Čelik je legura, kombinacija metala izrađena od željeza i ugljika. Sadržaj ugljika u čeliku doseže najviše 1,5 posto. Zbog svoje tvrdoće i čvrstoće, čelik se koristi u gradnji zgrada, mostova, automobila i niza drugih proizvodnih i inženjerskih primjena.
Većina čelika koji se danas proizvodi je obični ugljični čelik ili jednostavno ugljični čelik. Ugljik u čeliku postoji u stanju željeznog karbida. Prisutni su i drugi elementi, među kojima sumpor, fosfor, mangan i silicij.
Sadržaj ugljika u čeliku
Ugljični čelik definiran je kao čelik koji ima svoja svojstva uglavnom zbog sadržaja ugljika i ne sadrži više od 0,5 posto silicija i 1,5 posto mangana. Obični ugljični čelici, koji se kreću od 0,06 posto do 1,5 posto ugljika, podijeljeni su u četiri vrste:
- Mrtvi blagi čelik, do 0,15 posto ugljika
- Nisko-ugljični ili blagi čelik, 0,15 posto do 0,45 posto ugljika
- Srednje-ugljični čelik, 0,45 posto do 0,8 posto ugljika
- Čelik s visokim ugljikom, od 0,8 do 1,5 posto ugljika
Ti čelici napreduju iz mekših u tvrđe, ali također teže povećanju lomljivosti. Prva vrsta koristi se u automobilskim karoserijama. Drugi tip nalazimo u tračnicama i željezničkim proizvodima kao što su spojnice, radilice, osovine, zupčanici i otkovci. Treći tip koristi se u alatima za rezanje i željezničke pruge, a zadnji tip koristi se u klipovima i cilindrima.
Osnovna fizikalna svojstva čelika
Čelik ima gustoću 7.850 kg / m3, čineći ga 7,85 puta gustim od vode. Točka topljenja od 1.510 C viša je od temperature većine metala. Za usporedbu, točka topljenja bronce je 1.040 C, bakra 1.083 C, lijevanog željeza 1.300 C, a nikla 1.453 C. Volfram se, međutim, topi na vrelih 3.410 C, što nije iznenađujuće jer se ovaj element koristi u nitima žarulja.
Čelik-ov koeficijent linearnog širenja na 20 C, u µm po metru po Celzijevom stupnju, iznosi 11,1, što čini više otporan na promjenu veličine s promjenama temperature od, na primjer, bakra (16,7), kositra (21,4) i olova (29.1).
Ne hrđajući Čelik
Nerđajući se čelici koriste u građevinarstvu kada je otpornost na koroziju glavna prednost, kao kod noževa koji moraju održavati oštar rub. Još jedan uobičajeni razlog zašto se koriste nehrđajući čelici su njihova visokotemperaturna svojstva. U nekim je projektima apsolutni zahtjev otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama, dok je u drugima primarna potreba za visokotemperaturnom čvrstoćom.
Dodaci čeliku
Male količine drugih metala dodanih čeliku mijenjaju njegova svojstva na načine povoljne za određene industrijske primjene. Na primjer, kobalt rezultira većom magnetskom propusnošću i koristi se u magnetima. Mangan dodaje čvrstoću i tvrdoću, a proizvod je pogodan za teške željezničke prijelaze. Molibden održava svoju čvrstoću na visokim temperaturama, tako da je ovaj aditiv pri ruci pri vršenju brzih bušilica. Nikal i krom odolijevaju koroziji i obično se dodaju u proizvodnju čeličnih kirurških instrumenata.