Az acél tulajdonságai és felhasználása

Főleg vagy nagyrészt az úgynevezett anyagból készült szerkezetek acél- lehet, hogy csak az emberiség legkiemelkedőbb adalékai a Föld tájához.

Ha a Földön minden életet máshová teleportálnának, és történetesen egy idegen csoport kutatna, akkor a legtartósabb és impozánsabb tárgyak, amelyeket nyilvánvalóan nem A természetes geológiai folyamatokból származó acél acélokat tartalmazna: felhőkarcolókat, hidakat, nehézgépeket és lényegében mindent, ami szükséges az erős erők idő.

Talán van némi ismerete arról, honnan "származik" az acél és mi ez "." Ha más nem, akkor biztosan tudja, hogy néz ki, mit érez, és talán még hangzik is bizonyos esetekben.

Ha az acélt fémnek gondolja, az természetes, de az acél valójában a ötvözet vagy különböző fémek keveréke. Ebben az esetben az elsődleges fém szinte minden vas, függetlenül a konkrét receptortól, de mint látni fogja, még kis szén-dioxid is jelentősen megváltoztathatja az acél tulajdonságait.

Készüljön fel arra, hogy sokat megtudjon arról, amit joggal nevezhetünk az építés és a mérnöki történelem legfontosabb anyagának,

Mint kétségtelenül tudja, hogy látta, hallotta és kapcsolatban volt a részarányával, az acél elsősorban tartósságáról, keménységéről és szívósságáról ismert. Bizonyos esetekben fényességéről is híres.

Mit jelentenek ezek a tulajdonságok számszerűsíthető fizikai értelemben, az a nagyon magas olvadáspont (kb. 1 510 ° C, magasabb, mint a legtöbb fém; a réz például közel 500 fokkal hűvösebb) és a nagyon nagy sűrűségű (7,9 g / cm³, majdnem nyolcszorosa a víznek).

Az acél összességében keményebb és erősebb, mint az úgynevezett alapeleme, a vas. Mégis az rendkívül rugalmas és arról ismert nagy szakítószilárdság (azaz képes ellenállni az alkalmazott terheléseknek vagy erőknek anélkül, hogy elvesztené formáját).

Minden acéltípus szakítószilárdsága más anyagokkal összehasonlítva magas, de az acélfajták között jelentősen változik. Alsó végén az értékek körülbelül 290 N / mm²; a csúcs végén a szakítószilárdság akár 870 N / mm².

• Egy négyzetmilliméter (mm²) csak egy milliomod négyzetméter. Ez azt jelenti, hogy az acél szakítószilárdsága 870 millió newton lehet négyzetméterenként - ami 88,8 millió kilogramm, vagyis 195,7 millió font (97 831 tonna) tömegnek felel meg a Földön!

Ha valaha is használta a Öntöttvas serpenyő, észrevehette, milyen feltűnően erősnek (vagy legalábbis nehéznek) tűnik. Ha a vas a serpenyő egyetlen vagy csaknem egyedüli alkotóeleme, akkor ez törékenyebb, mint az acél.

De a legtöbb mindennapi főzési hőmérsékletnél (amely "melegnek" tűnik, de közel sem olvasztókemence-szerű) a A vas és az acél közötti funkcionális különbség nem feltétlenül nyilvánvaló, még akkor is, ha általában kissé kinéznek különböző.

A ma gyártott acél nagy részét egyszerűen hívják szénacél, vagy tiszta szén acél, annak ellenére, hogy a vason és a szénen kívül fémeket is tartalmazhat, például szilíciumot és mangánt.

Az acél variáció mennyisége nem tűnhet jelentősnek a felszínen, mert a szén soha nem teszi ki az acél 1,5 százalékánál többet. Ha azonban belegondolunk, hogy ez a kis frakció maga is 10-szeres (0,15–1,5 százalék) tartományban mozoghat, akkor kezdi értékelni a fizikai hatását.

Az acélt különféle kategóriákra lehet osztani, számos kritérium alapján. Akiket a tudósok használnak (akik gyakran jobban foglalkoznak a dolgok tulajdonságával, mint valójában felhasználásuk) gyakran különböznek azoktól, akiknek legfőbb gondjuk a végtermékek típusai acél.

