето на въглерод и други елементи, както метали, така и неметали, подобрява неговите физикохимични свойства.

Има много видове стомана, в зависимост от елементите, добавени към нея. Група от въглеродни стомани образува материали, в които въглеродът е единствената добавка. Други специални материали получават своите имена поради техните основни функции и свойства, които се определят от тяхната структура и добавят допълнителни елементи, например силиций, циментиращи, неръждаеми, структурни сплави и т.н.

Като правило всички материали с добавки са обединени под едно наименование - специални стомани, които се различават от обикновените въглеродни стомани и последните служат като основен материал за производството на специални материали. Такова разнообразие на този материал в неговите характеристики и свойства доведе до факта, че стоманата започна да се нарича "сплав от желязо и друго вещество, което увеличава нейната твърдост".

Метални компоненти

Два основни компонента са се превърнали в изобилие в природата, което благоприятства неговото производство в голям мащаб. Разнообразието от свойства и достъпност на този материал го прави подходящ за такива отрасли като инженеринг, производство на инструменти, строителство, допринася за индустриализацията на обществото.

Въпреки плътност (специфично тегло на стомана е 7850 кг m3, т.е. тегло са станали равен обем от 1 m³ 7850 кг, за сравнение алуминиев плътност 2 700кг / м3) се използва във всички отрасли на промишлеността, включително аеронавтиката. Причините за различните му приложения са едновременно съответствие и същевременно твърдост и относително ниска цена.

Добавки и техните характеристики

Специалната класификация на стоманите определя наличието на специфичен елемент в състава му и неговия процент от масата. Елементите се прибавят към сплавта, за да се получат специфични свойства, като например увеличаване на нейната механична издръжливост, твърдост, устойчивост на износване, способност за топене и други. По-долу е даден списък на най-често срещаните добавки и ефекти, които те причиняват.

• алуминий: добавени в концентрации, близки до 1%, за повишаване на твърдостта на сплавта и при концентрации по-ниски от 0,008% като антиоксидант за термоустойчиви материали.
• бор: при ниски концентрации (0.001-0.006%) увеличава издръжливостта на материала, без да се намалява способността му да се обработва. Използва се в материали с лошо качество, например при производството на плугове, тел, осигуряващи нейната твърдост и пластичност. Използва се и като капани за азот в кристалната структура на желязото.
• кобалт. Намалява издръжливостта и води до втвърдяване на материала и увеличаване на неговата твърдост при високи температури. Той също така увеличава магнитните свойства. Използва се в топлоустойчиви материали.
• хром: Поради образуването на карбиди дава стомана якост и устойчивост на високи температури, повишава устойчивостта на корозия, увеличава дълбочината на образуване на карбиди и нитриди през термохимична обработка се използва като твърдо вещество корозия покритие за осите на буталата, и така нататък.
• молибден увеличава твърдостта и корозионната устойчивост на аустенитните материали.
• азот се добавя, за да се улесни образуването на аустенит.
• никел прави аустенита стабилен при стайна температура, което увеличава твърдостта на материала. Използва се в топлоустойчиви сплави.
• водя Оформя малки глобуларни формации, които подобряват способността за обработка на стоманата. Този елемент осигурява смазване на материала в процент от 0.15% до 0.30%.
• силиций повишава издръжливостта и устойчивостта на окисляване на материала.
• Титан стабилизира сплавта при високи температури и повишава устойчивостта си към окисляване.
• волфрам образува заедно с желязо стабилни и много твърди карбиди, които са стабилни при високи температури, 14-18% от елемент за създаване на рязане стомана, която може да се прилага при скорост три пъти по-голямо от нормалното въглеродна стомана.
• ванадий повишава устойчивостта към окисляване на материала и образува сложни карбиди с желязо, което увеличава устойчивостта на умора.
• ниобий дава твърдост, гъвкавост и пластичност на сплавта. Използва се в структурните материали и автоматиката.

Примеси в сплавта

Добавките са елементи, които са нежелателни в състава на стоманата. Те се съдържат в самия материал и попадат в него в резултат на топене, тъй като се съдържат в горими горива и минерали. Необходимо е да се намали съдържанието им, тъй като те влошават свойствата на сплавта. В случай, че тяхното изваждане от материала е невъзможно или скъпо, опитайте се да намалите техния процент до минимум.

Сяра: съдържанието му е ограничено до 0,04%. Елементът образува сулфиди заедно с желязото, което на свой ред заедно с аустенита образуват евтектика с ниска точка на топене. Сулфидите се освобождават при границите на зърното. Съдържанието на сяра рязко ограничава възможността за термична и механична обработка на материали при средни и високи температури, тъй като води до унищожаване на материала по границите на зърното.

