Proprietăți ale oțelului: greutate specifică, densitate kg cm3 și altele

Proprietăți comune

Nu confunda oțelul cu fierul, care este un metal dur și relativ ductil, are un diametru atomic de 2,48 angstromi, un punct de topire de 1535 ° C și un punct de fierbere de 2740 ° C. La rândul său, carbonul este un metal nemetal cu un diametru atomic de 1,54 angstromi, moale și fragil în majoritatea modificărilor sale alotropice (excepția este diamantul). Difuzia acestui element în structura de cristal a fierului este posibilă datorită diferenței de diametre atomice. Ca urmare a acestei difuzii, se formează acest material.

Principala diferență între fier și oțel este procentajul de carbon care a fost indicat mai sus. Materialul poate avea o microstructură diferită în funcție de o anumită temperatură. Poate fi în următoarele structuri (pentru mai multe informații, uitați-vă la diagrama de fază carbon-carbon):

• perlit;
• cementita;
• ferita;
• austenită.

Materialul păstrează proprietățile fierului în stare pură, dar adăugarea de carbon și alte elemente, atât metale, cât și nemetale, îmbunătățește proprietățile fizico-chimice.

Există multe tipuri de oțel, în funcție de elementele adăugate. Un grup de oțeluri din carbon formează materiale în care carbonul este singurul aditiv. Alte materiale speciale își fac numele datorită funcțiilor și proprietăților de bază, care sunt determinate de structura lor și au adăugat elemente suplimentare, de exemplu, siliciu, ciment, inox, aliaje structurale și așa mai departe.

De regulă, toate materialele cu aditivi sunt unite sub un singur nume - oțelurile speciale, care diferă de oțelurile obișnuite de carbon, iar acestea din urmă servesc drept material de bază pentru producerea de materiale speciale. O astfel de varietate a acestui material în caracteristicile și proprietățile sale a dus la faptul că oțelul a început să fie numit "un aliaj de fier și o altă substanță care își mărește duritatea".

Componente metalice

Două componente principale au devenit abundente în natură, ceea ce favorizează producția pe scară largă. Varietatea proprietăților și disponibilitatea acestui material îl face potrivit pentru industrii precum inginerie, producție de scule, construcții de clădiri, contribuind la industrializarea societății.

În ciuda densității sale (greutatea specifică a oțelului este 7850 kg m3, adică greutatea au devenit volum egal de 1 m³ 7850 kg, pentru comparație aluminiu densitate 2700 kg / m3) este utilizat în toate sectoarele industriale, inclusiv aeronautică. Motivele diferitelor sale aplicații sunt atât respectarea, cât și duritatea și costul relativ scăzut.

Aditivii și caracteristicile acestora

O clasificare specială a oțelurilor determină prezența unui element specific în compoziția sa și procentul său în masă. Elementele sunt adăugate aliajului pentru a conferi acestuia din urmă proprietăți specifice, de exemplu, creșterea rezistenței sale mecanice, a durității, a rezistenței la uzură, a capacității de topire și a altora. Mai jos este o listă cu cele mai frecvente aditivi și efecte pe care le produc.

• aluminiu: adăugat în concentrații apropiate de 1%, pentru a crește duritatea aliajului și la concentrații mai mici de 0,008% ca antioxidant pentru materiale rezistente la căldură.
• bor: la concentrații scăzute (0,001-0,006%) crește rigiditatea materialului, fără a reduce capacitatea acestuia de a fi prelucrat. Utilizat în materiale de slabă calitate, de exemplu, în producția de pluguri, sârmă, asigurându-i duritatea și ductilitatea. Este, de asemenea, folosit ca capcane pentru azot în structura de cristal a fierului.
• cobalt. Reduce rigiditatea și conduce la întărirea materialului și la creșterea durității acestuia la temperaturi ridicate. De asemenea, crește proprietățile magnetice. Utilizat în materiale rezistente la căldură.
• crom: Datorită formării carburilor conferă rezistența oțelului și rezistența la temperaturi ridicate, creste rezistenta la coroziune, mărește adâncimea formării carburilor și nitruri în timpul tratamentului termochimic este utilizat ca strat solid anticorosiv pentru axele pistoanelor, și așa mai departe.
• molibden crește duritatea și rezistența la coroziune pentru materialele austenitice.
• azot pentru a facilita formarea austenitului.
• nichel face austenita stabilă la temperatura camerei, mărind duritatea materialului. Utilizat în aliaje rezistente la căldură.
• plumb Formează mici formațiuni globulare care sporesc capacitatea de a prelucra oțel. Acest element asigură lubrifierea materialului la un procent de 0,15% până la 0,30%.
• siliciu crește gradul de întărire și rezistența la oxidare a materialului.
• Titan stabilizează aliajul la temperaturi ridicate și crește rezistența la oxidare.
• tungsten formează carburi stabile și foarte rezistente la fier, care rămân stabile la temperaturi ridicate, 14-18% din acest element permite crearea de oțel de tăiere, care poate fi utilizat la o rată de trei ori mai mare decât cea a oțelului carbon convențional.
• vanadiu crește rezistența la oxidare a materialului și formează carburi complexe cu fier, ceea ce mărește rezistența la oboseală.
• niobiu dă duritate, ductilitate și ductilitate aliajului. Utilizat în materialele structurale și automate.

Impuritățile din aliaj

Amestecurile sunt elemente nedorite în compoziția oțelului. Ele sunt conținute în materialul propriu-zis și intră în el ca urmare a topirii, deoarece sunt conținute în combustibili combustibili și minerale. Este necesar să se reducă conținutul acestora, deoarece acestea degradează proprietățile aliajului. În cazul în care scoaterea lor din material este imposibilă sau costisitoare, încercați să reduceți procentajul acestora la un nivel minim.

