Сталь состав свойства применение

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 05.05.2024

Сталь является сплавом, состоящим из железа и углерода, к которым добавляются разнообразные добавки, влияющие на главные свойства конечного продукта. При выборе данного материала важно знать, какие характеристики должна иметь сталь, поскольку ее механические и химические черты напрямую определяют сферы ее применения.

Сталь является ключевым промышленным материалом, применяющимся во многих сферах, начиная от машиностроительной и заканчивая медицинской. Данный материал представляет собой сплав железа и углерода, куда могут быть внесены и другие элементы. Эти добавки существенно влияют на основные свойства итогового продукта.

Состав основывается на железе и углероде. Процентное содержание в сплаве обычно не превышает 2,14%.

Главное условие категоризации – химическая структура. Все товары, представленные в продаже, подразделяются на два ключевых типа материалов:

  • Сталь с высоким содержанием углерода. Компоненты этого материала включают не только железо и углерод, но и фосфор, серу, марганец и кремний. В зависимости от уровня содержания углерода, она классифицируется как высоколегированная, среднелегированная и низколегированная сталь. Этот материал подходит для использования даже при создании инструментов, которые подвергаются постоянному стрессу и большим нагрузкам.
  • Сталь, обогащенная легирующими составляющими. К основным компонентам добавляются дополнительные легирующие ингредиенты, включая разнообразные сорта материалов от кремния, бора и азота до хрома, циркония, ниобия, вольфрама и титана. Это оказывает влияние не только на стоимость, но и на качество изделий, сферу применения и спецификации. На рынке представлены различные виды изделий - жаростойкие, цементируемые, усовершенствованные стали. В зависимости от структуры сырья, его можно отнести к доэвтектоидному, ледебуритному, эвтектоидному или заэвтектоидному типу.

Марка стали может указывать на ее свойства и область применения.

Разные добавки могут вводиться в структуру стали. Вид продукции определяется на основе пропорций этих добавок в составе, и следовательно выделяются две основные категории.

  • Качество стандартное. В этом сплаве содержание углерода не превышает 0,6%. Изготовление основывается на основных нормативах – ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Большинство продуктов маркируются как «Ст», что указывает на стандартное качество. Этот вид сырья является одним из самых доступных по цене на рынке.
  • Отличительная особенность стали высокого качества - это ее легированность и углеродистость. Уникальность ее состава отражается в маркировке, где указывается содержание углерода, измеряемое в сотых долях. Производители придерживаются основного стандарта - ГОСТ 1577. Материал такой стали стоит больше, по сравнению с обычным качеством. Однако, он обладает значительной пластичностью, легко сваривается и обеспечивает отличную защиту от механических воздействий.

При выборе металла необходимо принимать во внимание специфические свойства, которые должна иметь сталь для ее использования в определенном направлении. Игнорирование этого аспекта может привести к риску приобретения материала, который не отвечает требованиям по прочности, устойчивости к коррозии, способности к сварке и другим параметрам.

Давайте рассмотрим ключевые свойства материала.

Механические

Демонстрируют, какие методы обработки доступны для выбора и где их применять. Существует несколько ключевых параметров:

  • Устойчивость. Отражает максимальную силу, которую деталь может выдержать, прежде чем наступят первые намеки на деформацию. Этот показатель, а также предел текучести, определяются для каждого вида материала.
  • Показатель устойчивости. Обозначает способность материала сопротивляться механическому воздействию.
  • Граница пластичности. Это характеристика, отражающая эластичность материала. Она измеряет, насколько длительно можно деформировать материал до тех пор, пока он продолжит изменять форму, даже если нагрузка будет прекращена.
  • Гибкость. Это свойство материала необходимо для создания разнообразных деталей и прототипов. Данная характеристика дает возможность сырью преобразовывать свою форму; она фиксируется для определения параметров угла относительного изгиба и удлинения.
  • Импульсная вязкость. Есть прямое соотношение с гранями динамического напряжения. Этот параметр показывает, какова мощность удара, который способно выдержать готовое изделие или заготовка, до того как они начнут окончательно разрушаться.
  • Жесткость указывает на максимальную нагрузку на единицу площади до момента появления вмятины. Ее можно определить различными способами, включая методы Бринелля и Виккерса.

