Plienas: apibrėžimas, klasifikacija, cheminė sudėtis ir taikymas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Kaip dažnai girdime žodį „plienas“. Ir tai taria ne tik metalurgijos gamybos srities profesionalai, bet ir miestiečiai. Jokia stipri konstrukcija neapsieina be plieno. Tiesą sakant, kai kalbame apie kažką metalo, turime omenyje gaminį, pagamintą iš plieno. Išsiaiškinkime, iš ko jis susideda ir kaip jis klasifikuojamas.

Apibrėžimas

Plienas yra bene populiariausias lydinys, kurio pagrindą sudaro geležis ir anglis. Be to, pastarųjų dalis svyruoja nuo 0,1 iki 2,14%, o pirmoji negali būti mažesnė nei 45%. Gamybos paprastumas ir žaliavų prieinamumas turi lemiamą reikšmę platinant šį metalą visose žmogaus veiklos srityse.

Pagrindinės medžiagos savybės skiriasi priklausomai nuo jos cheminės sudėties. Plieno kaip lydinio, susidedančio iš dviejų komponentų, geležies ir anglies, apibrėžimas negali būti vadinamas išsamiu. Tai gali būti, pavyzdžiui, chromas, skirtas atsparumui karščiui, ir nikelis, atsparus korozijai.

Reikalingi komponentaimedžiagos suteikia papildomos naudos. Taigi, geležis tam tikromis sąlygomis lydinį daro kaliąjį ir lengvai deformuojamą, o anglis daro tvirtumą ir kietumą kartu su trapu. Štai kodėl jo dalis yra tokia maža bendroje plieno masėje. Nustačius lydinio gamybos būdą, mangano kiekis jame yra 1%, o silicio - 0,4%. Lydant metalą atsiranda nemažai priemaišų, kurių bandoma atsikratyti. Kartu su fosforu ir siera, deguonis ir azotas taip pat pablogina medžiagos savybes, todėl ji tampa mažiau patvari ir keičiasi plastiškumas.

Klasifikacija

Plieno, kaip metalo, turinčio tam tikras charakteristikas, apibrėžimas, žinoma, nekelia abejonių. Tačiau būtent jos sudėtis leidžia klasifikuoti medžiagą keliomis kryptimis. Taigi, pavyzdžiui, metalai išsiskiria šiomis savybėmis:

• ant cheminių medžiagų;
• struktūrinis;
• pagal kokybę;
• kaip numatyta;
• pagal deoksidacijos laipsnį;
• pagal kietumą;
• dėl plieno suvirinamumo.

Plieno apibrėžimas, žymėjimas ir visos jo charakteristikos bus aprašytos toliau.

Žymėjimas

Deja, nėra pasaulinio plieno pavadinimo, o tai labai apsunkina prekybą tarp šalių. Rusijoje yra apibrėžta raidinė ir skaitmeninė sistema. Raidės nurodo elementų pavadinimą ir deoksidacijos būdą, o skaičiai – jų skaičių.

Cheminė sudėtis

Yra du būdaiplieno skirstymas pagal cheminę sudėtį. Šiuolaikiniuose vadovėliuose pateiktas apibrėžimas leidžia atskirti anglies ir legiruotą medžiagą.

Pirmasis atributas apibrėžia plieną kaip mažai anglies, vidutiniškai anglies ir daug anglies išskiriantį plieną, o antrasis - mažai legiruoto, vidutinio legiruoto ir didelio legiravimo. Vadinamas mažai anglies išskiriantis metalas, kuris pagal GOST 3080-2005, be geležies, gali apimti šiuos komponentus:

• Anglis – iki 0,2 proc. Tai skatina terminį stiprinimą, dėl kurio padvigubėja tempiamasis stiprumas ir kietumas.
• Manganas, kurio kiekis iki 0,8%, aktyviai prisijungia prie cheminių ryšių su deguonimi ir neleidžia susidaryti geležies oksidui. Metalas geriau atlaiko dinamines apkrovas ir yra labiau atsparus terminiam grūdinimui.
• Silicis – iki 0,35%. Tai pagerina mechanines savybes, tokias kaip kietumas, stiprumas, suvirinamumas.

