Acer: definició, classificació, composició química i aplicació

2024 Autora: Angel Austin | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 05:19

Amb quina freqüència escoltem la paraula "acer". I és pronunciat no només pels professionals del camp de la producció metal·lúrgica, sinó també pels ciutadans. Cap estructura forta no està completa sense acer. De fet, quan parlem d'alguna cosa metàl·lica, ens referim a un producte fet d'acer. Descobrim en què consisteix i com es classifica.

Definició

L'acer és potser l'aliatge més popular, que es basa en ferro i carboni. A més, la participació d'aquests últims oscil·la entre el 0,1 i el 2,14%, mentre que la primera no pot ser inferior al 45%. La facilitat de producció i la disponibilitat de matèries primeres són d'una importància decisiva en la distribució d'aquest metall a tots els àmbits de l'activitat humana.

Les principals característiques del material varien en funció de la seva composició química. La definició de l'acer com un aliatge format per dos components, ferro i carboni, no es pot dir completa. Pot incloure, per exemple, crom, per donar resistència a la calor, i níquel per oferir resistència a la corrosió.

Components necessarismaterials ofereixen avantatges addicionals. Per tant, el ferro fa que l'aliatge sigui mal·leable i fàcilment deformable en determinades condicions, i el carboni fa que la resistència i la duresa siguin simultàniament amb la fragilitat. És per això que la seva participació és tan petita en la massa total d'acer. La determinació del mètode de producció de l'aliatge va conduir al contingut de manganès en una quantitat d'1% i silici - 0,4%. Hi ha una sèrie d'impureses que apareixen durant la fusió del metall i de les quals intenten eliminar. Juntament amb el fòsfor i el sofre, l'oxigen i el nitrogen també degraden les propietats del material, fent-lo menys durador i canviant la ductilitat.

Classificació

La definició de l'acer com a metall amb un determinat conjunt de característiques, és clar, està fora de dubte. Tanmateix, és precisament la seva composició la que permet classificar el material en diverses direccions. Així, per exemple, els metalls es distingeixen per les característiques següents:

• en productes químics;
• estructural;
• per qualitat;
• com es pretenia;
• segons el grau de desoxidació;
• per duresa;
• sobre soldabilitat de l'acer.

La definició de l'acer, el marcatge i totes les seves característiques es descriuen a continuació.

Marcament

Lamentablement, no hi ha cap designació global d'acer, cosa que complica molt el comerç entre països. A Rússia, es defineix un sistema alfanumèric. Les lletres indiquen el nom dels elements i el mètode de desoxidació, i els números indiquen el seu nombre.

Composició química

Hi ha dues maneresDivisió de l'acer per composició química. La definició que donen els llibres de text moderns permet distingir entre carboni i material aliat.

El primer atribut defineix l'acer com a baix en carboni, mitjà de carboni i alt en carboni, i el segon - de baix aliatge, mitjà d'aliatge i alt aliatge. S'anomena metall baix en carboni, que, segons GOST 3080-2005, pot incloure, a més del ferro, els components següents:

• Carboni: fins a un 0,2%. Afavoreix l'enfortiment tèrmic, a causa del qual es duplica la resistència a la tracció i la duresa.
• Manganès en una quantitat de fins a un 0,8% entra activament en un enllaç químic amb l'oxigen i evita la formació d'òxid de ferro. El metall és més capaç de suportar càrregues dinàmiques i és més susceptible a l'enduriment tèrmic.
• Silici: fins a un 0,35%. Millora les propietats mecàniques com ara la tenacitat, la resistència i la soldabilitat.

Segons GOST, la definició d'acer com a acer baix en carboni es dóna a un metall que conté, a més de útils, una sèrie d'impureses nocives en la quantitat següent. Això és:

• Fòsfor: fins a un 0,08% és responsable de l'aparició de fragilitat al fred, perjudica la resistència i la força. Redueix la duresa del metall.
• Sofre: fins a un 0,06%. Complica el processament del metall per pressió, augmenta la fragilitat del tremp.
• Nitrogen. Redueix les propietats tecnològiques i de resistència de l'aliatge.
• Oxigen. Redueix la força i interfereix amb les eines de tall.

S'ha de tenir en compte que baix oEls acers baixos en carboni són especialment suaus i dúctils. Es deformen bé tant en calent com en fred.

