كم مرة نسمع كلمة "صلب". وهو واضح ليس فقط من قبل المتخصصين في مجال إنتاج المعادن ، ولكن أيضًا من قبل سكان المدينة. لا يوجد هيكل قوي مكتمل بدون الفولاذ. في الواقع ، عندما نتحدث عن شيء معدني ، فإننا نعني منتجًا مصنوعًا من الفولاذ. دعنا نتعرف على مكوناتها وكيف يتم تصنيفها
التعريف
الصلب ربما يكون أكثر السبائك شيوعًا ، والذي يعتمد على الحديد والكربون. علاوة على ذلك ، فإن نصيب الأخير يتراوح بين 0.1 إلى 2.14٪ ، بينما لا يمكن أن يكون الأول أقل من 45٪. سهولة الإنتاج وتوافر المواد الأولية لهما أهمية حاسمة في توزيع هذا المعدن على كافة مجالات النشاط البشري.
تختلف الخصائص الرئيسية للمادة تبعًا لتركيبها الكيميائي. لا يمكن تسمية تعريف الفولاذ على أنه سبيكة تتكون من عنصرين ، الحديد والكربون ، بأنه كامل. قد تشمل ، على سبيل المثال ، الكروم لمقاومة الحرارة ، والنيكل لمقاومة التآكل.
المكونات المطلوبةتوفر المواد فوائد إضافية. لذلك ، يجعل الحديد السبيكة قابلة للطرق وقابلة للتشوه بسهولة في ظل ظروف معينة ، ويصنع الكربون القوة والصلابة في وقت واحد مع هشاشة. هذا هو السبب في أن نصيبها صغير جدًا من إجمالي كتلة الفولاذ. أدى تحديد طريقة إنتاج السبيكة إلى محتوى المنجنيز فيه بنسبة 1٪ والسيليكون - 0.4٪. هناك عدد من الشوائب التي تظهر أثناء انصهار المعدن والتي يحاولون التخلص منها. إلى جانب الفوسفور والكبريت ، يؤدي الأكسجين والنيتروجين أيضًا إلى تدهور خصائص المادة ، مما يجعلها أقل متانة ويغير ليونة.
التصنيف
تعريف الفولاذ كمعدن مع مجموعة معينة من الخصائص ، بالطبع ، لا شك فيه. ومع ذلك ، فإن تكوينها هو بالضبط ما يجعل من الممكن تصنيف المواد في عدة اتجاهات. لذلك ، على سبيل المثال ، تتميز المعادن بالميزات التالية:
- على المواد الكيميائية ؛
- هيكلي ؛
- حسب الجودة ؛
- على النحو المنشود ؛
- حسب درجة الأكسدة ؛
- بالصلابة ؛
- على لحام الفولاذ.
تعريف الصلب ووضع العلامات وجميع خصائصه سيتم وصفها أدناه.
بمناسبة
لسوء الحظ ، لا يوجد تصنيف عالمي للصلب ، مما يعقد التجارة بين الدول بشكل كبير. في روسيا ، يتم تحديد نظام أبجدي رقمي. تشير الأحرف إلى اسم العناصر وطريقة إزالة الأكسدة ، وتشير الأرقام إلى عددها.
التركيب الكيميائي
هناك طريقتانتقسيم الفولاذ بالتركيب الكيميائي. التعريف الذي قدمته الكتب المدرسية الحديثة يجعل من الممكن التمييز بين الكربون والمواد المخلوطة.
تحدد السمة الأولى الفولاذ على أنه منخفض الكربون ومتوسط وعالي الكربون ، والثاني - سبيكة منخفضة ، وسبائك متوسطة وعالية. يسمى المعدن منخفض الكربون ، والذي ، وفقًا لـ GOST 3080-2005 ، قد يشمل ، بالإضافة إلى الحديد ، المكونات التالية:
- كربون - حتى 0.2٪. يعزز التقوية الحرارية ، مما يؤدي إلى مضاعفة قوة الشد والصلابة.
- المنجنيز بكمية تصل إلى 0.8٪ يدخل بنشاط في رابطة كيميائية مع الأكسجين ويمنع تكوين أكسيد الحديد. المعدن أكثر قدرة على تحمل الأحمال الديناميكية وأكثر قابلية للتصلب الحراري.
- السيليكون - حتى 0.35٪. يحسن الخواص الميكانيكية مثل المتانة والقوة وقابلية اللحام.