Pagal GOST, plieno apibrėžimas, kaip mažai anglies turintis plienas, yra metalas, kuriame, be naudingų, yra daug kenksmingų priemaišų tokiu kiekiu. Tai yra:

• Fosforas – iki 0,08% yra atsakingas už š alto trapumo atsiradimą, mažina ištvermę ir jėgą. Sumažina metalo kietumą.
• Siera – iki 0,06%. Tai apsunkina metalo apdirbimą slėgiu, padidina tempimo trapumą.
• Azotas. Sumažina lydinio technologines ir stiprumo savybes.
• Deguonis. Sumažina stiprumą ir trukdo dirbti su pjovimo įrankiais.

Pažymėtina, kad žemas arbamažai anglies turintis plienas yra ypač minkštas ir plastiškas. Jie gerai deformuojasi ir karšti, ir š alti.

Vidutinės anglies plieno apibrėžimas ir jo sudėtis, žinoma, skiriasi nuo anksčiau aprašytos medžiagos. O didžiausias skirtumas yra anglies kiekis, kuris svyruoja nuo 0,2 iki 0,45%. Toks metalas pasižymi mažu kietumu ir lankstumu bei puikiomis stiprumo savybėmis. Vidutinio anglies plienas dažniausiai naudojamas dalims, kurios naudojamos esant normalioms galios apkrovoms.

Jei anglies kiekis yra didesnis nei 0,5 %, toks plienas vadinamas daug anglies turinčiu plienu. Jis padidino kietumą, sumažino klampumą, lankstumą ir yra naudojamas įrankiams ir detalėms štampuoti naudojant karštą ir š altą deformaciją.

Be pliene esančios anglies nustatymo, medžiagos charakteristikas galima nustatyti ir dėl joje esančių papildomų priemaišų. Jei, be įprastų elementų, į metalą tikslingai įvedamas chromas, nikelis, varis, vanadis, titanas, chemiškai surištas azotas, tada jis vadinamas legiruotu. Tokie priedai sumažina trapių lūžių riziką, padidina atsparumą korozijai ir stiprumą. Jų skaičius rodo plieno legiravimo laipsnį:

• mažai legiruotas – turi iki 2,5 % legiruojančių priedų;
• vidutinio legiruoto – nuo 2,5 iki 10 %;
• labai legiruotas – iki 50 %.

Ką tai reiškia? Pavyzdžiui, bet kokių savybių padidinimas buvo pradėtas teikti taip:

1. Pridedama chromo. teigiamaspaveikia mechanines charakteristikas jau 2% viso.
2. Nikelio įdėjimas nuo 1 iki 5 % padidina temperatūros klampumo ribą. Ir sumažina šalčio trapumą.
3. Manganas veikia taip pat kaip nikelis, nors ir daug pigesnis. Tačiau tai padeda padidinti metalo jautrumą perkaitimui.
4. Volframas yra karbidą formuojantis priedas, užtikrinantis didelį kietumą. Nes kaitinant neleidžia augti grūdams.
5. Molibdenas yra brangus priedas. Tai padidina greitaeigių plienų atsparumą karščiui.
6. Silicis. Padidina atsparumą rūgštims, elastingumą, atsparumą nuosėdoms.
7. Titanas. Gali skatinti smulkiagrūdę struktūrą, kai ji derinama su chromu ir manganu.
8. Varis. Padidina antikorozines savybes.
9. Aliuminis. Padidina atsparumą karščiui, pleiskanojimą, kietumą.

