ფოლადის თვისებები და გამოყენება

სტრუქტურები ძირითადად ან მეტწილად დამზადებულია მასალისგან, რომელიც ცნობილია, როგორც ფოლადი ეს შეიძლება იყოს კაცობრიობის ყველაზე მნიშვნელოვანი დამატებები დედამიწის ლანდშაფტში.

დედამიწაზე მთელი ცხოვრების ტრანსპორტირება სხვაგან რომ მოხდეს, და უცხოპლანეტელების ჯგუფმა რომ გამოიკვლიოს, მათ იპოვიან ყველაზე გამძლე და დაკისრებული საგნები, რომლებიც აშკარად არ იყო ბუნებრივი გეოლოგიური პროცესებიდან წარმოქმნილი ფოლადი უნდა შეიცავდეს: ცათამბჯენებს, ხიდებს, მძიმე ტექნიკას და არსებითად ყველაფერს, რაც საჭიროა ძლიერი ძალების გადასატანად დრო

თქვენ ალბათ გაქვთ გარკვეული ცოდნა იმის შესახებ, თუ საიდან ”მოდის ფოლადი” და რა არის ”ის”. სხვა თუ არაფერი, თქვენ ნამდვილად იცით, თუ როგორ გამოიყურება, იგრძნობა და, ალბათ, ისიც ჟღერს გარკვეულ შემთხვევებში.

თუ ფოლადს ლითონზე ფიქრობთ, ეს ბუნებრივია, მაგრამ სინამდვილეში ფოლადი კლასიფიცირდება როგორც შენადნობი ან სხვადასხვა მეტალების ნაზავი. ამ შემთხვევაში, თითქმის ყველა ძირითადი ლითონი არის რკინა, არ აქვს მნიშვნელობა კონკრეტულ რეცეპტს, მაგრამ როგორც ნახავთ, ნახშირბადის მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება მნიშვნელოვნად შეცვალოს ფოლადის თვისებები.

მოემზადეთ ბევრი რამის გასაგებად, თუ რას შეიძლება ეწოდოს ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალა მშენებლობისა და ინჟინერიის ისტორიაში,

როგორც თქვენ ეჭვგარეშეა იცით თქვენი ნახვისგან მოსმენილი და მასთან კონტაქტის დროს, ფოლადი ცნობილია თავისი გამძლეობით, სიმტკიცითა და სიმტკიცით. ზოგიერთ შემთხვევაში, იგი ასევე ცნობილია თავისი ბრწყინვალებით.

რას თარგმნის ეს თვისებები რაოდენობრივი ფიზიკური თვალსაზრისით, არის ძალიან მაღალი დნობის წერტილი (დაახლოებით 1,510 ° C, უფრო მაღალი ვიდრე ლითონების უმეტესობა; მაგალითად, სპილენძის სიგრილე თითქმის 500 გრადუსიანია) და ა ძალიან მაღალი სიმკვრივე (7,9 გ / სმ)³, წყლის თითქმის რვაჯერ მეტი).

ფოლადი უფრო რთული და ძლიერია, ვიდრე მისი ე.წ. მშობელი ელემენტი, რკინა. მაინც ასეა უკიდურესად მოქნილი და ცნობილია თავისი მაღალი გაჭიმვის ძალა (ანუ, მისი უნარი გაუძლოს გამოყენებულ დატვირთვებს, ან ძალებს, ფორმის დაკარგვის გარეშე).

ყველა სახის ფოლადის დაძაბულობის ძალა მაღალია სხვა მასალებთან შედარებით, მაგრამ მნიშვნელოვნად განსხვავდება ფოლადის ტიპებს შორის. დაბალ ბოლოს, მნიშვნელობებია დაახლოებით 290 N / mm²; მაღალ ბოლოს, გაჭიმვის სიძლიერე 870 N / mm არის².

