Сталь: характеристики и применение, механические свойства стали

Состав стали – сплав железа с углеродом, включающий разнообразные примеси, оказывающие воздействие на основные свойства продукта. При выборе материала необходимо учитывать желаемые характеристики металла, так как его механические и химические свойства непосредственно влияют на область его применения.

Металл является одним из основных промышленных материалов, применяемых в различных отраслях, начиная от машиностроения и заканчивая медициной. Исходное сырье представляет собой сплав железа с углеродом, к которому также добавляются другие примеси, оказывающие существенное воздействие на свойства и применение стали.

Состав металла

Основу составляют железо и углерод, причем содержание углерода в сплаве обычно не превышает 2,14%. Основным критерием классификации является химический состав марки стали. Весь ассортимент продукции на рынке делится на два основных типа сырья:

• Металл с содержанием углерода. В его состав входят не только железо и углерод, но также фосфор, сера, марганец и кремний. В зависимости от процентного содержания углерода сырье подразделяется на высоколегированные, среднелегированные и низколегированные марки. Этот материал может применяться даже в условиях высоких нагрузок и постоянного напряжения.
• Легированный металл. К основным компонентам добавляются дополнительные легирующие элементы, включая кремний, бор, азот, хром, цирконий, ниобий, вольфрам и титан. Это влияет не только на стоимость, но и на качество продукции, ее область применения и характеристики. В продаже представлены различные типы продукции — жаропрочные, цементируемые, улучшаемые металлы. В зависимости от структуры сырья его можно классифицировать как доэвтектоидный, ледебуритный, эвтектоидный и заэвтектоидный.

Характеристики и применение стали могут быть определены по его марке. В состав металла могут также добавляться различные примеси. В зависимости от их содержания выделяют два основных типа продукции:

• Обычного качества. Содержание углерода в таком сплаве обычно не превышает 0,6%. Основные стандарты, применяемые при производстве, включают ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Многие виды продукции маркируются как «Ст», что указывает на стандартное качество. Этот тип сырья является одним из наиболее доступных по стоимости на рынке.
• Высокого качества. Сюда относятся как легированные, так и углеродистые разновидности. Маркировка уже указывает на свойства стали и содержание углерода в сотых долях. Основным стандартом, который соблюдают производители, является состав стали по ГОСТ 1577. Этот металл стоит дороже, но он более пластичен, легко сваривается и хорошо защищен от механических воздействий.

Основные характеристики металла

При выборе материала необходимо учитывать его характеристики, чтобы он соответствовал конкретной области применения. Непонимание этого может привести к покупке материала, не удовлетворяющего требованиям по прочности, уровню защиты от коррозии, свариваемости и другим характеристикам. Рассмотрим основные характеристики материала.

Механические

Эти характеристики определяют возможные методы обработки и области применения. Существует несколько основных параметров:

Прочность. Показывает, какую нагрузку можно приложить к детали, не вызывая первых признаков разрушения. Этот параметр указывается для каждой марки материала, а также предел текучести.

• Предел прочности. Указывает на степень защищенности материала от механического напряжения.
• Предел текучести. Дает представление о растяжимости материала и помогает определить, насколько сильно его можно растянуть до тех пор, пока процесс растяжения продолжается после прекращения нагрузки.
• Пластичность. Это важная характеристика для изготовления различных деталей и заготовок. Она позволяет материалу менять форму и определяется для определения параметров относительного угла изгиба и удлинения.
• Ударная вязкость. Прямо связана с динамическими нагрузками. Эта характеристика показывает, какой силы удар может выдержать готовое изделие или заготовка, прежде чем она окончательно разрушится.
• Твердость. Показывает максимальную нагрузку на единицу площади до возникновения впадин. Она может определяться различными методами, такими как метод Бринелля или метод Виккерса.

Физические

Физические параметры дают представление о возможности использования стали в строительстве или других областях промышленности. Существуют три важных основных показателя:

• Плотность: этот показатель указывает на количество стали в заданном объеме. Чем выше прочность, тем больше защищенность от деформации, давления и других потенциальных угроз.
• Теплопроводность: описывает, как быстро тепло передается через материал. Этот параметр критичен, например, при производстве радиаторов или труб для теплоснабжения.
• Электропроводность: позволяет оценить безопасность использования материала в условиях, где есть риск поражения электрическим током. Также сплав можно выбрать для применения в областях, где важны его электропроводные характеристики.

Химические

Химические характеристики дают представление о поведении материала при различных температурах или в различных агрессивных средах. Существуют четыре основных параметра:

• Окисляемость: процесс окисления возникает при контакте металла с кислородом и может ускоряться при повышении температуры. Уровень окисляемости зависит от содержания углерода и среды, в которой используется материал. Чем выше подверженность окислению, тем быстрее появляется ржавчина на поверхности.
• Защищенность от коррозии: указывается для различных сред. Этот показатель может изменяться при использовании на открытом воздухе, а также при контакте с водой или почвой.
• Жаростойкость: позволяет определить, при каком нагреве начинает развиваться коррозия на металле. Этот параметр тесно связан с окисляемостью.
• Жаропрочность: в отличие от жаростойкости, этот параметр характеризует не только устойчивость к коррозии и защиту от образования окалины, но и саму прочность материала.

Знание этих параметров поможет определить, до какой температуры можно нагреть заготовку, прежде чем она начнет ломаться или деформироваться.

Технологические

Технологические характеристики показывают возможность обработки материала с использованием различных технологий. Основные параметры включают:

• Ковкость: чем выше этот показатель, тем быстрее можно придать материалу нужную форму с помощью механических воздействий.
• Жидкотекучесть: при высоком уровне этого параметра расплавленный материал лучше заполняет пустоты.
• Свариваемость: это позволяет соединять различные заготовки между собой. Этот параметр зависит как от типа сварки, так и от самого сплава.
• Обрабатываемость резанием: сталь можно обрабатывать различными инструментами для создания деталей с разными характеристиками и областями применения.

Области применения сталей

Механические и химические свойства стали напрямую влияют на ее применение. Проще всего определить сферу использования по марке, указанной на материале. Например, продукцию с высокой жаропрочностью можно использовать в условиях с высокими температурами. То же самое относится к маркам с хорошей свариваемостью и устойчивостью к коррозии.

Существуют несколько основных категорий по области применения стали:

• Строительные: используются для создания металлоконструкций, арматуры и облицовки стен. Необходимые характеристики зависят от конкретного применения. Например, для защиты от коррозии влажных сред необходимы определенные типы сплавов, а все они должны быть хорошо свариваемыми и обладать высокой прочностью. Низколегированные сплавы и обычные варианты часто применяются из-за их доступности.
• Инструментальные: используются для производства инструментов различного типа. Сплавы делятся на три категории в зависимости от назначения. Высоколегированные и высокоуглеродистые материалы обычно предпочтительны из-за их высокой стойкости к износу и теплопроводности.
• Конструкционные: используются для металлоконструкций и крупных механических узлов. Лучший выбор — сплавы с низким содержанием марганца. Легирование позволяет улучшить характеристики. Эксперты рекомендуют обратить внимание на высокопрочные, автоматные, износостойкие марки.

Также всегда можно заказать материалы с особыми характеристиками для конкретной сферы применения. Это могут быть сплавы с повышенной жаропрочностью, защищенные от окисления при контакте с кислородом, легко свариваемые, электропроводные и другие.

https://www.armet.by/articles/stal-harakteristiki-i-primenenie-mehanicheskie-svojstva-stali.html