وفقًا لـ GOST ، يُعطى تعريف الفولاذ على أنه صلب منخفض الكربون لمعدن يحتوي ، بالإضافة إلى مفيدة ، على عدد من الشوائب الضارة بالكمية التالية. هذا هو:
- الفوسفور - ما يصل إلى 0.08٪ مسؤول عن ظهور الهشاشة الباردة ويضعف القدرة على التحمل والقوة. يقلل من صلابة المعدن
- كبريت - حتى 0.06٪. إنه يعقد معالجة المعدن بالضغط ، ويزيد من هشاشة المزاج.
- نيتروجين. يقلل من الخصائص التكنولوجية وقوة السبيكة.
- أكسجين. يقلل القوة ويتعارض مع أدوات القطع
وتجدر الإشارة إلى أن منخفضة أوالفولاذ منخفض الكربون ناعم ومرن بشكل خاص. يتشوهون جيدًا على حد سواء ساخنًا وباردًا.
تعريف الفولاذ الكربوني المتوسط بالإضافة إلى تكوينه يختلف بالطبع عن المادة الموضحة أعلاه. والفارق الأكبر هو كمية الكربون والتي تتراوح من 0.2 إلى 0.45٪. يتمتع هذا المعدن بصلابة وليونة منخفضة إلى جانب خصائص قوة ممتازة. يشيع استخدام الفولاذ الكربوني المتوسط للأجزاء المستخدمة تحت أحمال الطاقة العادية.
إذا كان محتوى الكربون يزيد عن 0.5٪ ، فإن هذا الفولاذ يسمى الفولاذ عالي الكربون. لقد زاد من الصلابة ، وانخفاض اللزوجة ، والليونة ، ويستخدم لختم الأدوات والأجزاء بالتشوه الساخن والبارد.
بالإضافة إلى تحديد الكربون الموجود في الفولاذ ، يمكن تحديد خصائص المادة من خلال وجود شوائب إضافية فيها. إذا تم إدخال الكروم والنيكل والنحاس والفاناديوم والتيتانيوم والنيتروجين في حالة مرتبطة كيميائيًا ، بالإضافة إلى العناصر العادية ، في المعدن ، عندئذٍ يطلق عليه مخدر. تقلل هذه المواد المضافة من مخاطر الكسر الهش ، وتزيد من مقاومة التآكل والقوة. يشير عددهم إلى درجة صناعة سبائك الصلب:
- منخفض السبائك - يحتوي على ما يصل إلى 2.5٪ إضافات صناعة السبائك ؛
- متوسط مخلوط - من 2.5 إلى 10٪ ؛
- مخلوط بدرجة عالية - حتى 50٪.
ماذا يعني هذا؟ على سبيل المثال ، بدأ تقديم زيادة أي خصائص على النحو التالي:
- إضافة الكروم. إيجابييؤثر على الخواص الميكانيكية بالفعل بنسبة 2٪ من المجموع
- إدخال النيكل من 1 إلى 5٪ يزيد من هامش درجة حرارة اللزوجة. ويقلل الهشاشة الباردة
- يعمل المنجنيز بنفس طريقة عمل النيكل ، على الرغم من أنه أرخص بكثير. ومع ذلك ، فهو يساعد على زيادة حساسية المعدن لارتفاع درجة الحرارة.
- التنغستن مادة مضافة لتشكيل الكربيد توفر صلابة عالية. لأنه يمنع نمو الحبوب عند تسخينها.
- الموليبدينوم مادة مضافة باهظة الثمن. مما يزيد من مقاومة الحرارة للفولاذ عالي السرعة.
- السيليكون. يزيد من مقاومة الأحماض ، والمرونة ، ومقاومة التقشر
- التيتانيوم. قد يعزز بنية الحبوب الدقيقة عند دمجه مع الكروم والمنغنيز.
- نحاس. يزيد من خصائص مقاومة التآكل.
- الومنيوم. يزيد من مقاومة الحرارة ، التحجيم ، الصلابة.
هيكل
لن يكتمل تحديد تركيبة الفولاذ دون دراسة هيكله. ومع ذلك ، فإن هذه العلامة ليست ثابتة ، وقد تعتمد على عدد من العوامل ، مثل: طريقة المعالجة الحرارية ، ومعدل التبريد ، ودرجة صناعة السبائك. وفقًا للقواعد ، يجب تحديد الهيكل الفولاذي بعد التلدين أو التطبيع. بعد التلدين ، ينقسم المعدن إلى:
- هيكل مؤيد للانصهار - مع الفريت الزائد ؛
- سهل الانصهار ، والذي يتكون من البيرلايت ؛
- hypereutectoid - مع الكربيدات الثانوية ؛
- ليد بوريت - مع الكربيدات الأولية ؛
- الأوستنيتي - بشبكة بلورية محورها الوجه ؛
- حديدي - مع شعرية مكعب محورها الجسم.