• ერთი კვადრატული მილიმეტრი (მმ.)²) კვადრატული მეტრის მხოლოდ ერთი მემილიონეა. ეს ნიშნავს, რომ ფოლადს შეიძლება ჰქონდეს 870 მილიონი ნიუტონი კვადრატულ მეტრზე - ეს არის 88,8 მილიონი კილოგრამის მასა, ან 195,7 მილიონი ფუნტი (97,831 ტონა) ტოლია დედამიწაზე!

თუ ოდესმე გამოგიყენებიათ ა თუჯის ტაფა, თქვენ ალბათ შენიშნეთ რამდენად საოცრად ძლიერი (ან თუნდაც მძიმე) ჩანდა. როდესაც რკინა ერთადერთი ან თითქმის ერთადერთი კომპონენტია ტაფის მსგავსი, ის უფრო მყიფეა, ვიდრე ფოლადი.

მაგრამ ყოველდღიური სამზარეულოს უმეტესობის ტემპერატურისთვის (რაც "ცხელი" ჩანს, მაგრამ არც სადმე დგება ღუმელის მსგავსი), ფუნქციური განსხვავება რკინასა და ფოლადს შორის არ შეიძლება იყოს აშკარა, თუნდაც ისინი გარკვეულწილად გამოიყურებოდეს განსხვავებული.

დღეს წარმოებული ფოლადის უმეტესობას უბრალოდ უწოდებენ ნახშირბადოვანი ფოლადიან ნახშირბადოვანი ფოლადი, მიუხედავად იმისა, რომ იგი შეიძლება შეიცავდეს მეტალებს რკინისა და ნახშირბადის გარდა, მაგალითად, სილიციუმი და მანგანუმი.

ფოლადის ვარიაციის რაოდენობა შეიძლება ზედაპირზე მნიშვნელოვნად არ გამოიყურებოდეს, რადგან ნახშირბადი არასდროს წარმოადგენს ფოლადის 1.5 პროცენტზე მეტს. ამასთან, როდესაც გაითვალისწინებთ, რომ ამ მცირე ნაწილს შეუძლია 10 – ჯერ (0.15 პროცენტიდან 1.5 პროცენტამდე) კოეფიციენტი იყოს, თქვენ აფასებთ მასზე ფიზიკური ზემოქმედების შეფასებას.

ფოლადის დაყოფა შესაძლებელია სხვადასხვა კატეგორიად, რიგი კრიტერიუმების გამოყენებით. ის, რასაც იყენებენ მეცნიერები (რომლებიც ხშირად უფრო მეტად აინტერესებთ ნივთების თვისებები, ვიდრე რეალურად მათი გამოყენება) ხშირად განსხვავდება მათგან, რომელთა მთავარი საზრუნავი არის საბოლოო პროდუქტის ტიპები ფოლადი.

მექანიკური: როგორც აღინიშნა, ფოლადის დაძაბულობის სიძლიერე შეიძლება იყოს 290 N / მ² და 870 N / მ². ნახშირბადის დამატება ფოლადში ართულებს ნახშირბადის ატომების ეფექტურად დაშლას რკინის ატომებს შორის ისე, რომ მატერიალური დისლოკაციები ძალზე რთულდება და წარმოიქმნება ფეის "მარცვლები"₃გ. ეს ასევე ხდის ფოლადს უფრო მყიფე ვიდრე რკინა, ამიტომ რკინის ფოლადში გადაქცევა, მიუხედავად ამ უკანასკნელის აშკარა უპირატესობისა, პრაქტიკულ ნულოვან ფასად არ გამოირჩევა.

ფოლადი, რომელიც კლასიფიცირებულია მისი მექანიკური თვისებების საფუძველზე, იწყება "Fe" - ით, ხოლო შემდეგ მოდის 1) E და მინიმალური მოსავლიანობის სტრესი არის ფოლადი, რომელიც კლასიფიცირებულია ძირითადად ამის საფუძველზე_, ან 2) მხოლოდ დაძაბულობის სიძლიერე, თუ ეს არის პირველადი კლასიფიკაციის ნიშანი. (_ მოსავლიანობა არის მექანიკური დეფორმაციის წინააღმდეგობის საზომი.)