Mechanikai: Mint megjegyeztük, az acél szakítószilárdsága 290 N / m között mozoghat² és 870 N / m². A szén hozzáadása az acélhoz megnehezíti a szénatomok tényleges szétszóródása miatt olyan módon, hogy az anyag elmozdulása nagyon megnehezíti és kialakul Fe "szemcséi"₃C. Ez az acélt is törékenyebbé teszi, mint a vas, így a vas acélká történő átalakítása, annak utóbbi nyilvánvaló előnyei ellenére, nem jár gyakorlati költségekkel.

A mechanikai tulajdonságai alapján osztályozott acél "Fe" betűvel kezdődik, és ez következik: 1) E, és a minimális hozamfeszültség értéke az, hogy az acélt főként ezen az alapon osztályozzák vagy 2) csak a szakítószilárdság értéke, ha ez az elsődleges osztályozási tulajdonság. (_Hozam stressz a mechanikai deformációval szembeni ellenállás mértéke.)

• Például a "Fe 290" acél, amelynek szakítószilárdsága 290 N / mm2. míg a "Fe E 220" acél, amelynek folyási feszültsége 220 N / mm².

Kémiai: A sima szénacélok, amelyek 0,06% -tól 1,5% -ig terjednek, a következő típusokra oszthatók, fajlagos széntartalmuk szerint.

1. Holt, enyhe acél - 0,15-ig

   százalék

   szén 2. Alacsony széntartalmú vagy enyhe acél - 0,15

   százalék

   0,45-ig

   százalék

   szén 3. Közepesen szénacél - 0,45

   százalék

   0,8-ig

   százalék

   szén 4. Magas széntartalmú acél - 0,8

   százalék

   1,5-ig

   százalék

   szén

Rozsdamentes acél egy olyan acéltípus, amelynek nevét a oxidáció (rozsdásodás), valamint a korrózió, mint ami egy erős sav alkalmazásával fordulhat elő. 1913-ban találta ki a brit kohász Harry Brearley, aki felfedezte ezt a fém hozzáadásával króm acél nagy mennyiségben (13 százalék), a króm a levegőben lévő oxigénnel reagálva önmegújuló védőfóliát képez a tárgy körül.

Számos típusú rozsdamentes acélt használnak ma:

• Martensites rozsdamentes acélok tartalmaz 12-14

  százalék

  króm és 0,12-0,35

  százalék

  szén és ezek voltak az első rozsdamentes acél. Ezek az acélok mágneses és hőkezeléssel megkeményedhet. Ezeket egyéb mérnöki berendezések mellett hidraulikus szivattyúkban, gőzszivattyúkban, olajszivattyúkban és szelepekben használják.
  * Ferrites rozsdamentes acélok nagyobb a krómmennyiség (16-18

  százalék) és körülbelül 0,12

  százalék

  szén. Ezek az acélok korrózióval szemben ellenállóbbak, mint a martenzites rozsdamentes acélok, de kevés hőkezelési képességgel rendelkeznek. Ezeket a rozsdamentes acélokat elsősorban alakítási és préselési műveletek során használják, mivel nagy a korrózióállóságuk.
  * Austenites rozsdamentes acélok nagy mennyiségben tartalmaznak krómot és nikkelt; a pontos kémiai összetételben számos eltérés létezik, de a legszélesebb körben 18-ból áll

  százalék

  króm és 8

  százalék

  nikkel, minimális szén-dioxid-tartalommal. Nagyon jól ellenállnak a korróziónak, azon az áron, hogy semmilyen észrevehető mértékben nem hőkezelhetők. Ezeket az acélokat szivattyú tengelyekben, keretekben, burkolatokban és mindennapi alkatrészekben, például csavarokban, anyákban és csavarokban használják.

Látta már, hogy az ötvözetek hogyan tehetik az amúgy is hasznos anyagot jobbá, vagy talán pontosabbá, specializáltabbá. Hogyan működik ez a folyamat molekuláris szinten?

A legtöbb tiszta fém, bár sok keménynek tűnik, valójában önmagában túl puha ahhoz, hogy nehézgyártásban felhasználható legyen. (Az egyik figyelemre méltó kivétel az autóipar, ahol az acél többnyire ötvözetlen marad, és szinte tiszta vasat tartalmaz.) De más fémek keverése kiemelkedő eredményeket hozhat.

