In unserer Zeit sind die Produkte der metallurgischen Industrie aus menschlichen Tätigkeiten nicht mehr wegzudenken. Verschiedene Metalle und Legierungen haben buchstäblich unser Leben überschwemmt. Kohlenstoffstahl, der in nahezu allen Branchen und Bereichen seine aktive Anwendung gefunden hat, ist keine Ausnahme. Volkswirtschaft. Seine Eigenschaften, Zweck und Zusammensetzung werden in diesem Artikel diskutiert.
Definition
Wir weisen also zunächst darauf hin, dass Kohlenstoffstahl eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff ist. Darüber hinaus sollte der Gehalt des letzten Elements nicht mehr als 2,14% betragen. Unabhängig davon lohnt es sich, die Klassifizierung zu berücksichtigen. Ein solcher Stahl kann geteilt werden durch:
- Struktur;
- Produktionsmethode;
- Grad der Desoxidation;
- Qualität;
- Bestimmungsort.
All dies wird nachstehend erörtert.
Legierung struktur
Kohlenstoffstahl passiert:
- Hypereutektoid (Kohlenstoffgehalt beträgt weniger als 0,8%);
- Eutektoid (Kohlenstoff hat eine Konzentration von 0,8%);
- übereutektoid (Kohlenstoff mehr als 0,8%).
Mit dieser Abstufung können Sie die Eigenschaften von Kohlenstoffstahl bestimmen.
Produktionsmethoden
Absolut jeder Stahl basiert zunächst auf Gusseisen, das anschließend mit einer speziellen Technologie verarbeitet wird. Kohlenstoffstahl kann durch drei Hauptmethoden erzeugt werden:
- Konverter Schmelzen;
- offene Feuerstelle schmelzen;
- elektrothermische Behandlung.
Die Erzeugung von Stahl im Konverter erfolgt durch Einblasen von unter Druck stehendem Sauerstoff in die Eisenschmelze. Der Konverter selbst ist ein birnenförmiger Ofen, der von innen mit einem speziellen feuerfesten Stein ausgekleidet ist. Je nachdem welches Mauerwerk (dinas SiO2 oder die Dolomitmasse von CaO und MgO) befindet sich im Konverter, diese Methode wird in Bessemer und Thomas unterteilt.
Bei der Aufbereitung von Stahl in einem Ofen mit offener Feuerstelle wird Kohlenstoff aus Gusseisen mit Sauerstoff verbrannt, der nicht nur in der Luft, sondern auch in Eisenoxiden enthalten ist, die in Form von Schrott und Eisenerz in den Ofen gelangen.
Bei der Open-Hearth-Methode wird im Gegensatz zur Konvertermethode die chemische Zusammensetzung des Endprodukts am Auslass durch Einbringen von Metallkomponenten im erforderlichen Verhältnis gesteuert. Leider ist das offene Verfahren zur Stahlherstellung trotz seiner Vorteile heute aufgrund seiner technologischen Rückständigkeit und zu vieler schädlicher Emissionen in die Umwelt nicht mehr relevant.
In elektrothermischen Öfen wird Stahl höchster Qualität hergestellt. Dies ist möglich, weil von außen fast keine Luft in den Ofen gelangt. Aus diesem Grund wird so gut wie kein schädliches Eisenmonoxid gebildet, dh es verringert die Eigenschaften von Stahl und verschmutzt ihn. Darüber hinaus sinkt die Ofentemperatur nicht unter 1650 ° C, wodurch Sie unerwünschte Verunreinigungen in Form von Phosphor und Schwefel entfernen können.
Die Ladung für solche Öfen kann unterschiedlich sein: Gusseisen kann in der Menge überwiegen, aber manchmal macht Metallschrott die Mehrheit aus. Es ist auch möglich, Stahl mit sehr hochschmelzenden Materialien - Wolfram und Molybdän - zu legieren. Möglicherweise ist der einzige wesentliche Nachteil dieser Stahlerzeugungsmethode die Energieintensität, da pro Tonne geschmolzener Masse bis zu 800 kW / h erzeugt werden können.
Chemische Komponenten
Die Zusammensetzung des Kohlenstoffstahls ist genauer zu betrachten. Wir weisen zuerst auf Kohlenstoff hin. Es ist dieses Element, das sich direkt auf die Festigkeit und Härte von Stahl auswirkt: Je mehr es ist, desto höher sind die obigen Eigenschaften, während die Duktilität verringert wird.
Mangan und Silizium sind keine Komponenten, die die Eigenschaften von Stahl wesentlich beeinflussen. Im Schmelzprozess werden sie zum Zwecke der Spaltung eingebracht.
Schwefel gilt als äußerst schädliche Verunreinigung. Dadurch wird Stahl bei der Druckvorbehandlung spröde. Schwefel verringert auch die Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Phosphor führt zu Kältesprödigkeit - Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen.
Ferrit führt eine weiche und plastische Mikrostruktur in den Stahl ein. Sein Antipode ist Zementit - Eisencarbid, das die Härte erhöht.
Arten der Wärmebehandlung
Kohlenstoffstähle, deren Einsatz fast überall dort möglich ist, wo ein Mensch lebt, können seine mechanischen Eigenschaften erheblich verändern. Zu diesem Zweck sollte eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, bei der die Struktur des Stahls während des Erhitzens, Alterns und anschließenden Abkühlens auf der Grundlage eines speziellen Regimes geändert wird.
