Bakal: kahulugan, pag-uuri, komposisyon ng kemikal at aplikasyon

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Gaano kadalas nating marinig ang salitang "bakal". At ito ay binibigkas hindi lamang ng mga propesyonal sa larangan ng produksyon ng metalurhiko, kundi pati na rin ng mga taong-bayan. Walang matibay na istraktura ang kumpleto nang walang bakal. Sa katunayan, kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang bagay na metal, ang ibig nating sabihin ay isang produktong gawa sa bakal. Alamin natin kung ano ang binubuo nito at kung paano ito inuuri.

Definition

Ang bakal ay marahil ang pinakasikat na haluang metal, na nakabatay sa bakal at carbon. Bukod dito, ang bahagi ng huli ay umaabot mula 0.1 hanggang 2.14%, habang ang una ay hindi maaaring mas mababa sa 45%. Ang kadalian ng paggawa at pagkakaroon ng mga hilaw na materyales ay napakahalaga sa pamamahagi ng metal na ito sa lahat ng bahagi ng aktibidad ng tao.

Ang mga pangunahing katangian ng materyal ay nag-iiba depende sa kemikal na komposisyon nito. Ang kahulugan ng bakal bilang isang haluang metal na binubuo ng dalawang sangkap, iron at carbon, ay hindi matatawag na kumpleto. Maaaring kabilang dito, halimbawa, ang chromium para sa heat resistance, at nickel para sa corrosion resistance.

Mga kinakailangang bahagiang mga materyales ay nagbibigay ng karagdagang mga benepisyo. Kaya, ginagawa ng bakal ang haluang metal na malleable at madaling ma-deform sa ilalim ng ilang mga kundisyon, at ang carbon ay gumagawa ng lakas at katigasan nang sabay-sabay sa brittleness. Kaya naman napakaliit ng bahagi nito sa kabuuang masa ng bakal. Ang pagpapasiya ng paraan ng paggawa ng haluang metal ay humantong sa nilalaman ng mangganeso sa loob nito sa halagang 1% at silikon - 0.4%. Mayroong isang bilang ng mga impurities na lumilitaw sa panahon ng pagtunaw ng metal at kung saan sinusubukan nilang alisin. Kasama ng phosphorus at sulfur, pinapababa ng oxygen at nitrogen ang mga katangian ng materyal, na ginagawa itong hindi gaanong matibay at nagbabago ng ductility.

Pag-uuri

Ang kahulugan ng bakal bilang isang metal na may tiyak na hanay ng mga katangian, siyempre, ay walang pag-aalinlangan. Gayunpaman, tiyak na komposisyon nito ang ginagawang posible na pag-uri-uriin ang materyal sa maraming direksyon. Kaya, halimbawa, ang mga metal ay nakikilala sa pamamagitan ng mga sumusunod na tampok:

• sa kemikal;
• structural;
• ayon sa kalidad;
• as intended;
• ayon sa antas ng deoxidation;
• sa tigas;
• sa steel weldability.

Depinisyon ng bakal, pagmamarka at lahat ng katangian nito ay ilalarawan sa ibaba.

Pagmamarka

Sa kasamaang palad, walang pandaigdigang pagtatalaga ng bakal, na lubos na nagpapahirap sa kalakalan sa pagitan ng mga bansa. Sa Russia, tinukoy ang isang alphanumeric system. Ang mga titik ay nagpapahiwatig ng pangalan ng mga elemento at ang paraan ng deoxidation, at ang mga numero ay nagpapahiwatig ng kanilang numero.

Kemikal na komposisyon

May dalawang paraanpaghahati ng bakal sa pamamagitan ng kemikal na komposisyon. Ang kahulugan na ibinigay ng mga modernong aklat-aralin ay ginagawang posible na makilala ang pagitan ng carbon at alloyed na materyal.

Ang unang katangian ay tumutukoy sa bakal bilang low-carbon, medium-carbon at high-carbon, at ang pangalawa - low-alloy, medium-alloy at high-alloy. Ang isang low-carbon metal ay tinatawag, na, ayon sa GOST 3080-2005, ay maaaring kasama, bilang karagdagan sa bakal, ang mga sumusunod na bahagi:

• Carbon - hanggang 0.2%. Itinataguyod nito ang pagpapalakas ng thermal, dahil dito nadodoble ang tensile strength at hardness.
• Ang Manganese sa halagang hanggang 0.8% ay aktibong pumapasok sa isang chemical bond na may oxygen at pinipigilan ang pagbuo ng iron oxide. Ang metal ay mas mahusay na makayanan ang mga dynamic na pagkarga at mas madaling tanggapin sa thermal hardening.
• Silicon – hanggang 0.35%. Pinapabuti nito ang mga mekanikal na katangian tulad ng tigas, lakas, weldability.