Például, nikkel és króm korrózióállóak és ismertek a rozsdamentes acélból készült műtéti eszközökben. Ha nagyobb mágneses permeabilitású ötvözetre van szükség acélmágnesekben való használatra, kobalt kiváló választás.

Mangán nagyobb szilárdságának és keménységének köszönhetően nagyobb léptékű projektekben használják, például nagy teherbírású vasúti átjárókban. Végül, molibdén képes erősíteni szokatlanul magas hőmérsékleten, még a fémek szabványai szerint is, és precíziós alkalmazásokban, például nagysebességű fúróhegyekben használják.

• Ha nagyobb ionokat adnak a meglévő acélrácshoz, ez megrongálja a rácsot oly módon, hogy az megnehezíti a szomszédos "rétegek" egymás melletti csúszását, ami megnöveli az acél rétegét keménység. Kisebb atomok hozzáadása ugyanazt a hatást eredményezheti, ha a vaskristályrács szerkezetének mechanikai megszakadása eltérő formában történik.

Az acél számos kívánatos tulajdonsága közé tartozik, hogy környezetbarát. Lehet, hogy nem mindig így néz ki, ha a nagy acélszerkezetek sokszor nem tetsző helyeken mutatják be a felhőkarcolót, de nagyszerű a tartósság azt jelenti, hogy például nem bomlik le mérgező anyaggá, és nem lát ki a talajvízbe és egyéb területeken. A megújuló energiaforrások (pl. Nap-, szél- és vízenergia) bőségesen használják a rozsdamentes acélt.

• Az acél ma a leginkább újrahasznosított anyag a Földön; bár nehéz, mágneses tulajdonságai megkönnyítik a patakokból és más helyekből történő kinyerést, mint a hulladék egyéb formái. Csökkentheti a CO-t₂ kibocsátások.

Más acélokhoz képest az acél alacsony energiát igényel a viszonylag könnyű acél elemek gyártásakor, és különféle formákba alakítható. Jobb formát és élt ad, mint a vas, amelyet fegyverek készítésére használnak.

Az acélt, mint megjegyezték, az autóiparban használják. Gondoljon a csúcsforgalom idején csak a saját városának útjain lévő autókra, amelyek mindegyike karosszériával, ajtóval, motorral, felfüggesztéssel és belső terekkel rendelkezik, amelyek jórészt acélból állnak.

• Az autó átlagosan 50 százaléka acélból készül.

A személygépjárművekben betöltött szerepétől eltekintve az acélt a mezőgazdasági járművek és gépek gyártásához használják.

A modern lakások legtöbb készüléke, például hűtőszekrény, televízió, mosogató, sütő stb. "Sima" acélból készül. Azok is, akiknek jenük van a konyhában töltött időre, tisztában vannak a rozsdamentes acél szerepével a finom evőeszközökben. A rozsdamentes acélok különösen alkalmasak a steril környezet könnyű fenntartására, amely az egyik olyan tulajdonság, amely miatt jó választás a műtéti eszközök és implantátumok számára.

Mivel a hegesztési varratok, az acél könnyű kialakításához alkalmazható, nem csak a láthatatlan alkotása modern struktúrák keretei között, önmagában is megjelenik a kortárs példákban építészet. Az úgynevezett "enyhe" acélt használják a mindennapi épületépítéshez, különösen azokon a területeken, ahol a helyi éghajlat jellemzője az erős szél.

Maga az acél ötvözet, és definíciója szerint annak típusától függetlenül nincs kémiai vagy molekuláris képlete. Mindazonáltal hasznos megvizsgálni az acélgyártási folyamat néhány fontos reakcióját.

A vas és az acélhulladék, vagy egyes esetekben önmagában az acélhulladék elégetése számos különböző reakcióval jár. Néhány fontos:
2 C + O₂ → 2 CO
Si + O₂ → SiO₂
4P + 5O₂ → 4 P₅O₂
2 Mn + O₂ → 2 MnO
A CO (szén-dioxid) hulladék termék, de a maradékot a mészhez adják, hogy az acélgyártási eljárást formázással folytassák salak.