• მაგალითად, "Fe 290" არის ფოლადი, რომლის მიზიდულობის ძალაა 290 N / mm2. ხოლო "Fe E 220" არის ფოლადი, 220 ნ / მმ მოსავლიანობის სტრესი².

ქიმიური: ჩვეულებრივი ნახშირბადოვანი ფოლადები, რომლებიც მერყეობს 0,06 პროცენტიდან ნახშირბადამდე და 1,5 პროცენტამდე ნახშირბადს, იყოფა შემდეგ ტიპებად, მათი ნახშირბადის სპეციფიკური შემცველობიდან გამომდინარე.

1. მკვდარი რბილი ფოლადი - 0.15 მდე

   პროცენტი

   ნახშირბადი 2. დაბალი ნახშირბადის ან რბილი ფოლადი - 0.15

   პროცენტი

   0.45-მდე

   პროცენტი

   ნახშირბადი 3. საშუალო ნახშირბადოვანი ფოლადი - 0,45

   პროცენტი

   0.8-მდე

   პროცენტი

   ნახშირბადი 4. მაღალი ნახშირბადოვანი ფოლადი - 0,8

   პროცენტი

   1.5-მდე

   პროცენტი

   ნახშირბადის

Უჟანგავი ფოლადი არის ფოლადის სახეობა, რომელსაც თავისი სახელი აქვს მისი წინააღმდეგობისგან დაჟანგვა (ჟანგით) ასევე კოროზია, როგორც ეს შეიძლება მოხდეს ძლიერი მჟავის გამოყენების შედეგად. იგი გამოიგონა 1913 წელს ბრიტანელმა მეტალურგმა ჰარი ბრილი, რომელმაც ეს ლითონის დამატებით აღმოაჩინა ქრომი ფოლადის მაღალი რაოდენობით (13 პროცენტი), ქრომი რეაგირებს ჰაერში ჟანგბადთან და ქმნის თვითგანახლების დამცავ ფილმს ობიექტის გარშემო.

დღეს გამოიყენება მრავალი სახის უჟანგავი ფოლადი:

• მარტენსიტული უჟანგავი ფოლადები შეიცავს 12-დან 14-ს

  პროცენტი

  ქრომი და 0.12-დან 0.35-მდე

  პროცენტი

  ნახშირბადი და წარმოიქმნა პირველი უჟანგავი ფოლადი. ეს ფოლადები არის მაგნიტური და შეიძლება გამკაცრდეს მათი სითბოს დამუშავებით. ესენი გამოიყენება სხვა ჰიდრავლიკურ ტუმბოებში, ორთქლის ტუმბოებში, ზეთის ტუმბოებსა და ვენტილებში.
  * ფერიტური უჟანგავი ფოლადები ქრომის მეტი რაოდენობა აქვთ (16-დან 18-მდე)

  პროცენტი) და დაახლოებით 0,12

  პროცენტი

  ნახშირბადის. ეს ფოლადები უფრო მდგრადია კოროზიის მიმართ, ვიდრე მარტენზიული უჟანგავი ფოლადები, მაგრამ სითბოს გამოყენებისას გამაგრების მცირე ტევადობა აქვთ. ეს უჟანგავი ფოლადები გამოიყენება, ძირითადად, ფორმირებისა და დაჭერის დროს, კოროზიის მიმართ მაღალი მდგრადობის გამო.
  * ოსტენიტური უჟანგავი ფოლადები შეიცავს დიდი რაოდენობით როგორც ქრომს, ისე ნიკელს; ზუსტი ქიმიური შემადგენლობის მრავალი ვარიაცია არსებობს, მაგრამ ყველაზე ხშირად გამოყენებულია 18-ისგან