Sulf: conținutul său este limitat la 0,04%. Elementul formează sulfuri împreună cu fierul, care, la rândul său, împreună cu austenita formează un eutectic cu punct de topire scăzut. Sulfurile sunt eliberate la limitele granulelor. Conținutul de sulf limitează brusc posibilitatea prelucrării termice și mecanice a materialelor la temperaturi medii și înalte, deoarece duce la distrugerea materialului de-a lungul granițelor granulelor.

Aditivii de mangan vă permit să controlați conținutul de sulf al materialelor. Manganul este mai mult legat de sulf decât de fier, deci în loc de sulfură de fier se formează sulfură de mangan, care are un punct de topire ridicat și proprietăți bune din plastic. Concentrația de mangan ar trebui să fie de cinci ori mai mare decât concentrația de sulf, pentru a asigura un efect pozitiv. De asemenea, manganul mărește capacitatea de a prelucra oțelurile.

Fosfor: limita maximă a conținutului său în aliaj este de 0,04%. Fosforul este dăunător, deoarece se dizolvă în ferită, reducând astfel plasticitatea acestuia. Fosfida de fier împreună cu austenita și cementitul formează un eutectic fragil cu un punct de topire relativ scăzut. Eliberarea fosfurii de fier la granițele de grâu face materialul fragil.

Caracteristicile mecanice și tehnologice ale oțelului

Este foarte dificil să se determine proprietățile fizice și mecanice specifice ale oțelului, deoarece numărul speciilor sale este diferit datorită compoziției și tratamentului termic diferit care permit crearea de materiale cu o mare varietate de caracteristici chimice și mecanice. O asemenea diversitate a condus la faptul că producția acestor materiale și prelucrarea lor au început să fie alocate unei ramuri separate de metalurgie - metalurgie feroasă, care diferă de metalurgia neferoasă. Cu toate acestea, pot fi date proprietățile generale ale oțelului, acestea fiind prezentate în lista de mai jos.

• Greutatea brută a oțelului, adică masa de 1 m³, este de 7850 kg. Densitatea oțelului, g cm3, este astfel 7,85.
• În funcție de temperatură, materialul poate fi îndoit, tras și topit.
• Punctul de topire depinde de tipul de aliaj și de procentul de aditivi. Astfel, fier pur topește la 1510 ° C, la rândul său, oțelul are un punct de topire de 1375 ° C, care crește ca procentul de carbon și a altor elemente ale acestuia (cu excepția eutectică se topesc la temperaturi mai scăzute). Oțelul de mare viteză se topește la o temperatură de 1650 ° C
• Materialul se fierbe la o temperatură de 3000 ° C.
• Este un material rezistent la deformare, a cărui duritate crește atunci când sunt adăugate alte elemente.
• Are un relativ maleabil (cu ajutorul este posibil să se obțină fire subțiri prin tragere - sârmă) și ductilitate (poate fi preparat tablă plană metalică cu grosimea de 0,12-0,50 mm - staniu, care este de obicei acoperite pentru a preveni oxidarea staniu).
• Înainte de utilizarea impactului termic, aliajul este supus unui tratament mecanic.
• Unele compozite au o memorie de formă și sunt deformate cu o cantitate care depășește rezistența la curgere.
• Duritatea oțelului variază între duritatea fierului și duritatea structurilor, obținute prin procedee termice și chimice. Dintre acestea, cea mai cunoscută este întărirea, aplicată materialelor cu conținut ridicat de carbon. Duritatea mare a suprafeței oțelului permite utilizarea acesteia ca instrument de tăiere. Pentru a obține această caracteristică, care persistă la temperaturi ridicate, se adaugă oțelului crom, tungsten, molibden și vanadiu. Măsurați duritatea metalului în Brinell, Vickers și Rockwell.
• Are proprietăți bune de turnare.
• Capacitatea de a fi supus la coroziune este unul dintre dezavantajele majore ale oțelului, deoarece oxidate fier creste in volum duce la apariția de fisuri pe suprafata, care la rândul său accelerează și mai mult procesul de distrugere. În mod tradițional, metalul a fost protejat de coroziune prin diferite tratamente de suprafață. În plus, unele formulări au devenit rezistente la oxidare, de exemplu, materiale inoxidabile.
• Are o conductivitate electrică ridicată, care nu variază în mare măsură în funcție de compoziția aliajului. În liniile electrice aeriene, cel mai adesea se utilizează conductoare de aluminiu, care sunt acoperite cu o jachetă din oțel. Acesta din urmă asigură forța mecanică necesară a firelor și, de asemenea, contribuie la producția lor mai ieftină.
• Folosit pentru a produce magneți permanenți artificiali, deoarece oțelul magnetizat nu își pierde capacitatea magnetică la o anumită temperatură. În același timp, structura metalică a feritei are proprietăți magnetice, în timp ce structura austenită nu este magnetică. Magneții pe bază de oțel pentru a stabiliza structura de ferită conțin, de regulă, aproximativ 10% nichel și crom.
• Cu o temperatură în creștere, produsul din acest material își mărește lungimea. Prin urmare, în cazul în care un design special, există grade de libertate, expansiunea termică nu este o problemă, dar dacă aceste grade de libertate nu există, atunci extinderea oțelului va duce la tensiuni suplimentare care trebuie luate în considerare. Coeficientul de dilatare termică este apropiat de cel al betonului. Acest fapt face posibilă utilizarea lor în comun în construcții de diferite tipuri, astfel de material a fost numit beton armat.
• Este un material neinflamabil, totuși proprietățile mecanice fundamentale se deteriorează rapid sub influența focului deschis.