Struktūra

Plieno sudėties nustatymas būtų neišsamus neištyrus jo struktūros. Tačiau šis ženklas nėra pastovus ir gali priklausyti nuo daugelio veiksnių, tokių kaip: terminio apdorojimo režimas, aušinimo greitis, legiravimo laipsnis. Pagal taisykles plieno konstrukcija turėtų būti nustatyta po atkaitinimo arba normalizavimo. Po atkaitinimo metalas padalijamas į:

• pro-eutektoidinė struktūra – su ferito pertekliumi;
• eutektoidas, susidedantis iš perlito;
• hipereutektoidas – su antriniais karbidais;
• ledeburitas – su pirminiais karbidais;
• austenitinė – su į veidą nukreipta kristaline gardele;
• feritinis – su kubine korpuso centre esančia grotele.

Plieno klasę galima nustatyti po normalizavimo. Tai suprantama kaip terminio apdorojimo rūšis, apimanti šildymą, laikymą ir vėlesnį vėsinimą. Čia išskiriamos perlito, austenitinės ir feritinės rūšys.

Kokybė

Nustatyti tipus kokybės požiūriu tapo įmanoma keturiais būdais. Tai yra:

1. Įprasta kokybė – tai plienas, kuriame anglies kiekis yra iki 0,6 %, kuris lydomas atvirose krosnyse arba konverteriuose naudojant deguonį. Jie laikomi pigiausiais ir savo savybėmis prastesnės už kitų grupių metalus. Tokio plieno pavyzdys yra St0, St3sp, St5kp.
2. Kokybė. Žymūs šio tipo atstovai yra plienai St08kp, St10ps, St20. Jie lydomi naudojant tas pačias krosnis, tačiau keliami aukštesni įkrovimo ir gamybos procesų reikalavimai.
3. Aukštos kokybės plienas lydomas elektrinėse krosnyse, o tai garantuoja nemetalinių inkliuzų medžiagos grynumo padidėjimą, tai yra mechaninių savybių pagerėjimą. Šios medžiagos apima St20A, St15X2MA.
4. Ypač kokybiški – gaminami specialiosios metalurgijos metodu. Jie yra perlydomi elektros šlaku, kuris užtikrina gryninimą nuo sulfidų ir oksidų. Šio tipo plienai yra St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Struktūrinis plienas

Tai bene paprasčiausias ir suprantamiausias ženklas pasauliečiui. Yra konstrukcinis, įrankių ir specialios paskirties plienas. Struktūrinis paprastai skirstomas į:

1. Statybinis plienas yra įprastos kokybės anglinis plienas ir mažai legiruotų serijų atstovai. Jiems taikomi keli reikalavimai, iš kurių pagrindinis yra pakankamai aukštas suvirinamumas. Pavyzdžiui, StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Cementinės medžiagos naudojamos gaminiams, kurie veikia paviršiaus susidėvėjimo sąlygomis ir kartu patiria dinamines apkrovas, gaminti. Tai apima mažai anglies turintį plieną St15, St20, St25 ir kai kuriuos legiruotus: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, St30KhGT.
3. Š altam štampavimui naudojami valcuoti lapai iš aukštos kokybės mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių mėginių. Pavyzdžiui, St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Apdorojamas plienas, kuris pagerinamas grūdinimo ir aukšto grūdinimo proceso metu. Tai vidutinio anglies (St35, St40, St45, St50), chromo (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) plienai, taip pat chromo-silicio-mangano, chromo-nikelio-molibdeno ir chromo-nikelio.
5. Spyruoklinės spyruoklės pasižymi tamprumo savybėmis ir išlaiko jas ilgą laiką, nes pasižymi dideliu atsparumu nuovargiui ir sunaikinimui. Tai St65, St70 ir legiruotojo plieno (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR) anglies atstovai.
6. Didelio stiprumo pavyzdžiai yra tie, kurių stiprumas yra dvigubai didesnis nei kitų konstrukcinių plienų, gaunamas termiškai apdorojant ir naudojant cheminę sudėtį. Dažniausiai tai yra legiruotasis vidutinio anglies plienas, pavyzdžiui, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Rutulinis guolisplienai pasižymi ypatingu patvarumu, dideliu atsparumu dilimui ir stiprumu. Jie turi atitikti reikalavimus, kad nebūtų įvairių intarpų. Šie pavyzdžiai apima daug anglies turintį plieną, kurio sudėtyje yra chromo (StSHKh9, StSHKh15).
8. Automatiniai plieno apibrėžimai yra tokie. Tai pavyzdžiai, skirti naudoti nekritinių produktų, tokių kaip varžtai, veržlės, varžtai, gamybai. Tokios atsarginės dalys dažniausiai yra apdirbamos. Todėl pagrindinis uždavinys – padidinti detalių apdirbamumą, kuris pasiekiamas į medžiagą įterpiant telūro, seleno, sieros ir švino. Tokie priedai prisideda prie trapių ir trumpų drožlių susidarymo apdirbimo metu ir mažina trintį. Pagrindiniai automatinio plieno atstovai žymimi taip: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Korozijai atsparus plienas yra legiruotasis plienas, kuriame yra apie 12 % chromo, nes jis sudaro oksido plėvelę ant paviršiaus, kuri apsaugo nuo korozijos. Šių lydinių atstovai yra St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Dėvėjimui atsparūs pavyzdžiai naudojami gaminiuose, kurie veikia esant abrazyvinei trinčiai, smūgiams ir stipriam slėgiui. Pavyzdys yra geležinkelio bėgių, trupintuvų ir vikšrinių mašinų dalys, pvz., St110G13L.
11. Karščiui atsparus plienas gali veikti esant dideliam karščiui. Jie naudojami vamzdžių, dujų ir garo turbinų atsarginių dalių gamyboje. Tai daugiausia labai legiruoti mažai anglies išskiriantys mėginiai, kuriuose būtinai yra nikelio, kurio pavidalu gali būti priedųmolibdenas, nobis, titanas, volframas, boras. Pavyzdžiui, St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Atsparūs karščiui yra ypač atsparūs cheminiams pažeidimams ore, dujose ir krosnyje, oksiduojančiame ir angliavandenių susidarymo aplinkoje, tačiau jie šliaužia esant didelėms apkrovoms. Šio tipo atstovai yra St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Įrankių plienas

Šioje grupėje lydiniai skirstomi į štampus, skirtus pjovimo ir matavimo įrankiams. Yra dviejų tipų plienas.

• Medžiaga, skirta š altajam formavimui, turi būti aukšto kietumo, stiprumo, atsparumo dilimui ir karščiui. Tačiau turi pakankamai klampumo (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Karšto formavimo medžiaga pasižymi geru stiprumu ir kietumu. Kartu su atsparumu dilimui ir masteliu (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Matavimo įrankių plienas, be atsparumo dilimui ir kietumo, turi būti stabilus ir lengvai šlifuojamas. Iš šių lydinių gaminami kalibrai, kabės, šablonai, liniuotės, svarstyklės, plytelės. Pavyzdys galėtų būti lydiniai StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Pjovimo įrankių plieno grupes nustatyti gana paprasta. Tokie lydiniai turi turėti pjovimo gebą ir ilgą laiką turėti didelį kietumą, net ir veikiami šilumos. Tai apima anglies ir lydinio įrankį, taip patgreitaeigiai plienai. Čia galite įvardyti šiuos žinomus atstovus: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Lydinio deoksidacija

Plieno nustatymas pagal deoksidacijos laipsnį reiškia tris jo tipus: ramų, pusiau ramų ir verdantį. Pati sąvoka reiškia deguonies pašalinimą iš skysto lydinio.

Tylus plienas kietėjimo metu beveik neišskiria dujų. Taip yra dėl visiško deguonies pašalinimo ir susitraukimo ertmės susidarymo luito viršuje, kuri vėliau nupjaunama.

Pusiau ramiame pliene dujų išsiskiria iš dalies, ty daugiau nei ramiame pliene, bet mažiau nei verdančiame. Čia nėra apvalkalo, kaip ir ankstesniu atveju, bet viršuje susidaro burbuliukai.