تحديد فئة الفولاذ ممكن بعد التطبيع. يُفهم على أنه نوع من المعالجة الحرارية ، والذي يشمل التسخين والتثبيت والتبريد اللاحق. هنا ، يتم تمييز درجات اللؤلؤ والأوستنيتي والحديد.
الجودة
أصبح تحديد الأنواع ممكنًا من حيث الجودة بأربع طرق. هذا هو:
- جودة عادية - هي أنواع من الفولاذ ذات محتوى كربوني يصل إلى 0.6٪ ، ويتم صهرها في أفران ذات موقد مفتوح أو في محولات تستخدم الأكسجين. تعتبر أرخص وأقل في خصائص معادن المجموعات الأخرى. مثال على هذا الفولاذ هو St0 و St3sp و St5kp.
- الجودة. الممثلون البارزون من هذا النوع هم الفولاذ St08kp و St10ps و St20. يتم صهرها باستخدام نفس الأفران ، ولكن مع متطلبات أعلى لعمليات الشحن والإنتاج.
- الفولاذ عالي الجودة يتم صهره في الأفران الكهربائية ، مما يضمن زيادة نقاء المادة للشوائب غير المعدنية ، أي تحسين الخواص الميكانيكية. وتشمل هذه المواد St20A ، St15X2MA.
- جودة عالية بشكل خاص - مصنوعة وفقًا لطريقة علم المعادن الخاص. وهي تخضع لإعادة الصهر بالكهرباء ، والتي توفر التنقية من الكبريتيدات والأكاسيد. تشمل أنواع الفولاذ من هذا النوع St18KhG-Sh و St20KhGNTR-Sh.
الفولاذ الإنشائي
ربما تكون هذه هي العلامة الأكثر بساطة ومفهومة بالنسبة للشخص العادي. هناك أنواع الفولاذ الإنشائي والأدوات والأغراض الخاصة. عادة ما يتم تقسيم الهيكلية إلى:
- فولاذ البناء عبارة عن فولاذ كربوني ذو جودة عادية ويمثل سلسلة السبائك المنخفضة. تخضع لعدة متطلبات ، أهمها قابلية اللحام بمستوى عالٍ بدرجة كافية. مثال على ذلك StS255، StS345T، StS390K، StS440D.
- تُستخدم المواد الأسمنتية لصنع منتجات تعمل في ظل ظروف تآكل السطح وتتعرض في نفس الوقت لأحمال ديناميكية. وتشمل هذه الفولاذ منخفض الكربون St15 و St20 و St25 وبعض أنواع السبائك: St15Kh و St20Kh و St15KhF و St20KhN و St12KhNZA و St18Kh2N4VA و St18Kh2N4MA و St18KhGT و St20KhGR و St30KhGT.
- للختم البارد ، يتم استخدام أوراق ملفوفة من عينات عالية الجودة منخفضة الكربون. مثل St08Yu و St08ps و St08kp.
- الفولاذ القابل للمعالجة الذي تم تحسينه من خلال عملية التبريد والتلطيف العالي. هذه عبارة عن فولاذ متوسط الكربون (St35 ، St40 ، St45 ، St50) ، الكروم (St40X ، St45X ، St50X ، St30XRA ، St40XR) ، وكذلك الكروم والسيليكون والمنغنيز والكروم والنيكل والموليبدينوم والكروم والنيكل.
- الينابيع الربيعية لها خواص مرنة وتحتفظ بها لفترة طويلة حيث انها تتمتع بدرجة عالية من المقاومة للارهاق والدمار. هؤلاء هم ممثلو الكربون من St65 ، St70 والفولاذ المخلوط (St60S2 ، St50KhGS ، St60S2KhFA ، St55KhGR).
- العينات عالية القوة هي تلك التي تمتلك ضعف قوة الفولاذ الإنشائي الآخر ، ويتم تحقيقها عن طريق المعالجة الحرارية والتركيب الكيميائي. في الحجم ، هذه عبارة عن فولاذ متوسط الكربون مخلوط ، على سبيل المثال ، St30KhGSN2A ، St40KhN2MA ، St30KhGSA ، St38KhN3MA ، StOZN18K9M5T ، St04KHIN9M2D2TYu.
- واضعا الكرةيتميز الفولاذ بقدرة تحمل خاصة ودرجة عالية من مقاومة التآكل والقوة. هم مطلوبون لتلبية متطلبات عدم وجود أنواع مختلفة من الادراج. تشتمل هذه العينات على فولاذ عالي الكربون مع محتوى من الكروم في التركيب (StSHKh9 ، StSHKh15).
