Својства и употреба челика

Конструкције направљене углавном или углавном од материјала познатог као челика можда само најистакнутији додаци човечанства на пејзажу Земље.

Ако би се сав живот на Земљи телепортовао негде другде, а случајно би истражила група ванземаљаца, пронашли би најтрајније и најимпозантније предмете који очигледно нису настали из природних геолошких процеса садржали би челик: небодере, мостове, тешке машине и у основи све што је потребно да издржи јаке силе над време.

Можда имате неко знање о томе одакле челик „долази“ и шта је „.“ Ако ништа друго, сигурно знате како то уопште изгледа, осећа се и можда чак звучи као у одређеним случајевима.

Ако челик сматрате металом, то је природно, али челик је у ствари класификован као легуре или мешавина различитих метала. У овом случају, готово сав примарни метал је гвожђе без обзира на одређени рецепт, али као што ћете видети, чак и мале количине угљеника могу значајно променити својства челика.

Припремите се да научите много о ономе што се с правом може назвати најважнијим материјалом у историји грађевине и инжењерства,

Као што несумњиво знате по томе што сте видели, чули и били у контакту са својим уделом, челик је познат пре свега по својој издржљивости, тврдоћи и жилавости. У неким случајевима је познат и по својој сјајности.

Оно у шта се ове особине преводе у физички израчунљивим мерилима је а врло висока тачка топљења (око 1.510 ° Ц, више од већине метала; бакар је, на пример, скоро 500 степени хладнији) и а врло велика густина (7,9 г / цм³, скоро осам пута више од воде).

Челик је у целини тврђи и чвршћи од свог такозваног матичног елемента, гвожђа. Ипак јесте изузетно флексибилан и познат по свом велика затезна чврстоћа (тј. његова способност да издржи примењена оптерећења или силе, без губитка облика).

Затезна чврстоћа свих врста челика је велика у поређењу са другим материјалима, али значајно варира између врста челика. На доњем крају вредности су приближно 290 Н / мм²; на високом крају, затезна чврстоћа је чак 870 Н / мм².

• Један квадратни милиметар (мм²) износи само милионити део квадратног метра. То значи да челик може имати затезну чврстоћу од 870 милиона њутна по квадратном метру - што је једнако маси од 88,8 милиона килограма, односно 195,7 милиона фунти (97,831 тона), на Земљи!

Ако сте икада користили шерпа од ливеног гвожђа, можда сте приметили како је изгледао изузетно чврсто (или барем тешко). Када је гвожђе једина или готово једина компонента нечега попут посуде, ломљивије је од челика.

Али за већину свакодневних температура кувања (које делују „вруће“, али нису ни близу пећи за топљење), функционална разлика између гвожђа и челика можда неће бити очигледна, чак иако обично изгледају донекле различит.

Већина челика који се данас производи једноставно се назива угљен челик, или обични угљенични челик, иако можда садржи гвожђе осим гвожђа и угљеника, попут силицијума и мангана.

Количина варијација челика на површини можда неће изгледати значајно, јер угљеник никада не чини више од 1,5 процента челика. Међутим, када сматрате да се ова мала фракција и сама може кретати у фактору од 10 (0,15 до 1,5 процента), почињете да цените физички утицај који то може имати.

Челик се може поделити у различите категорије користећи бројне критеријуме. Они које користе научници (који се често више баве својствима ствари него заправо користећи их) често се разликују од оних чија је главна брига врста готових производа челика.

Механички: Као што је напоменуто, затезна чврстоћа челика може се кретати између 290 Н / м² и 870 Н / м². Додавање угљеника у челик отежава због начина на који се атоми угљеника у ствари шире сами се налазе међу атомима гвожђа на начин који отежава формирање дислокација материјала „зрна“ Фе₃Ц. То такође чини челик ломљивијим од гвожђа, па претварање гвожђа у челик, упркос очигледним предностима потоњег, нема нулти практични трошак.

Челик који је класификован на основу његових механичких својстава почиње са "Фе", а оно што следи је 1) Е и минимална вредност напона течења је челик који се класификује углавном на основу тога_, или 2) само вредност влачне чврстоће ако је ово примарно својство класификације. (_Притисак приноса је мера отпорности на механичке деформације.)

• На пример, „Фе 290“ је челик затезне чврстоће 290 Н / мм2. док је „Фе Е 220“ челик са напоном течења од 220 Н / мм².

Хемијска: Обични угљенични челици који варирају од 0,06% до 1,5% угљеника подељени су на следеће врсте у зависности од њиховог специфичног садржаја угљеника.

1. Мртви благи челик - до 0,15

   проценат

   угљеник 2. Ниско-угљенични или благи челик - 0,15

   проценат

   до 0,45

   проценат

   угљеник 3. Средње угљенични челик - 0,45

   проценат

   до 0,8

   проценат

   угљеник 4. Челик са високим угљеником - 0,8

   проценат

   до 1.5

   проценат

   угљеник

Нерђајући челик је врста челика која своје име добија по отпорности на оксидација (рђати) као и да корозија, као оно што би могло настати применом јаке киселине. Изумио га је 1913. године британски металург Харри Бреарлеи, који је то открио додавањем метала хром на челик у великим количинама (13 процената), хром би реаговао са кисеоником у ваздуху формирајући самообнављајући заштитни филм око предмета.