Ayon sa GOST, ang kahulugan ng bakal bilang low-carbon steel ay ibinibigay sa isang metal na naglalaman, bilang karagdagan sa kapaki-pakinabang, ilang nakakapinsalang impurities sa sumusunod na dami. Ito ay:

• Phosphorus - hanggang 0.08% ang responsable para sa hitsura ng malamig na brittleness, nakakapinsala sa tibay at lakas. Binabawasan ang tigas ng metal.
• Sulfur - hanggang 0.06%. Pinapalubha nito ang pagpoproseso ng metal sa pamamagitan ng pressure, pinatataas ang temper brittleness.
• Nitrogen. Binabawasan ang mga teknolohikal at lakas na katangian ng haluang metal.
• Oxygen. Binabawasan ang lakas at nakakasagabal sa mga cutting tool.

Dapat tandaan na mababa oAng mga low-carbon na bakal ay partikular na malambot at ductile. Maganda ang kanilang anyo kapwa mainit at malamig.

Ang kahulugan ng medium carbon steel pati na rin ang komposisyon nito ay siyempre iba sa materyal na inilarawan sa itaas. At ang pinakamalaking pagkakaiba ay ang dami ng carbon, na umaabot sa 0.2 hanggang 0.45%. Ang nasabing metal ay may mababang katigasan at kalagkitan kasama ang mahusay na mga katangian ng lakas. Karaniwang ginagamit ang katamtamang carbon steel para sa mga bahagi na ginagamit sa ilalim ng normal na pagkarga ng kuryente.

Kung ang nilalaman ng carbon ay higit sa 0.5%, kung gayon ang naturang bakal ay tinatawag na high-carbon steel. Ito ay tumaas ang katigasan, nabawasan ang lagkit, ductility, at ginagamit para sa pag-stamp ng mga tool at mga bahagi sa pamamagitan ng mainit at malamig na pagpapapangit.

Bilang karagdagan sa pagtukoy sa carbon na naroroon sa bakal, ang pagpapasiya ng mga katangian ng materyal ay posible sa pamamagitan ng pagkakaroon ng karagdagang mga dumi sa loob nito. Kung, bilang karagdagan sa mga ordinaryong elemento, ang chromium, nickel, tanso, vanadium, titanium, nitrogen sa isang estado na nakagapos sa kemikal ay sadyang ipinakilala sa metal, kung gayon ito ay tinatawag na doped. Ang ganitong mga additives ay nagbabawas sa panganib ng malutong na bali, nagpapataas ng paglaban sa kaagnasan at lakas. Ang kanilang numero ay nagpapahiwatig ng antas ng paghahalo ng bakal:

• low-alloyed - may hanggang 2.5% alloying additives;
• medium alloyed - mula 2.5 hanggang 10%;
• highly alloyed - hanggang 50%.

Ano ang ibig sabihin nito? Halimbawa, ang pagtaas ng anumang mga ari-arian ay nagsimulang ibigay tulad ng sumusunod:

1. Pagdaragdag ng chromium. positibonakakaapekto sa mga mekanikal na katangian na nasa halagang 2% ng kabuuan.
2. Ang pagpapakilala ng nickel mula 1 hanggang 5% ay nagpapataas sa margin ng temperatura ng lagkit. At binabawasan ang malamig na brittleness.
3. Ang Manganese ay gumagana sa parehong paraan tulad ng nickel, bagama't mas mura. Gayunpaman, nakakatulong itong mapataas ang sensitivity ng metal sa sobrang init.
4. Ang Tungsten ay isang carbide-forming additive na nagbibigay ng mataas na tigas. Dahil pinipigilan nito ang paglaki ng butil kapag pinainit.
5. Ang Molybdenum ay isang mamahaling additive. Na nagpapataas ng heat resistance ng mga high speed na bakal.
6. Silicon. Pinapataas ang acid resistance, elasticity, scale resistance.
7. Titanium. Maaaring magsulong ng pinong istraktura ng butil kapag pinagsama sa chromium at manganese.
8. Tanso. Pinapataas ang mga katangian ng anti-corrosion.
9. Aluminum. Pinapataas ang paglaban sa init, scaling, tigas.