Verdantys lydiniai kietėjant išskiria daug dujų, o skerspjūvyje pakanka tiesiog pastebėti cheminės sudėties skirtumą tarp viršutinio ir apatinio sluoksnių.

Kietumas

Ši sąvoka reiškia medžiagos gebėjimą atsispirti sunkesniam įsiskverbimui į ją. Kietumo nustatymas tapo įmanomas naudojant tris metodus: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Pagal Brinelio metodą grūdintas plieninis rutulys įspaudžiamas į žemės mėginio paviršių. Ištyrę atspaudo skersmenį, nustatykite kietumą.

Plieno kietumo nustatymo metodas pagal Rockwell. Jis pagrįstas 120 laipsnių deimantinio kūgio galo įsiskverbimo gylio apskaičiavimu.

Pagal Vickersą bandomajame pavyzdyjeįspaudžiama deimantinė tetraedrinė piramidė. 136 laipsnių kampu priešingose pusėse.

Ar galima nustatyti plieno klasę be cheminės analizės? Metalurgijos srities specialistai plieno rūšį gali atpažinti iš kibirkšties. Metalo sudedamąsias dalis galima nustatyti jo apdirbimo metu. Pavyzdžiui:

• CVG plienas turi tamsiai tamsiai raudonos spalvos kibirkštis su geltonai raudonais taškais ir kuokšteliais. Išsišakojusių siūlų galuose pasirodo ryškiai raudonos žvaigždės su geltonais grūdeliais viduryje.
• P18 plienas taip pat atpažįstamas pagal tamsiai raudoną kibirkštį su geltonais ir raudonais kuokšteliais pradžioje, tačiau sriegiai tiesūs ir be šakių. Ryšulių galuose yra kibirkščių su vienu ar dviem šviesiai geltonais grūdeliais.
• Plieno markės ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 turi geltonas kibirkštis su šviesiomis žvaigždutėmis. Ir raudoni grūdeliai ant šakų.
• U12F plienas išsiskiria šviesiai geltonomis kibirkštimis su tankiomis ir didelėmis žvaigždėmis. Su keliais raudonais ir geltonais kuokšteliais.
• 15 ir 20 plienuose yra šviesiai geltonos kibirkštys, daug šakių ir žvaigždžių. Bet keli kuokšteliai.

Plieno nustatymas pagal kibirkštį yra gana tikslus specialistų metodas. Tačiau paprasti žmonės negali apibūdinti metalo, tirdami tik kibirkšties spalvą.

Suvirinamumas

Metalų savybė sudaryti jungtį veikiant tam tikram poveikiui vadinama plieno suvirinamumu. Nustatyti šį rodiklį galima nustačius geležies ir anglies kiekį.

Manoma, kad jie gerai sujungiami suvirinantmažai anglies dioksido turintis plienas. Kai anglies kiekis viršija 0,45%, suvirinamumas pablogėja ir pablogėja, kai anglies kiekis yra didelis. Taip atsitinka ir dėl to, kad didėja medžiagos nehomogeniškumas, o grūdelių ribose išryškėja sulfidiniai intarpai, dėl kurių susidaro įtrūkimai ir padidėja vidinė įtampa.

Liravimo komponentai taip pat veikia, pablogindami ryšį. Suvirinimui nepalankiausi yra tokie cheminiai elementai kaip chromas, molibdenas, manganas, silicis, vanadis, fosforas.

Tačiau technologijos laikymasis dirbant su mažai legiruotu plienu užtikrina gerą suvirinamumo procentą nenaudojant specialių priemonių. Suvirinamumą galima nustatyti įvertinus keletą svarbių medžiagų savybių, įskaitant:

• Aušinimo greitis.
• Cheminė sudėtis.
• Pirminės kristalizacijos ir struktūrinių pokyčių vaizdas suvirinimo metu.
• Metalo gebėjimas formuoti įtrūkimus.
• Medžiagos polinkis kietėti.