Ο χάλυβας είναι ένα κράμα, ένα συνδυασμένο μέταλλο κατασκευασμένο από σίδηρο και άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε άνθρακα του χάλυβα φτάνει το 1,5% κατ 'ανώτατο όριο. Λόγω της σκληρότητάς του και της αντοχής του, ο χάλυβας χρησιμοποιείται στην κατασκευή κτιρίων, γεφυρών, αυτοκινήτων και πολλών άλλων εφαρμογών κατασκευής και μηχανικής.
Ο περισσότερος χάλυβας που παράγεται σήμερα είναι απλός χάλυβας άνθρακα ή απλά χάλυβας άνθρακα. Ο άνθρακας σε χάλυβα υπάρχει στην κατάσταση του καρβιδίου του σιδήρου. Υπάρχουν και άλλα στοιχεία, μεταξύ των οποίων θείο, φώσφορος, μαγγάνιο και πυρίτιο.
Περιεκτικότητα σε άνθρακα από χάλυβα
Ο χάλυβας άνθρακα ορίζεται ως χάλυβας που έχει τις ιδιότητές του κυρίως λόγω της περιεκτικότητάς του σε άνθρακα και δεν περιέχει περισσότερο από 0,5 τοις εκατό πυρίτιο και 1,5 τοις εκατό μαγγάνιο. Οι απλοί χάλυβες άνθρακα, οι οποίοι κυμαίνονται από 0,06 τοις εκατό άνθρακα έως 1,5 τοις εκατό άνθρακα, χωρίζονται σε τέσσερις τύπους:
- Νεκρός μαλακός χάλυβας, έως 0,15% άνθρακας
- Χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ή χάλυβα, 0,15% έως 0,45% άνθρακα
- Χάλυβας μεσαίου άνθρακα, 0,45% έως 0,8% άνθρακας
- Χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, 0,8% έως 1,5% άνθρακας
Αυτοί οι χάλυβες εξελίσσονται από πιο μαλακούς σε σκληρότερους, αλλά τείνουν επίσης να αυξάνουν την ευθραυστότητα. Ο πρώτος τύπος χρησιμοποιείται σε αμαξώματα αυτοκινήτων. Ο δεύτερος τύπος βρίσκεται σε ράγες και προϊόντα σιδηροτροχιάς όπως ζεύξεις, στροφαλοφόροι άξονες, άξονες, γρανάζια και σφυρήλατα. Ο τρίτος τύπος χρησιμοποιείται σε εργαλεία κοπής και σιδηροδρομικές γραμμές, και ο τελευταίος τύπος χρησιμοποιείται σε έμβολα και κυλίνδρους.
Βασικές φυσικές ιδιότητες του χάλυβα
Ο χάλυβας έχει πυκνότητα 7.850 kg / m3, καθιστώντας το 7,85 φορές πιο πυκνό από το νερό. Το σημείο τήξης των 1.510 C είναι υψηλότερο από αυτό των περισσότερων μετάλλων. Συγκριτικά, το σημείο τήξης του χαλκού είναι 1.040 C, εκείνο του χαλκού 1.083 C, εκείνο του χυτοσιδήρου 1.300 C, και το νικέλιο 1.453 C. Το βολφράμιο, ωστόσο, λιώνει στους 3,410 C, που δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς αυτό το στοιχείο χρησιμοποιείται σε νήματα λαμπτήρα.
Ο συντελεστής γραμμικής διαστολής του χάλυβα στους 20 C, σε μm ανά μέτρο ανά βαθμό Κελσίου, είναι 11,1, κάτι που κάνει είναι περισσότερο ανθεκτικό στο μεταβαλλόμενο μέγεθος με αλλαγές στη θερμοκρασία από, για παράδειγμα, χαλκός (16,7), κασσίτερος (21,4) και μόλυβδο (29.1).
Ανοξείδωτο ατσάλι
Οι ανοξείδωτοι χάλυβες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή όταν η αντίσταση στη διάβρωση είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα, όπως και με τα μαχαίρια που πρέπει να διατηρούν αιχμηρή άκρη. Ένας άλλος κοινός λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται ανοξείδωτοι χάλυβες είναι οι ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας. Σε ορισμένα έργα, η αντίσταση στην οξείδωση υψηλής θερμοκρασίας είναι απόλυτη απαίτηση, ενώ σε άλλα, η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία είναι πρωταρχική ανάγκη.
Πρόσθετα στο χάλυβα
Μικρές ποσότητες άλλων μετάλλων που προστίθενται στο χάλυβα αλλάζουν τις ιδιότητές του με τρόπους ευνοϊκούς για ορισμένες βιομηχανικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, το κοβάλτιο οδηγεί σε μεγαλύτερη μαγνητική διαπερατότητα και χρησιμοποιείται σε μαγνήτες. Το μαγγάνιο προσθέτει αντοχή και σκληρότητα και το προϊόν είναι κατάλληλο για βαριές σιδηροδρομικές διαβάσεις. Το μολυβδαίνιο διατηρεί την αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες, οπότε αυτό το πρόσθετο είναι βολικό όταν κάνετε συμβουλές για τρυπάνι ταχύτητας. Το νικέλιο και το χρώμιο αντιστέκονται στη διάβρωση και συνήθως προστίθενται στην κατασκευή χαλυβουργικών εργαλείων.