La definició d'acer al carboni mitjà, així com la seva composició, és per descomptat diferents del material descrit anteriorment. I la diferència més gran és la quantitat de carboni, que oscil·la entre el 0,2 i el 0,45%. Aquest metall té una baixa tenacitat i ductilitat juntament amb excel·lents propietats de resistència. L'acer al carboni mitjà s'utilitza habitualment per a peces que s'utilitzen amb càrregues de potència normals.

Si el contingut de carboni és superior al 0,5%, aquest acer s'anomena acer alt en carboni. Ha augmentat la duresa, la viscositat i la ductilitat reduïdes i s'utilitza per estampar eines i peces per deformació en calent i en fred.

A més d'identificar el carboni present a l'acer, la determinació de les característiques del material és possible gràcies a la presència d'impureses addicionals en ell. Si, a més dels elements habituals, s'introdueixen deliberadament al metall crom, níquel, coure, vanadi, titani i nitrogen en estat lligat químicament, s'anomena dopat. Aquests additius redueixen el risc de fractura fràgil, augmenten la resistència a la corrosió i la resistència. El seu nombre indica el grau d'aliatge de l'acer:

• poca aliatge: té fins a un 2,5% d'additius d'aliatge;
• aliatge mitjà: del 2,5 al 10%;
• altament aliat - fins a un 50%.

Què vol dir això? Per exemple, l'augment de qualsevol propietat es va començar a proporcionar de la següent manera:

1. Afegir crom. positiuafecta les característiques mecàniques ja en un 2% del volum total.
2. La introducció de níquel de l'1 al 5% augmenta el marge de temperatura de viscositat. I redueix la fragilitat del fred.
3. Manganès funciona de la mateixa manera que el níquel, encara que molt més barat. Tanmateix, ajuda a augmentar la sensibilitat del metall al sobreescalfament.
4. Tungstè és un additiu formador de carbur que proporciona una gran duresa. Perquè impedeix el creixement del gra quan s'escalfa.
5. El molibdè és un additiu car. El que augmenta la resistència a la calor dels acers d' alta velocitat.
6. Silici. Augmenta la resistència a l'àcid, l'elasticitat i la resistència a l'escala.
7. Titàni. Pot afavorir l'estructura de gra fi quan es combina amb crom i manganès.
8. Core. Augmenta les propietats anticorrosió.
9. Alumini. Augmenta la resistència a la calor, l'escala i la duresa.

Estructura

La determinació de la composició de l'acer estaria incompleta sense estudiar-ne l'estructura. Tanmateix, aquest signe no és constant i pot dependre d'una sèrie de factors, com ara: el mode de tractament tèrmic, la velocitat de refrigeració, el grau d'aliatge. Segons les regles, l'estructura d'acer s'ha de determinar després del recuit o la normalització. Després del recuit, el metall es divideix en:

• estructura pro-eutectoide - amb excés de ferrita;
• eutectoide, que consisteix en perlita;
• hipereutectoide - amb carburs secundaris;
• ledeburita - amb carburs primaris;
• austenític - amb una gelosia cristal·lina centrada en la cara;
• ferrític: amb una gelosia centrada en el cos cúbic.

La determinació de la classe d'acer és possible després de la normalització. S'entén com un tipus de tractament tèrmic, que inclou la calefacció, la retenció i la posterior refrigeració. Aquí es distingeixen els graus de perlita, austenític i ferrític.

Qualitat

S'ha fet possible determinar els tipus en termes de qualitat de quatre maneres. Això és:

1. Qualitat normal: són acers amb un contingut de carboni de fins a un 0,6%, que es fonen en forns de foc obert o en convertidors amb oxigen. Es consideren els més barats i tenen característiques inferiors als metalls d' altres grups. Un exemple d'aquests acers són St0, St3sp, St5kp.
2. Qualitat. Els representants destacats d'aquest tipus són els acers St08kp, St10ps, St20. Es fonen amb els mateixos forns, però amb requisits més elevats per als processos de càrrega i producció.
3. En forns elèctrics es fonen acers d' alta qualitat, la qual cosa garanteix un augment de la puresa del material per a inclusions no metàl·liques, és a dir, una millora de les propietats mecàniques. Aquests materials inclouen St20A, St15X2MA.
4. Especialment d' alta qualitat: es fabriquen segons el mètode de la metal·lúrgia especial. Estan sotmesos a la refusió d'electroescòries, que proporciona la purificació de sulfurs i òxids. Els acers d'aquest tipus inclouen St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Acers estructurals