Es gibt solche Arten der Wärmebehandlung:
- Glühen - verringert die Härte und zermahlt die Körner, erhöht die Verarbeitbarkeit, Zähigkeit und Duktilität, verringert die inneren Spannungen und beseitigt strukturelle Heterogenitäten.
- Normalisierung - Korrigiert die Struktur von überhitztem und gegossenem Stahl und beseitigt das sekundäre Zementitnetzwerk in übereutektoidem Stahl.
- Abschrecken - ermöglicht es Ihnen, die höchste Härte und Festigkeit zu erzielen.
- Urlaub
Differenzierung wie beabsichtigt
Kohlenstoffstahl wird in zwei große Gruppen unterteilt:
- instrumental;
- strukturelle (unterscheiden gewöhnliche, hochwertige und automatische Sorten).
Gewöhnliche Stähle sind mit den Buchstaben "St" und einer Nummer von 0 bis 6 gekennzeichnet. Alle Stähle mit einer Markennummer von 1 bis 4 werden kochend, halbruhig und ruhig hergestellt. Die Zahlen 5 und 6 können nur ruhig oder halb ruhig sein. Außerdem sind diese Stähle in drei große Gruppen unterteilt: A, B, C.
- Gruppe A. Je höher die Zahl in der Stahlmarkierung ist, desto höher ist die Festigkeit.
- Gruppe B. Mit zunehmender Anzahl steigt der Kohlenstoffgehalt.
- Gruppe B. Mechanische Eigenschaften entsprechen der Gruppe A, die chemische Zusammensetzung entspricht der gleichnamigen Gruppe B.
Die gebräuchlichsten Konstruktionsarten sind St1 und St2. Es sind diese Marken, die an der Schaffung von Stauseen, Rohrleitungen und Kolonnen beteiligt sind. St3 und St 4 sind für den Bau von Bauwerken relevant, und aus ihnen wird auch eine Bewehrung für Stahlbeton hergestellt. GOST 380-2005 Kohlenstoffstahl ist die Basis für Blech, Rundstahl, I-Träger und Kanalstahl.
Hochwertige Stähle zeichnen sich durch Billigkeit und Qualität aus. Beschriften Sie sie wie folgt: von 08 bis 85 mit dem Präfix am Ende von "PS" (halb leise), "SP" (ruhig), "KP" (kochend). Die Zahlen geben die Kohlenstoffkonzentration in Hundertstelprozent an.
Werkzeugstähle werden zur Herstellung von drei Hauptgruppen von Werkzeugen verwendet: Schneiden, Messen, Stanzen. Die Zahlen auf dem Etikett geben den Kohlenstoffgehalt in Zehntelprozent an.
Chemische Exposition
Kohlenstoff- und legierte Stähle können besonderen Behandlungen unterzogen werden.
Eine davon ist die Zementierung - ein Prozess, der die Diffusionssättigung der Oberflächenschicht von Stahl mit Kohlenstoff bei Erwärmung in einem geeigneten Medium darstellt. Das ultimative Ziel der Operation ist es, eine hohe Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit mit einem viskosen Kern zu erzielen. Eine Zementierung kann auch in einem festen Vergaser auftreten, der eine Mischung aus Holzkohle und Kohlendioxid ist.
Das Stahlnitrieren ist ein Prozess, der in der Diffusionssättigung der Oberflächenschicht von Stahl mit Stickstoff besteht. Dieses Verfahren wird in einer Ammoniakatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 700 Grad Celsius durchgeführt. Das Nitrieren wird durchgeführt, um die Oberfläche des Teils zu erhalten, die verschleißfest und korrosionsbeständig ist und eine große Härte aufweist.
Borirovanie - die obere Stahlschicht ist mit Bor gesättigt. Dies geschieht, um die Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Härte zu erhöhen.
Um hitzebeständige Oberflächen zu erhalten, wird auch Aliasing verwendet - die Sättigung von Stahl mit Aluminium.
Legierung kohlenstoffstahlsorten
Diese große Gruppe gliedert sich in Konstruktions-, Werkzeug- und Stahlteile mit besonderen Eigenschaften. Die ersten werden zur Herstellung von Zahnrädern, Buchsen, Stehbolzen und Teilen verwendet, die unter extrem schwierigen Belastungsbedingungen arbeiten. Zu dieser Gruppe gehören außerdem Federstähle und kugelgelagerte Stähle.
Schneid- und Messwerkzeuge werden aus Werkzeugstählen hergestellt.
Die besonderen Eigenschaften des beschriebenen Werkstoffs zeigen sich in seiner Zunder- und Wärmebeständigkeit. Auch rostfreie Qualitäten können hier einbezogen werden.
Fazit
Wie Sie aus dem Vorstehenden bereits offensichtlich verstanden haben, ist Kohlenstoffstahl heute einer der gefragtesten Werkstoffe (sein Verwendungszweck ist breit gefächert). Es ist eine relativ kostengünstige Basis für die Schaffung vieler Maschinen, Mechanismen, Teile, Strukturen, Gebäude, Strukturen und im Allgemeinen viel von dem, was uns umgibt. Die Weltmarktführer in der Stahlproduktion heißen jetzt China, Japan, Deutschland und die Vereinigten Staaten. Es sind diese Länder, die den Ton für die Metallurgie auf dem Planeten angeben.