Structure

Ang pagtukoy sa komposisyon ng bakal ay hindi kumpleto nang hindi pinag-aaralan ang istraktura nito. Gayunpaman, ang sign na ito ay hindi pare-pareho, at maaaring depende sa isang bilang ng mga kadahilanan, tulad ng: heat treatment mode, cooling rate, antas ng alloying. Ayon sa mga patakaran, ang istraktura ng bakal ay dapat matukoy pagkatapos ng pagsusubo o normalisasyon. Pagkatapos ng pagsusubo, ang metal ay nahahati sa:

• pro-eutectoid structure - may labis na ferrite;
• eutectoid, na binubuo ng perlite;
• hypereutectoid - may pangalawang karbida;
• ledeburite - may mga pangunahing karbida;
• austenitic - na may nakasentro sa mukha na kristal na sala-sala;
• ferritic - na may cubic body-centered na sala-sala.

Ang pagtukoy sa klase ng bakal ay posible pagkatapos ng normalisasyon. Ito ay nauunawaan bilang isang uri ng heat treatment, na kinabibilangan ng pagpainit, paghawak at kasunod na paglamig. Dito, nakikilala ang mga marka ng perlite, austenitic at ferritic.

Kalidad

Naging posible ang pagtukoy sa mga uri sa mga tuntunin ng kalidad sa apat na paraan. Ito ay:

1. Ordinaryong kalidad - ito ay mga bakal na may carbon content na hanggang 0.6%, na tinutunaw sa open-hearth furnace o sa mga converter gamit ang oxygen. Ang mga ito ay itinuturing na pinakamurang at mas mababa sa mga katangian sa mga metal ng ibang mga grupo. Ang isang halimbawa ng mga naturang bakal ay St0, St3sp, St5kp.
2. Kalidad. Ang mga kilalang kinatawan ng ganitong uri ay mga bakal na St08kp, St10ps, St20. Tinutunaw ang mga ito gamit ang parehong mga furnace, ngunit may mas matataas na kinakailangan para sa pagsingil at mga proseso ng produksyon.
3. Ang mga de-kalidad na bakal ay natutunaw sa mga electric furnace, na ginagarantiyahan ang pagtaas sa kadalisayan ng materyal para sa mga non-metallic inclusions, iyon ay, isang pagpapabuti sa mga mekanikal na katangian. Kasama sa mga materyales na ito ang St20A, St15X2MA.
4. Lalo na ang mataas na kalidad - ay ginawa ayon sa pamamaraan ng espesyal na metalurhiya. Ang mga ito ay sumasailalim sa electroslag remelting, na nagbibigay ng paglilinis mula sa sulfide at oxides. Kasama sa mga ganitong uri ng bakal ang St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Mga istrukturang bakal

Ito marahil ang pinakasimple at nauunawaang tanda para sa karaniwang tao. May mga structural, tool at espesyal na layunin na bakal. Ang istruktura ay karaniwang nahahati sa:

1. Ang mga construction steel ay mga carbon steel na may ordinaryong kalidad at mga kinatawan ng low-alloy series. Ang mga ito ay napapailalim sa ilang mga kinakailangan, ang pangunahing kung saan ay weldability sa isang sapat na mataas na antas. Ang isang halimbawa ay StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Ang mga sementadong materyales ay ginagamit upang gumawa ng mga produktong gumagana sa ilalim ng mga kondisyon ng pagsusuot sa ibabaw at sabay-sabay na nakakaranas ng mga dynamic na pagkarga. Kabilang dito ang mga low-carbon steel na St15, St20, St25 at ilang alloyed: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St.
3. Para sa malamig na stamping, ginagamit ang mga ginulong dahon mula sa mga de-kalidad na sample na mababa ang carbon. Gaya ng St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Mga magagamot na bakal na pinahusay sa pamamagitan ng proseso ng pagsusubo at mataas na tempering. Ang mga ito ay medium-carbon (St35, St40, St45, St50), chromium (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) steels, pati na rin ang chromium-silicon-manganese, chromium-nickel-molybdenum at chromium-nickel.
5. Ang mga spring spring ay may nababanat na mga katangian at pinapanatili ang mga ito sa mahabang panahon, dahil mayroon silang mataas na antas ng panlaban sa pagkapagod at pagkasira. Ito ang mga kinatawan ng carbon ng St65, St70 at alloyed steels (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Ang mga sample na may mataas na lakas ay ang mga may dobleng lakas ng iba pang structural steel, na nakuha sa pamamagitan ng heat treatment at chemical composition. Sa maramihan, ito ay mga alloyed medium-carbon steel, halimbawa, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Ball bearingang mga bakal ay nailalarawan sa pamamagitan ng espesyal na pagtitiis, isang mataas na antas ng paglaban sa pagsusuot at lakas. Kinakailangan nilang matugunan ang mga kinakailangan para sa kawalan ng iba't ibang uri ng mga inklusyon. Kasama sa mga sample na ito ang mga high-carbon steel na may chromium content sa komposisyon (StSHKh9, StSHKh15).
8. Ang mga awtomatikong kahulugan ng bakal ay ang mga sumusunod. Ito ay mga sample para sa paggamit sa paggawa ng mga hindi kritikal na produkto tulad ng bolts, nuts, screws. Ang ganitong mga ekstrang bahagi ay karaniwang machined. Samakatuwid, ang pangunahing gawain ay upang madagdagan ang machinability ng mga bahagi, na nakamit sa pamamagitan ng pagpapasok ng tellurium, selenium, sulfur at lead sa materyal. Ang ganitong mga additives ay nag-aambag sa pagbuo ng malutong at maikling chips sa panahon ng machining at bawasan ang alitan. Ang mga pangunahing kinatawan ng mga awtomatikong bakal ay itinalaga bilang mga sumusunod: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Ang mga bakal na lumalaban sa kaagnasan ay mga bakal na haluang metal na may nilalamang chromium na humigit-kumulang 12%, dahil bumubuo ito ng oxide film sa ibabaw na pumipigil sa kaagnasan. Ang mga kinatawan ng mga haluang ito ay St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Ang mga sample na lumalaban sa pagsusuot ay ginagamit sa mga produktong gumagana sa ilalim ng abrasive friction, shock at malakas na pressure. Ang isang halimbawa ay ang mga bahagi ng mga riles ng tren, crusher at caterpillar machine, gaya ng St110G13L.
11. Ang mga bakal na lumalaban sa init ay maaaring gumana sa mataas na init. Ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga tubo, gas at mga ekstrang bahagi ng steam turbine. Ang mga ito ay pangunahing mga high-alloyed na low-carbon na sample, na kinakailangang naglalaman ng nickel, na maaaring maglaman ng mga additives sa anyomolibdenum, nobium, titan, tungsten, boron. Ang isang halimbawa ay St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Heat-resistant ay partikular na lumalaban sa kemikal na pinsala sa hangin, gas at furnace, oxidizing at carburizing environment, ngunit nagpapakita ng kilabot sa ilalim ng matinding pagkarga. Ang mga kinatawan ng ganitong uri ay St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Mga tool na bakal

Sa pangkat na ito, ang mga haluang metal ay nahahati sa die, para sa mga tool sa pagputol at pagsukat. Mayroong dalawang uri ng die steel.

• Ang materyal para sa cold forming ay dapat magkaroon ng mataas na antas ng tigas, lakas, wear resistance, heat resistance. Ngunit may sapat na lagkit (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Ang hot forming material ay may magandang lakas at tigas. Kasama ng wear resistance at scale resistance (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Pagsukat ng mga bakal na kasangkapan, bilang karagdagan sa resistensya at tigas ng pagsusuot, dapat na dimensional na matatag at madaling gilingin. Ang mga caliber, staples, template, ruler, kaliskis, tile ay ginawa mula sa mga haluang metal na ito. Ang isang halimbawa ay ang mga haluang metal na StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Ang pagtukoy sa mga grupo ng bakal para sa mga cutting tool ay medyo madali. Ang ganitong mga haluang metal ay dapat magkaroon ng kakayahan sa pagputol at mataas na katigasan sa loob ng mahabang panahon, kahit na napapailalim sa init. Kabilang dito ang carbon at alloy tool, pati na rinmataas na bilis ng bakal. Dito maaari mong pangalanan ang mga sumusunod na kilalang kinatawan: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoxidation ng haluang metal

Ang pagtukoy ng bakal ayon sa antas ng deoxidation ay nagpapahiwatig ng tatlong uri nito: mahinahon, semi-kalmado at kumukulo. Ang mismong konsepto ay tumutukoy sa pag-alis ng oxygen mula sa likidong haluang metal.

Ang tahimik na bakal ay halos hindi naglalabas ng mga gas sa panahon ng solidification. Ito ay dahil sa kumpletong pag-alis ng oxygen at pagbuo ng shrinkage cavity sa ibabaw ng ingot, na pagkatapos ay pinutol.

Sa semi-calm na bakal, ang mga gas ay bahagyang inilalabas, iyon ay, higit pa kaysa sa kalmadong bakal, ngunit mas mababa kaysa sa kumukulo. Walang shell dito, tulad ng sa nakaraang kaso, ngunit nabubuo ang mga bula sa itaas.