Данас се користе бројне врсте нерђајућег челика:

• Мартензитни нерђајући челици садрже 12 до 14

  проценат

  хром и 0,12 до 0,35

  проценат

  угљеник и били су први развијени нерђајући челик. Ови челици су магнетна а могу се очврснути третирањем топлотом. Користе се у хидрауличним пумпама, парним пумпама, уљним пумпама и вентилима, између осталог инжењерске опреме.
  * Феритни нерђајући челици имају већу количину хрома (16 до 18

  процената) и око 0,12

  проценат

  угљеник. Ови челици су отпорнији на корозију од мартензитних нерђајућих челика, али имају мали капацитет да се очврсну употребом топлоте. Ови нерђајући челици се првенствено користе за обликовање и пресовање захваљујући високој отпорности на корозију.
  * Аустенитни нерђајући челици садрже велику количину хрома и никла; постоје многе варијације у прецизном хемијском саставу, али најчешће коришћене састоје се од 18

  проценат

  хром и 8

  проценат

  никла, са угљеником на минимуму. Они се врло добро опиру корозији по цену што се у било којој приметној мери не могу подвргнути топлоти. Ови челици се користе у осовинама пумпи, оквирима, облогама и свакодневним компонентама као што су вијци, навртке и вијци.

Већ сте видели како легуре могу већ корисни материјал учинити бољим или можда тачнијим, специјализованијим. Како овај процес функционише на молекуларном нивоу?

Већина чистих метала, иако се многима чине чврсти, заправо су превише мекани да би се могли користити у тешкој производњи. (Изузетан изузетак је аутомобилска индустрија, где је челик углавном нелегиран и садржи готово чисто гвожђе.) Али мешање у друге метале може дати изванредне резултате.

На пример, никла и хром су отпорни на корозију и познати су по томе што их укључују у хируршке инструменте израђене од нерђајућег челика. Ако је легура веће магнетске пропустљивости пожељна за употребу у челичним магнетима, кобалт је одличан избор.

Манган се користи у пројектима већих размера као што су железнички прелази за велика оптерећења због своје значајне чврстоће и тврдоће. Коначно, молибден способан је да одржи своју снагу на необично високим температурама чак и према стандардима метала и користи се у прецизним апликацијама као што су брзи врхови сврдла.

• Када се у постојећу челичну решетку додају већи јони, то нарушава решетку на такав начин да она отежава клизање један поред другог суседних „слојева“, што повећава челик тврдоћа. Додавање мањих атома може имати исти ефекат кроз другачији облик механичког поремећаја на структури решетке кристалног гвожђа.

Међу многим пожељним својствима челика је и то што је еколошки прихватљив. Можда неће увек изгледати тако са великим челичним конструкцијама на којима се простире небо на често неудобним местима, али је сјајно трајност значи да се, на пример, неће разградити у нешто токсично и невидљиво испирати у подземне воде и друго области. Обновљиви извори енергије (нпр. Соларна енергија, енергија ветра и хидроелектране) обилно користе нерђајући челик.

• Челик је сада материјал који се највише рециклира на Земљи; иако је тежак, његова магнетна својства олакшавају опоравак од потока и других места од других облика отпада. Може смањити ЦО₂ емисије.

У поређењу са другим материјалима, челик захтева малу количину енергије приликом израде релативно лаганих челичних елемената и може се обликовати у различите облике. Даје бољи облик и ивицу од гвожђа које се користи за израду оружја.

Челик се, како је напоменуто, користи у аутомобилској индустрији. Помислите на број аутомобила на путевима вашег града током шпица, сви са каросеријом, вратима, моторима, суспензијама и унутрашњошћу која се углавном састоји од челика.

• У просеку је 50 одсто аутомобила направљено од челика.

Поред улоге у путничким возилима, челик се користи у производњи пољопривредних возила и машина.

Већина уређаја у модерним домовима, попут фрижидера, телевизора, судопера, пећи и тако даље, направљени су од „обичног“ челика. Такође, они који имају јена за провод у кухињи итекако су свесни улоге нерђајућег челика у фином прибору за јело. Нерђајући челици посебно су погодни за лако одржавање стерилног окружења, што је једна од особина која га чини добрим избором за хируршке инструменте и имплантате.

Зато што омогућава лако обликовање заварених спојева, челика, више него само стварање невидљивог оквира модерних структура, постало је самостално представљено у примерима савремених архитектура. Такозвани „благи“ челик користи се за свакодневну изградњу зграда, посебно у областима у којима су јаки ветрови одлика локалне климе.

Сам челик је легура и по дефиницији нема хемијску или молекуларну формулу, без обзира на врсту. Ипак је корисно испитати неке од важних реакција које се дешавају у процесу израде челика.

Сагоревање гвожђа и отпадног челика, или у појединим случајевима само отпадни челик, укључује бројне различите реакције. Неки од најважнијих су:
2 Ц + О₂ → 2 ЦО
Си + О₂ → СиО₂
4П + 5 О.₂ → 4 П.₅О.₂
2 Мн + О.₂ → 2 МнО
ЦО (угљен диоксид) је отпадни производ, али остатак се додаје кречу да би се настао поступак израде челика обликовањем шљака.