Materiały metalowe są materiałami najczęściej stosowanymi w naszym codziennym życiu i przemyśle. Dzieli się go głównie na stal, żelazo i-metale nieżelazne, wśród których stal jest najczęściej stosowanym materiałem. Głównym składnikiem stali jest żelazo, a reszta to sztucznie dodawane pierwiastki stopowe i różne zanieczyszczenia. Dzieje się tak właśnie z powodu różnych odmian tych dodanych pierwiastków stopowych. Różne ilości tworzą różne stale, takie jak zwykła stal węglowa, stal nierdzewna, stal stopowa i tak dalej. Wśród tych dodanych pierwiastków bardzo ważną rolę odgrywa węgiel C.
2.1 typowe pierwiastki chemiczne w stali:
Żelazo (FE) stanowi większość wszystkich rodzajów stali. Ponadto zwykle zawiera następujące pierwiastki (powszechnie znane jako pierwiastki stopowe w stali): C (węgiel) Si (krzem) Mn (mangan) P (fosfor) s (siarka) i Cr (chrom) Ni (nikiel) Mo (molibden) Ti (tytan) V (wanad) itp. Ogólnie rzecz biorąc, P i s to zanieczyszczenia. Im niższa zawartość, tym lepsza jakość stali.
2.2 klasyfikacja stali:
W zależności od różnorodności pierwiastków stopowych dodawanych do stali, możemy po prostu podzielić stal na trzy kategorie: stal węglowa, stal stopowa. stal nierdzewna.
(1) stal węglowa: istnieje tylko pięć rodzajów pierwiastków stopowych: C, Si, Mn, P i S. W zależności od zawartości zanieczyszczeń P i s dzieli się ją na zwykłą stal węglową (P, s zazwyczaj mniejsze lub równe 0,040%) i doskonałą stal węglową (P, s zazwyczaj mniejsze lub równe 0,03%)
Typowe rodzaje stali to: zwykła stal węglowa: q215a Q235BF. Doskonała stal węglowa: 20 #. 45 #. 16Mn itp. Ten rodzaj stali ma średnią wytrzymałość i ciągliwość oraz nie jest odporny na korozję. Można go stosować w sytuacjach o niskich wymaganiach i najniższych kosztach
(2) stal stopowa: oprócz pięciu pierwiastków zawartych w stali węglowej dodaje się mniej niż 10% Cr, Mo, V i innych pierwiastków. Typowe rodzaje stali to 15CrMo, 12Cr1MoV, 1Cr5Mo itd. W porównaniu ze stalą węglową stal stopowa ma wyższą wytrzymałość i wyższą odporność na temperaturę, ale jej odporność na korozję jest nadal słaba. Dlatego stal stopowa jest zwykle stosowana w warunkach wysokich temperatur i wysokiego ciśnienia przy niewielkiej korozji, takich jak stal kotłowa, przesył gorącej pary w elektrowni itp., A koszt użytkowania jest na średnim poziomie
(3) stal nierdzewna: zwykle na bazie stali węglowej. Otrzymuje się ją przez dodanie dużej zawartości Cr, Ni i innych stopów, a zawartość ta może sięgać ponad 20%. Typowe gatunki stali to 304304L, 321316l i 1Cr18Ni9Ti. Kilka pierwszych gatunków stali wyrażonych liczbami to gatunki stali japońskiej i amerykańskiej, a ostatni (1Cr18Ni9Ti) to gatunek stali krajowej. Poniżej przedstawiono numeryczną reprezentację gatunku stali jako przykład ilustrujący związek pomiędzy kilkoma elementami ze stali nierdzewnej: dla ogólnego zrozumienia i dla wygody pamięci początkujących możemy tak sądzić (ale niezbyt dokładnie):
304 ------ podstawowy rodzaj stali, zawierający tylko (C < 0,08%), Cr (~ 18%), Ni (~ 9%)
304L ---- 304 (C < 0,05%) ultra-niskowęglowego C nazywa się 304L
321------- 304 + Ti(~0,5%)
316------- 304 + Mies.(~2,5%)
316L - 316 ultra-o niskiej zawartości węgla C (C < 0,05%) nazywa się 316L
Wskaźnik wytrzymałości i wytrzymałości stali nierdzewnej jest najlepszy spośród wszystkich rodzajów stali. Jego najbardziej charakterystyczną zaletą jest odporność na korozję. Stal nierdzewna musi być stosowana w przemyśle chemicznym i papierniczym oraz w innych sytuacjach powodujących korozję. Oczywiście jego koszt jest również najwyższy.