Добавките от манган ви позволяват да контролирате съдържанието на сяра в материалите. Манганът е по-свързан със сярата, отколкото желязото, така че вместо железен сулфид се образува манганов сулфид, който има висока точка на топене и добри пластични свойства. Концентрацията на мангана трябва да бъде пет пъти по-голяма от концентрацията на сяра, за да се осигури положителен ефект. Манганът също така увеличава способността за обработване на стоманите.

Фосфор: максималната граница на съдържанието му в сплавта е 0,04%. Фосфорът е вреден, защото се разтваря във ферит, като по този начин намалява неговата пластичност. Железният фосфид заедно с аустенит и цементий образува крехка евтектика със сравнително ниска точка на топене. Освобождаването на железен фосфид при границите на зърното прави материала крехък.

Механични и технологични характеристики на стоманата

Много е трудно да се определят специфичните физико-механични свойства на стоманата, тъй като броят на нейните видове е разнообразен поради различния състав и топлинна обработка, които позволяват създаването на материали с голямо разнообразие от химически и механични характеристики. Това разнообразие доведе до факта, че производството на тези материали и тяхната обработка започнаха да се разпределят в отделен отрасъл на металургията - черната металургия, която се отличава от цветната металургия. Въпреки това, общи свойства за стомана могат да бъдат дадени, те са представени в списъка по-долу.

• Брутното тегло на стоманата, т.е. масата от 1 м³, е 7850 кг. По този начин плътността на стоманата, g cm3, е 7.85.
• В зависимост от температурата, материалът може да бъде огънат, изтеглен и разтопен.
• Точката на топене зависи от вида на сплавта и от процента на добавките. По този начин, чисто желязо се топи при 1510 ° С, от своя страна, стоманата има точка на топене 1375 ° С, което увеличава като процент на въглерод и други елементи в него (с изключение на евтектични топят при по-ниски температури). Високоскоростната стомана се топи при температура от 1650 ° С.
• Материалът кипи при температура 3000 ° С.
• Това е материал, устойчив на деформация, чиято твърдост се увеличава, когато се добавят други елементи.
• Има относително мека (с помощта е възможно да се получи тънък прежда от чертеж - тел) и пластичност (може да се получи плосък лист метал дебелина 0,12-0,50 mm - калай, която обикновено е калай покритие за предотвратяване на окисляване).
• Преди да се използва термичното въздействие, сплавта се подлага на механично обработване.
• Някои композити имат памет за формата и се деформират със сума, надвишаваща якостта на провлачване.
• Твърдостта на стоманата варира между твърдостта на желязото и твърдостта на конструкциите, които се получават чрез термични и химични процеси. Сред тях, най-известното е втвърдяване, прилагано върху материали с високо съдържание на въглерод. Високата повърхностна твърдост на стоманата позволява използването й като режещ инструмент. За да се получи тази характеристика, която се запазва при високи температури, към стоманата се добавят хром, волфрам, молибден и ванадий. Измерете твърдостта на метала в Brinell, Vickers и Rockwell.
• Има добри отливки.
• Способността да се подлага на корозия е един от основните недостатъци на стоманата, тъй като обемът на окисленото желязо нараства и предизвиква пукнатини на повърхността, което от своя страна ускорява процеса на унищожаване още повече. Традиционно, металът е защитен от корозия чрез различни повърхностни обработки. В допълнение, някои формулировки са станали устойчиви на окисление, например неръждаеми материали.
• Има висока електрическа проводимост, която не се различава значително в зависимост от състава на сплавта. В електрическите въздушни линии най-често се използват алуминиеви проводници, които са покрити с стоманена риза. Последният осигурява необходимата механична якост на проводниците и допринася за тяхното по-евтино производство.
• Използва се за производство на изкуствени постоянни магнити, тъй като магнетизираната стомана не губи своята магнитна способност до определена температура. В същото време, стоманената структура на ферита има магнитни свойства, докато структурата на аустенита не е магнитна. Магнитите на базата на стомана за стабилизиране на структурата на феритите съдържат като правило около 10% никел и хром.
• При повишаване на температурата продуктът от този материал увеличава дължината му. Следователно, ако степента на свобода съществува в конкретен проект, тогава термичното разширение не е проблем, но ако такива степени на свобода не съществуват, разширяването на стоманата ще доведе до допълнителни напрежения, които трябва да бъдат взети под внимание. Коефициентът на термично разширение е близък до този на бетона. Този факт прави възможно тяхното съвместно използване в конструкции от различни типове, като такъв материал се нарича армиран бетон.
• Той е незапалим материал, но неговите основни механични свойства се влошават бързо под въздействието на открит огън.