Aquest és potser el signe més senzill i entenedor per als profans. Hi ha acers estructurals, d'eines i d'ús especial. L'estructura es divideix normalment en:

1. Els acers de construcció són acers al carboni de qualitat normal i representants de la sèrie de baix aliatge. Estan subjectes a diversos requisits, el principal dels quals és la soldabilitat a un nivell prou alt. Un exemple és StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Els materials cementats s'utilitzen per fer productes que funcionen en condicions de desgast superficial i que experimenten simultàniament càrregues dinàmiques. Aquests inclouen acers baixos en carboni St15, St20, St25 i alguns aliats: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, St3GT.
3. Per a l'estampació en fred, s'utilitzen fulles enrotllades de mostres d' alta qualitat i baixes en carboni. Com ara St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Acers tractables que es milloren mitjançant el procés de trempat i alt tremp. Es tracta d'acers de carboni mitjà (St35, St40, St45, St50), crom (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), així com crom-silici-manganès, crom-níquel-molibdè i crom-níquel.
5. Les molles de molla tenen propietats elàstiques i les conserven durant molt de temps, ja que tenen un alt grau de resistència a la fatiga i la destrucció. Aquests són els representants del carboni de St65, St70 i acers aliats (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Les mostres d' alta resistència són aquelles que tenen el doble de resistència que altres acers estructurals, aconseguides per tractament tèrmic i composició química. A granel, es tracta d'acers de carboni mitjà aliats, per exemple, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Coixinet de bolesEls acers es caracteritzen per una resistència especial, un alt grau de resistència al desgast i força. Estan obligats a complir els requisits per a l'absència de diversos tipus d'inclusions. Aquestes mostres inclouen acers alts en carboni amb un contingut de crom a la composició (StSHKh9, StSHKh15).
8. Les definicions d'acer automàtic són les següents. Es tracta de mostres per utilitzar en la fabricació de productes no crítics com ara cargols, femelles, cargols. Aquestes peces de recanvi solen ser mecanitzades. Per tant, la tasca principal és augmentar la mecanització de les peces, que s'aconsegueix introduint tel·luri, seleni, sofre i plom al material. Aquests additius contribueixen a la formació d'encenalls fràgils i curts durant el mecanitzat i redueixen la fricció. Els principals representants dels acers automàtics es designen de la següent manera: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Els acers resistents a la corrosió són acers aliats amb un contingut de crom d'aproximadament un 12%, ja que forma una pel·lícula d'òxid a la superfície que prevé la corrosió. Els representants d'aquests aliatges són St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Les mostres resistents al desgast s'utilitzen en productes que funcionen sota fricció abrasiva, xoc i pressió forta. Un exemple són les peces de vies del tren, trituradores i màquines d'erugues, com ara St110G13L.
11. Els acers resistents a la calor poden funcionar a alta temperatura. S'utilitzen en la fabricació de canonades, recanvis de turbines de gas i vapor. Es tracta principalment de mostres d' alt aliatge baix en carboni, que necessàriament contenen níquel, que pot contenir additius en formamolibdè, nobi, titani, tungstè, bor. Un exemple seria St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Resistents a la calor són particularment resistents als danys químics a l'aire, el gas i el forn, entorns oxidants i cementants, però mostren fluïdesa sota càrregues severes. Els representants d'aquest tipus són St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Acers per a eines

En aquest grup, els aliatges es divideixen en matrius, per a eines de tall i mesura. Hi ha dos tipus d'acers per matriu.

• El material per a la conformació en fred ha de tenir un alt grau de duresa, força, resistència al desgast i resistència a la calor. Però tingui una viscositat suficient (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• El material de conformació en calent té una bona resistència i duresa. Juntament amb la resistència al desgast i la resistència a l'escala (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Els acers per a eines de mesura, a més de la resistència al desgast i la duresa, han de ser dimensionalment estables i fàcils de rectificar. Amb aquests aliatges es fabriquen calibres, grapes, plantilles, regles, bàscules i rajoles. Un exemple serien els aliatges StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Determinar grups d'acer per a eines de tall és bastant fàcil. Aquests aliatges han de tenir capacitat de tall i una gran duresa durant molt de temps, fins i tot quan estan sotmesos a calor. Aquests inclouen eines de carboni i aliatges, així comacers d' alta velocitat. Aquí podeu anomenar els següents representants destacats: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, Str6M5, Stryuk5F5.