2.3. Właściwości stali wyraża się następująco:
Właściwości użytkowe stali powinny być odzwierciedlone i wyrażone za pomocą niektórych wskaźników. W przypadku stali zwykle używamy jej składu chemicznego i właściwości mechanicznych, aby odzwierciedlić jej jakość i właściwości. Właściwości mechaniczne mają zwykle trzy wskaźniki:
Wytrzymałość na rozciąganie ( σ b. TS): maksymalna zewnętrzna siła rozciągająca, jaką materiał może wytrzymać po zerwaniu.
Granica plastyczności (σ s. YS): minimalna zewnętrzna siła rozciągająca, jaką materiał może wytrzymać w przypadku wystąpienia odkształcenia plastycznego.
Wydłużenie( ψ, EL): procent wydłużenia materiału w kierunku długości po zerwaniu. Im większa jest ta wartość, tym lepsza plastyczność materiału. Czasami do odzwierciedlenia właściwości materiału wykorzystuje się również wartość twardości i udarności.
Nasza najpopularniejsza stal węglowa 20#, Q235 i obca stal SS400, SS41, st37 itp. Ich właściwości są bardzo zbliżone lub w zasadzie mogą się wzajemnie zastępować. Ich odpowiednie parametry są mniej więcej następujące:
C:0,18-0,21% Si: 0,30% Mn:0,5% P,S 0,025%
TS: ~550Mpa YS: ~260Mpa EL: ~25%
2.4 konstrukcja i zmiana stali
Powód, dla którego stal ma różne właściwości, jest w rzeczywistości związany z wewnętrzną strukturą stali. Pod mikroskopem można zobaczyć, że wnętrze stali powstaje w wyniku superpozycji wielu różnych małych bloków, takich jak komórki. Po uważnej obserwacji można stwierdzić, że te małe klocki w rzeczywistości należą do kilku różnych kategorii. Zwykle nazywamy ten sam rodzaj małych bloków „fazą” lub „ciałem”. Jak zwykle mówimy, austenit i ferryt odnoszą się do dwóch najczęstszych struktur w stali, czyli dwóch faz. Które fazy występują w stali, proporcje każdej fazy i kształt fazy wpływają bezpośrednio na właściwości stali. Innymi słowy, jeśli zmieni się rodzaj, proporcja i kształt fazy w stali, właściwości stali odpowiednio się zmienią. Jakie czynniki przyczyniły się zatem do tych zmian na przestrzeni lat? Oczywiście zmiana składu stali z pewnością wpłynie na zmianę właściwości stali. W przypadku pewnego rodzaju stali o stałym składzie, np. stali 20# lub 304L, po odkształceniu i obróbce cieplnej ich właściwości również ulegną zmianie. Podsumowując, głównymi czynnikami wpływającymi na właściwości stali są skład, odkształcenie i temperatura.
2.5 obróbka cieplna stali:
Aby stal osiągnęła możliwie najlepsze parametry użytkowe, jej struktura wewnętrzna musi być ustabilizowana w stabilnym stanie konstrukcyjnym.
W wielu przypadkach musimy poddać stal obróbce cieplnej. Ponieważ wiele naszych produktów jest przetworzonych i zdeformowanych. Jak wspomniano powyżej, mikrostruktura odkształconej stali ulegnie zmianie, to znaczy zmienią się właściwości użytkowe stali, a zmiana ta często jest niechciana. W tym momencie musimy poddać się obróbce cieplnej, aby wyeliminować te zmiany i przywrócić pierwotne właściwości stali. Oczywiście mamy również inne sposoby obróbki cieplnej ze względu na inne względy.