- التعاريف التلقائية للصلب هي كما يلي. هذه عينات للاستخدام في تصنيع المنتجات غير الحرجة مثل البراغي والصواميل والبراغي. عادة ما يتم تشكيل قطع الغيار هذه. لذلك ، تتمثل المهمة الرئيسية في زيادة إمكانية تشغيل الأجزاء ، والتي يتم تحقيقها عن طريق إدخال التيلوريوم والسيلينيوم والكبريت والرصاص في المادة. تساهم هذه الإضافات في تكوين رقائق هشة وقصيرة أثناء المعالجة وتقليل الاحتكاك. تم تعيين الممثلين الرئيسيين للفولاذ الأوتوماتيكي على النحو التالي: StA12، StA20، StA30، StAS11، StAS40.
- الفولاذ المقاوم للتآكل عبارة عن سبائك فولاذية تحتوي على نسبة من الكروم تبلغ حوالي 12٪ ، لأنها تشكل طبقة أكسيد على السطح تمنع التآكل. ممثلو هذه السبائك هم St12X13 ، St20X17N2 ، St20X13 ، St30X13 ، St95X18 ، St15X28 ، St12X18NYUT ،
- تُستخدم العينات المقاومة للاهتراء في المنتجات التي تعمل تحت الاحتكاك الكاشطة والصدمات والضغط القوي. مثال على ذلك أجزاء مسارات السكك الحديدية والكسارات وآلات كاتربيلر ، مثل St110G13L.
- يمكن للفولاذ المقاوم للحرارة العمل في درجات حرارة عالية. يتم استخدامها في صناعة الأنابيب وقطع غيار توربينات الغاز والبخار. هذه العينات عبارة عن عينات منخفضة الكربون عالية السبائك ، والتي تحتوي بالضرورة على النيكل ، والذي قد يحتوي على مواد مضافة في الشكلالموليبدينوم والنبيوم والتيتانيوم والتنغستن والبورون. من الأمثلة على ذلك St15XM ، St25X2M1F ، St20XZMVF ، St40HUS2M ، St12X18N9T ، StXN62MVKYU.
- المقاومة للحرارة مقاومة بشكل خاص للتلف الكيميائي في الهواء والغاز والأفران والبيئات المؤكسدة والكربنة ، ولكنها تظهر الزحف تحت الأحمال الشديدة. ممثلو هذا النوع هم St15X5 و St15X6SM و St40X9S2 و St20X20H14S2.
أدوات الصلب
في هذه المجموعة ، يتم تقسيم السبائك إلى قوالب لأدوات القطع والقياس. هناك نوعان من فولاذ القوالب.
- يجب أن تتمتع مادة التشكيل على البارد بدرجة عالية من الصلابة والقوة ومقاومة التآكل ومقاومة الحرارة. لكن لديك لزوجة كافية (StX12F1، StX12M، StX6VF، St6X5VMFS).
- مادة التشكيل الساخنة لديها قوة وصلابة جيدة. إلى جانب مقاومة التآكل ومقاومة الحجم (St5KhNM ، St5KhNV ، St4KhZVMF ، St4Kh5V2FS).
فولاذ أداة القياس ، بالإضافة إلى مقاومة التآكل والصلابة ، يجب أن تكون ثابتة الأبعاد وسهلة الطحن. الكوادر ، المواد الأساسية ، القوالب ، المساطر ، المقاييس ، البلاط مصنوعة من هذه السبائك. من الأمثلة على ذلك السبائك StU8 ، St12Kh1 ، StKhVG ، StKh12F1.
تحديد مجموعات الصلب لأدوات القطع سهل إلى حد ما. يجب أن تتمتع هذه السبائك بقدرة قطع وصلابة عالية لفترة طويلة ، حتى عند تعرضها للحرارة. وتشمل هذه أداة الكربون والسبائك ، وكذلكفولاذ عالي السرعة. هنا يمكنك تسمية الممثلين البارزين التاليين: StU7، StU13A، St9XS، StKhVG، StR6M5، Stryuk5F5.
إزالة الأكسدة من السبيكة
تحديد الفولاذ حسب درجة إزالة الأكسدة يدل على أنواعه الثلاثة: هادئ وشبه هادئ وغليان. يشير المفهوم ذاته إلى إزالة الأكسجين من السبيكة السائلة.
الصلب الهادئ لا ينبعث منه غازات أثناء التصلب. ويرجع ذلك إلى الإزالة الكاملة للأكسجين وتشكيل تجويف انكماش أعلى السبيكة ، ثم يتم قطعها.