Desoxidació de l'aliatge

La determinació de l'acer pel grau de desoxidació implica els seus tres tipus: calma, semi-calma i en ebullició. El mateix concepte es refereix a l'eliminació d'oxigen de l'aliatge líquid.

L'acer silenciós gairebé no emet gasos durant la solidificació. Això es deu a l'eliminació completa d'oxigen i a la formació d'una cavitat de contracció a la part superior del lingot, que després es talla.

En l'acer semi-tranquil, els gasos s'alliberen parcialment, és a dir, més que en l'acer tranquil, però menys que en l'ebullició. Aquí no hi ha closca, com en el cas anterior, però es formen bombolles a la part superior.

Els aliatges en ebullició alliberen una gran quantitat de gas quan es solidifiquen i, en secció transversal, n'hi ha prou amb observar la diferència de composició química entre les capes superior i inferior.

Duresa

Aquest concepte es refereix a la capacitat d'un material per resistir-se a penetrar-hi amb més força. La determinació de la duresa es va fer possible mitjançant tres mètodes: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Segons el mètode Brinell, es pressiona una bola d'acer endurit a la superfície del sòl de la mostra. Estudiant el diàmetre de la impressió, determineu la duresa.

Mètode per determinar la duresa de l'acer segons Rockwell. Es basa en calcular la profunditat de penetració d'una punta de con de diamant de 120 graus.

Segons Vickers a la mostra de provaes pressiona una piràmide tetraèdrica de diamant. Amb un angle de 136 graus a les cares oposades.

És possible determinar el grau de l'acer sense anàlisi química? Els especialistes en el camp de la metal·lúrgia són capaços de reconèixer el grau de l'acer per una espurna. La determinació dels components del metall és possible durant el seu processament. Així, per exemple:

• L'acer CVG té espurnes carmesí fosc amb punts groc-vermells i tocs. Als extrems dels fils ramificats, apareixen estrelles vermelles brillants amb grans grocs al mig.
• L'acer P18 també s'identifica per espurnes carmesí fosc amb flocs grocs i vermells al principi, però, els fils són rectes i no tenen forquilles. Als extrems dels farcells hi ha espurnes amb un o dos grans de color groc clar.
• Els graus d'acer ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 tenen espurnes grogues amb estrelles clares. I grans vermells a les branques.
• L'acer U12F es distingeix per espurnes de color groc clar amb estrelles denses i grans. Amb diversos flocs vermells i grocs.
• Els acers 15 i 20 tenen espurnes de color groc clar, moltes forquilles i estrelles. Però pocs flocs.

La determinació de l'acer mitjançant una espurna és un mètode bastant precís per als especialistes. Tanmateix, la gent normal no pot caracteritzar el metall examinant només el color de l'espurna.

Soldabilitat

La propietat dels metalls de formar una unió sota un determinat impacte s'anomena soldabilitat dels acers. La determinació d'aquest indicador és possible després de detectar el contingut de ferro i carboni.

Es creu que estan ben connectats per soldaduraacers baixos en carboni. Quan el contingut de carboni supera el 0,45%, la soldabilitat es deteriora i empitjora quan el contingut de carboni és elevat. Això també passa perquè la deshomogeneïtat del material augmenta, i les inclusions de sulfurs destaquen als límits del gra, que provoquen la formació d'esquerdes i un augment de la tensió interna.

Els components d'aliatge també actuen, empitjorant la connexió. Els més desfavorables per a la soldadura són elements químics com el crom, el molibdè, el manganès, el silici, el vanadi i el fòsfor.

No obstant això, el compliment de la tecnologia quan es treballa amb acers de baix aliatge proporciona un bon percentatge de soldabilitat sense l'ús de mesures especials. La determinació de la soldabilitat és possible després d'avaluar una sèrie de qualitats importants dels materials, com ara:

• Velocitat de refrigeració.
• Composició química.
• Vista de la cristal·lització primària i els canvis estructurals durant la soldadura.
• La capacitat del metall de formar esquerdes.
• Tendència del material a endurir-se.