Физические

Применимость стали в области строительства или в разнообразных сферах промышленности определяется по некоторым характеристикам. Важностью обладают три основных критерия:

  • Плотность указывает на массу стали в определенном объеме. Этот параметр определяет степень защиты от искажения, высокого давления и других возможных опасностей. Большая прочность означает увеличенную устойчивость.
  • Тепловая проводимость. Данный параметр позволяет оценить скорость передачи тепла через обрабатываемую деталь. Этот показатель играет существенную роль в промышленности, например, при производстве радиаторов или труб для теплосетей.
  • Электропроводимость. Дает возможность определить степень защищенности материала при использовании в зонах с потенциальной угрозой электрического удара. Кроме того, сплав можно подобрать и для применения в областях, где важны его электропроводящие свойства.

Химические

Комплекс параметров позволяет понимать, как материал будет вести себя при различных температурных условиях или в окружающей среде с различной агрессивностью. Существует четыре ключевых параметра:

  • Оксидация. Этот процесс означает реакцию металла с кислородом, которая может быть упрощена с помощью повышения температуры. Уровень оксидируемости зависит от содержания углерода и условий среды, в которой используются металлические изделия. Увеличение склонности к окислению ускоряет процесс образования ржавчины на поверхности.
  • Сопротивляемость коррозии. Это характеристика, которая может варьироваться в зависимости от среды. В частности, она может изменяться при эксплуатации на открытой местности, а также при взаимодействии с водой или землей.
  • Термостойкость. Необходима для определения температурного порога, при превышении которого металл начинает подвергаться коррозии. Эта особенность прямо связана с способностью к окислению.
  • Термостойкость. Это понятие отличается от устойчивости к температурным воздействиям тем, что оно не связано с коррозионной устойчивостью и защитой от образования окислов, а относится к прочности самого материала. Понимание этих характеристик позволит вам определить, до какого уровня тепла материал может выдержать, прежде чем он сломается или изменит свою форму.

Технологические

Демонстрируют способность обработки с использованием разнообразных технологических решений. Основные параметры:

  • Чем больше степень ковкости, тем эффективнее можно формировать форму под влиянием постоянных внешних механических сил.
  • Состояние жидкости. При высоких значениях этого показателя, плавленый материал может более эффективно занять свободное пространство.
  • Это способность различных элементов соединяться между собой при помощи сварки. Этот процесс может значительно отличаться в зависимости от применяемого метода сварки и свойств самого сплава.
  • Режущая обработка стали. Этот материал позволяет использовать разнообразные режущие устройства для производства металлоизделий и деталей с различными характеристиками и областями использования.

Свойства стали, как механические, так и химические, во многом определяют область ее применения. Часто выбор подходящего вида стали облегчается благодаря обозначению марки на самом материале. Например, сталь с высокой жаростойкостью подойдет для использования в условиях, когда вероятно воздействие повышенных температур. Аналогично, выбирают стали с высокой сварочной характеристикой и устойчивостью к коррозии.

В процессе производства можно выделить несколько ключевых областей:

  • Используются в строительстве при формировании металлических конструкций разной степени сложности, армирования, облицовки стен. Специфические характеристики варьируются в зависимости от сферы использования. Для некоторых сортов сплава критично обладание устойчивостью к коррозии во влажных условиях, для других – способностью противостоять окислению при контакте с землёй. Однако все применяемые виды материалов должны легко поддаваться сварке, обладать высокой прочностью при стабильном или временном интенсивном механическом нагружении. Комбинация этих качеств с ценовой доступностью, которая важна для строителей, присуща низколегированным сплавам и вариаций общего использования.
  • Инструментальные материалы используются в качестве основы при производстве инструментов разнообразного применения. Все из них подразделяются на три основных типа. Первый тип используется при изготовлении деталей методом штамповки. Второй тип применяется при создании режущего оборудования. Третий типа применяется для измерительных инструментов, требующих высокой точности. Идеальным вариантом будет выбор материалов с высоким содержанием легирующих элементов и углерода. Такие материалы обладают устойчивостью к износу, отличаются высокой твердостью и хорошей теплообменной способностью.
  • Строительные. Их использование весьма разнообразно: они подходят для создания металлических конструкций, а также для изготовления крупных механических деталей и узлов. Наиболее эффективным является использование сплава с небольшим содержанием марганца. Легирование помогает улучшить и расширить набор полезных свойств. Специалисты советуют обратить внимание на марки, отличающиеся высокой прочностью, автоматностью, износоустойчивостью и другими характеристиками.

Всегда есть возможность приобрести материалы с особыми свойствами, предназначенные для определенного сегмента использования. Это могут быть сплавы с усиленной теплоустойчивостью или же обладающие способностью противостоять окислению при взаимодействии с кислородом, хорошо расплавляющиеся, обеспечивающие электропроводность и множество других.