في الفولاذ شبه الهادئ ، يتم إطلاق الغازات جزئيًا ، أي أكثر من الفولاذ الهادئ ، ولكن أقل من تلك الموجودة في الغليان. لا يوجد صدفة هنا ، كما في الحالة السابقة ، لكن تتشكل فقاعات في الأعلى.
تطلق سبائك الغليان كمية كبيرة من الغاز عند تصلبها ، ويكفي في المقطع العرضي ملاحظة الاختلاف في التركيب الكيميائي بين الطبقتين العلوية والسفلية.
صلابة
يشير هذا المفهوم إلى قدرة المادة على مقاومة اختراق أصعب لها. أصبح تحديد الصلابة ممكنًا باستخدام ثلاث طرق: L. Brinell ، M. Rockwell ، O. Vickers.
وفقًا لطريقة برينل ، يتم ضغط كرة فولاذية صلبة في سطح الأرض للعينة. بدراسة قطر الطباعة حدد الصلادة
طريقة لتقدير صلابة الفولاذ حسب روكويل. يعتمد على حساب عمق الاختراق لطرف مخروطي من الماس 120 درجة.
وفقًا لفيكرز في عينة الاختباريتم الضغط على هرم رباعي السطوح من الماس. بزاوية 136 درجة على الوجوه المتقابلة
هل يمكن تحديد درجة الفولاذ بدون تحليل كيميائي؟ المتخصصون في مجال علم المعادن قادرون على التعرف على درجة الفولاذ بواسطة شرارة. يمكن تحديد مكونات المعدن أثناء معالجته. لذلك على سبيل المثال:
- فولاذ CVG به شرارات قرمزية داكنة مع نقاط وخصلات صفراء-حمراء. في نهايات الخيوط المتفرعة تظهر نجوم حمراء لامعة مع حبيبات صفراء في المنتصف
- فولاذ P18 يتم التعرف عليه أيضًا بواسطة شرارات قرمزية داكنة مع خصلات صفراء وحمراء في البداية ، ومع ذلك ، فإن الخيوط مستقيمة ولا تحتوي على شوكات. في نهايات الحزم توجد شرارات ذات حبة أو اثنتين من الحبوب الصفراء الفاتحة.
- درجات الصلب ХГ ، Х ، ШХ15 ، ШХ9 لها شرارات صفراء مع نجوم فاتحة. وحبوب حمراء على الاغصان
- الصلب U12F يتميز بشرارات صفراء فاتحة مع نجوم كثيفة وكبيرة. مع عدة خصلات حمراء وصفراء.
- الفولاذ 15 و 20 به شرارات صفراء فاتحة والعديد من الشوك والنجوم. لكن القليل من الخصلات.
تحديد الفولاذ بواسطة شرارة طريقة دقيقة إلى حد ما للمتخصصين. ومع ذلك ، لا يمكن للناس العاديين أن يميزوا المعدن بفحص لون الشرارة فقط.
قابلية اللحام
خاصية المعادن لتشكيل مفصل تحت تأثير معين تسمى قابلية لحام الفولاذ. يمكن تحديد هذا المؤشر بعد الكشف عن محتوى الحديد والكربون.
يُعتقد أنها متصلة جيدًا باللحامفولاذ منخفض الكربون. عندما يتجاوز محتوى الكربون 0.45٪ ، تتدهور قابلية اللحام وتصبح أسوأ عندما يكون محتوى الكربون مرتفعًا. يحدث هذا أيضًا بسبب زيادة عدم تجانس المادة ، وتبرز شوائب الكبريتيد عند حدود الحبوب ، مما يؤدي إلى تكوين تشققات وزيادة في الضغط الداخلي.
مكونات السبائك تعمل أيضًا ، مما يؤدي إلى تفاقم الاتصال. أكثر العناصر غير المواتية للحام هي العناصر الكيميائية مثل الكروم والموليبدينوم والمنغنيز والسيليكون والفاناديوم والفوسفور.
ومع ذلك ، فإن الامتثال للتكنولوجيا عند العمل باستخدام فولاذ منخفض السبائك يوفر نسبة جيدة من قابلية اللحام دون استخدام تدابير خاصة. يمكن تحديد قابلية اللحام بعد تقييم عدد من الصفات المادية الهامة ، بما في ذلك:
- سرعة التبريد.
- التركيب الكيميائي
- منظر للبلورة الأولية والتغيرات الهيكلية أثناء اللحام.
- قدرة المعدن على تشكيل الشقوق
- ميل المادة لتشكيل تصلب.