  პროცენტი

  ქრომი და 8

  პროცენტი

  ნიკელი, ნახშირბადი მინიმუმამდეა დაყვანილი. ისინი ძალიან კარგად უწევთ წინააღმდეგობას კოროზიისაგან, რადგან არ განიცდიან სითბოს მნიშვნელოვნად დამუშავებას. ეს ფოლადები გამოიყენება ტუმბოს ლილვებში, ჩარჩოებში, გარსაცმებში და ყოველდღიურ კომპონენტებში, როგორიცაა ხრახნები, კაკალი და ხრახნები.

თქვენ უკვე ნახეთ, თუ როგორ შეიძლება შენადნობების გაკეთება უკვე სასარგებლო მასალის უკეთესად, ან შესაძლოა უფრო გასაგებად, უფრო სპეციალიზებული გახდეს. როგორ მუშაობს ეს პროცესი მოლეკულურ დონეზე?

სუფთა ლითონების უმეტესობა, მართალია, ბევრი მათგანი რთულად გამოიყურება, მაგრამ სინამდვილეში ძალიან რბილია, რომ მძიმე წარმოებაში გამოიყენონ. (განსაკუთრებული გამონაკლისია საავტომობილო ინდუსტრია, სადაც ფოლადი უმეტესად არ არის შენადნობი და შეიცავს თითქმის სუფთა რკინას.) მაგრამ სხვა მეტალებში შერევამ შეიძლება შესანიშნავი შედეგი გამოიწვიოს.

Მაგალითად, ნიკელის და ქრომი კოროზიის მიმართ მდგრადია და ცნობილია უჟანგავი ფოლადისგან დამზადებულ ქირურგიულ ინსტრუმენტებში ჩართვით. თუ ფოლადის მაგნიტებში გამოყენებისთვის სასურველია შენადნობი უფრო მაღალი მაგნიტური გამტარობით, კობალტი შესანიშნავი არჩევანია.

მანგანუმი გამოიყენება უფრო დიდი მასშტაბის პროექტებში, როგორიცაა მძიმე რკინიგზის გადასასვლელი მნიშვნელოვანი სიმტკიცის და სიმტკიცის გამო. დაბოლოს, მოლიბდენი შეუძლია შეინარჩუნოს თავისი სიძლიერე უჩვეულოდ მაღალ ტემპერატურაზე ლითონების სტანდარტების დროსაც კი და გამოიყენება ზუსტი პროგრამებისთვის, როგორიცაა ჩქაროსნული საბურღი რჩევები.

• როდესაც არსებულ ფოლადის გისოსს უფრო დიდი იონები ემატება, ეს არღვევს ბადეს ისე, რომ იგი ართულებს მომიჯნავე "ფენებს" ერთმანეთის გასრიალება, რაც ზრდის ფოლადის სიმტკიცე უფრო მცირე ატომების დამატებას იგივე გავლენა აქვს რკინის კრისტალური ქსელის სტრუქტურის სხვადასხვა ფორმის მექანიკური მოშლით.

ფოლადის მრავალ სასურველ თვისებას შორის არის ის, რომ იგი ეკოლოგიურად სუფთაა. ეს ყოველთვის არ შეიძლება ასე გამოიყურებოდეს დიდი ფოლადის კონსტრუქციებით, რომლებიც ხშირად არასასურველი ადგილებია ცათამბჯენზე, მაგრამ ძალიან კარგია გამძლეობა ნიშნავს, რომ, მაგალითად, ის არ დაიშლება რაღაც ტოქსიკურად და არ გამოჩნდება მიწისქვეშა წყლებში და სხვა ტერიტორიები. განახლებადი ენერგიის წყაროები (მაგალითად, მზის, ქარისა და ჰიდროენერგეტიკა) იყენებენ უჟანგავი ფოლადის ფართო გამოყენებას.