Ang mga kumukulong haluang metal ay naglalabas ng malaking halaga ng gas kapag pinatigas, at sa cross-section ay sapat na upang mapansin lamang ang pagkakaiba ng kemikal na komposisyon sa pagitan ng itaas at mas mababang mga layer.

Hardness

Ang konseptong ito ay tumutukoy sa kakayahan ng isang materyal na labanan ang mas mahirap na pagtagos dito. Naging posible ang pagpapasiya ng katigasan gamit ang tatlong paraan: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Ayon sa paraan ng Brinell, ang isang tumigas na bolang bakal ay dinidiin sa ibabaw ng lupa ng sample. Sa pamamagitan ng pag-aaral sa diameter ng print, alamin ang tigas.

Paraan para sa pagtukoy ng tigas ng bakal ayon kay Rockwell. Nakabatay ito sa pagkalkula ng lalim ng pagtagos ng 120 degree na tip ng diamond cone.

Ayon kay Vickers sa sample ng pagsubokisang brilyante na tetrahedral pyramid ang idiniin. Na may anggulong 136 degrees sa magkabilang mukha.

Posible bang matukoy ang grado ng bakal nang walang pagsusuri sa kemikal? Nakikilala ng mga espesyalista sa larangan ng metalurhiya ang grado ng bakal sa pamamagitan ng isang spark. Ang pagpapasiya ng mga nasasakupan ng metal ay posible sa panahon ng pagproseso nito. Kaya halimbawa:

• Ang CVG steel ay may dark crimson sparks na may dilaw-pulang tuldok at tufts. Sa dulo ng sanga-sanga na mga sinulid, lumilitaw ang matingkad na pulang bituin na may mga dilaw na butil sa gitna.
• Ang P18 na bakal ay nakikilala rin sa pamamagitan ng dark crimson sparks na may dilaw at pulang tufts sa simula, gayunpaman, ang mga sinulid ay tuwid at walang mga tinidor. Sa dulo ng mga bundle ay may mga sparks na may isa o dalawang matingkad na dilaw na butil.
• Ang mga marka ng bakal ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 ay may mga dilaw na spark na may magagaan na bituin. At mga pulang butil sa mga sanga.
• Ang U12F steel ay nakikilala sa pamamagitan ng mapusyaw na dilaw na mga spark na may siksik at malalaking bituin. May ilang pula at dilaw na tufts.
• Ang Steels 15 at 20 ay may mapusyaw na dilaw na spark, maraming tinidor at bituin. Ngunit kaunting tufts.

Ang pagtukoy ng bakal sa pamamagitan ng isang spark ay isang medyo tumpak na paraan para sa mga espesyalista. Gayunpaman, hindi mailalarawan ng mga ordinaryong tao ang metal sa pamamagitan ng pagsusuri lamang sa kulay ng spark.

Weldability

Ang pag-aari ng mga metal upang bumuo ng magkasanib na bahagi sa ilalim ng isang tiyak na epekto ay tinatawag na weldability ng mga bakal. Posible ang pagtukoy sa indicator na ito pagkatapos matukoy ang nilalaman ng iron at carbon.

Ito ay pinaniniwalaan na ang mga ito ay mahusay na konektado sa pamamagitan ng weldingmababang carbon steels. Kapag ang carbon content ay lumampas sa 0.45%, ang weldability ay lumalala at lumalala kapag ang carbon content ay mataas. Nangyayari rin ito dahil tumataas ang inhomogeneity ng materyal, at namumukod-tangi ang mga inklusyon ng sulfide sa mga hangganan ng butil, na humahantong sa pagbuo ng mga bitak at pagtaas ng panloob na stress.

Alloying component ay kumikilos din, na nagpapalala sa koneksyon. Ang pinaka-hindi kanais-nais para sa hinang ay ang mga kemikal na elemento tulad ng chromium, molibdenum, manganese, silicon, vanadium, phosphorus.

Gayunpaman, ang pagsunod sa teknolohiya kapag nagtatrabaho sa mababang-alloy na bakal ay nagbibigay ng magandang porsyento ng weldability nang hindi gumagamit ng mga espesyal na hakbang. Ang pagtukoy ng weldability ay posible pagkatapos suriin ang ilang mahahalagang materyal na katangian, kabilang ang:

• Bilis ng paglamig.
• Kemikal na komposisyon.
• Tingnan ang pangunahing crystallization at mga pagbabago sa istruktura sa panahon ng hinang.
• Ang kakayahan ng metal na bumuo ng mga bitak.
• Tendency ng material to form hardening.