• ფოლადი ახლა ყველაზე გადამუშავებული მასალაა დედამიწაზე; მიუხედავად იმისა, რომ იგი მძიმეა, მისი მაგნიტური თვისებები აადვილებს ნაკადებისა და სხვა ადგილებიდან აღდგენას, ვიდრე სხვა სახის ნარჩენები. მას შეუძლია შეამციროს CO₂ გამონაბოლქვი.

სხვა მასალებთან შედარებით, ფოლადი მოითხოვს მცირე რაოდენობის ენერგიას შედარებით მსუბუქი ფოლადის ელემენტების მშენებლობისას და ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს სხვადასხვა ფორმებად. ის უკეთეს ფორმას და პირას იძლევა, ვიდრე რკინა, რომელიც იარაღის დასამზადებლად გამოიყენება.

ფოლადი, როგორც აღინიშნა, გამოიყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში. იფიქრეთ პიკის საათებში მხოლოდ თქვენი ქალაქის გზებზე მანქანების რაოდენობაზე, ყველა მათგანი კორპუსებით, კარებით, ძრავებით, საკიდრებით და ინტერიერით ძირითადად ფოლადისაგან შედგება.

• საშუალოდ, მანქანის 50 პროცენტი დამზადებულია ფოლადისაგან.

სამგზავრო მანქანებში თავისი როლის გარდა, ფოლადი გამოიყენება სამეურნეო სატრანსპორტო საშუალებებისა და მანქანების წარმოებაში.

თანამედროვე სახლების საყოფაცხოვრებო ტექნიკის უმეტესობა, როგორიცაა მაცივრები, ტელევიზორები, ნიჟარები, ღუმელები და ა.შ. დამზადებულია "უბრალო" ფოლადისგან. ასევე, იენი, რომლებსაც აქვთ სამზარეულოში დროის გასატარებლად, კარგად იციან უჟანგავი ფოლადის როლს წვრილმან დანაჩანგლებში. უჟანგავი ფოლადები ხელს უწყობს სტერილური გარემოს მარტივად შენარჩუნებას, რაც ერთ-ერთი თვისებაა, რაც მას კარგ არჩევანს უქმნის ქირურგიული ინსტრუმენტები და იმპლანტანტები.

იმის გამო, რომ ეს ხელს უწყობს შედუღებებისა და ფოლადის მარტივ ფორმირებას, ვიდრე მხოლოდ უხილავის შედგენა თანამედროვე სტრუქტურების ჩარჩო, თავისებურად გახდა თანამედროვე მაგალითების მაგალითები არქიტექტურა. ე.წ. "რბილი" ფოლადი გამოიყენება ყოველდღიური შენობების მშენებლობისთვის, განსაკუთრებით იმ ადგილებში, სადაც ძლიერი ქარი ადგილობრივი კლიმატის მახასიათებელია.

ფოლადი თავისთავად არის შენადნობი და განსაზღვრებით მას არ გააჩნია ქიმიური და მოლეკულური ფორმულა, მიუხედავად მისი ტიპისა. ამის მიუხედავად, სასარგებლოა ფოლადის წარმოების პროცესში მომხდარი რამდენიმე მნიშვნელოვანი რეაქციის განხილვა.

რკინის პლუს ჯართის წვა, ან სხვა შემთხვევებში, მხოლოდ ფოლადის ჯართი, მოიცავს სხვადასხვა რეაქციებს. ზოგიერთი მათგანი მნიშვნელოვანია:
2 C + O₂ → 2 CO
სი + ო₂ → SiO₂
4P + 5 O₂ → 4 გვ₅ო₂
2 მილიონი + ო₂ M 2 MnO
CO (ნახშირორჟანგი) ნარჩენების პროდუქტია, მაგრამ დანარჩენს ემატება ცაცხვი, ფოლადის წარმოების პროცესის ფორმირებით გაგრძელების მიზნით წიდა.