באיזו תדירות אנחנו שומעים את המילה "פלדה". וזה מבוטא לא רק על ידי אנשי מקצוע בתחום הייצור המתכות, אלא גם על ידי תושבי העיר. שום מבנה חזק אינו שלם ללא פלדה. למעשה, כאשר אנו מדברים על משהו מתכת, אנו מתכוונים למוצר העשוי מפלדה. בואו לגלות ממה הוא מורכב וכיצד הוא מסווג.
הגדרה
פלדה היא אולי הסגסוגת הפופולרית ביותר, המבוססת על ברזל ופחמן. יתרה מכך, חלקם של האחרונים נע בין 0.1 ל-2.14%, בעוד שהראשונים אינם יכולים להיות נמוך מ-45%. קלות הייצור וזמינות חומרי הגלם הם בעלי חשיבות מכרעת בהפצת מתכת זו לכל תחומי הפעילות האנושית.
המאפיינים העיקריים של החומר משתנים בהתאם להרכב הכימי שלו. ההגדרה של פלדה כסגסוגת המורכבת משני מרכיבים, ברזל ופחמן, אינה יכולה להיקרא שלמה. זה עשוי לכלול, למשל, כרום לעמידות בחום וניקל לעמידות בפני קורוזיה.
רכיבים נדרשיםחומרים מספקים יתרונות נוספים. אז, ברזל הופך את הסגסוגת לניתנת לגיבוש וניתנת לעיוות בקלות בתנאים מסוימים, ופחמן יוצר חוזק וקשיות בו-זמנית עם שבירות. לכן חלקו כה קטן במסה הכוללת של הפלדה. קביעת שיטת הייצור של הסגסוגת הובילה לתכולת מנגן בה בכמות של 1% וסיליקון - 0.4%. ישנם מספר זיהומים המופיעים במהלך התכת המתכת ואשר הם מנסים להיפטר מהם. יחד עם זרחן וגופרית, חמצן וחנקן מפרקים גם את תכונות החומר, מה שהופך אותו לפחות עמיד ומשתנה גמישות.
Classification
ההגדרה של פלדה כמתכת עם סט מסוים של מאפיינים, כמובן, אינה מוטלת בספק. עם זאת, דווקא הרכבו מאפשר לסווג את החומר לכמה כיוונים. כך, למשל, מתכות נבדלות על ידי התכונות הבאות:
- על כימיקלים;
- structural;
- לפי איכות;
- לפי הכוונה;
- לפי מידת ההתחמצנות;
- לפי קשיות;
- על ריתוך פלדה.
הגדרת פלדה, סימון וכל מאפייניה יתוארו להלן.
סימון
למרבה הצער, אין ייעוד פלדה עולמי, מה שמקשה מאוד על סחר בין מדינות. ברוסיה מוגדרת מערכת אלפאנומרית. האותיות מציינות את שם היסודות ואת אופן ההתחמצנות, והמספרים מציינים את מספרם.
הרכב כימי
יש שתי דרכיםחלוקה של פלדה לפי הרכב כימי. ההגדרה שניתנו בספרי הלימוד המודרניים מאפשרת להבחין בין פחמן לחומר סגסוגת.
התכונה הראשונה מגדירה פלדה כפחמן נמוך, בינוני ופחמן גבוה, והשנייה - סגסוגת נמוכה, סגסוגת בינונית וסגסוגת גבוהה. מתכת דלת פחמן נקראת, שעל פי GOST 3080-2005, עשויה לכלול, בנוסף לברזל, את הרכיבים הבאים:
- פחמן - עד 0.2%. הוא מקדם חיזוק תרמי, שבגללו מוכפלים חוזק המתיחה והקשיות.
- מנגן בכמות של עד 0.8% נכנס באופן פעיל לקשר כימי עם חמצן ומונע היווצרות תחמוצת ברזל. המתכת מסוגלת לעמוד טוב יותר בעומסים דינמיים ומתאימה יותר להתקשות תרמית.
- סיליקון – עד 0.35%. זה משפר תכונות מכניות כגון קשיחות, חוזק, יכולת ריתוך.
לפי GOST, ההגדרה של פלדה כפלדה דלת פחמן ניתנת למתכת המכילה, בנוסף לשימושית, מספר זיהומים מזיקים בכמות הבאה. זה:
- זרחן - עד 0.08% אחראי להופעת שבירות קרה, פוגע בסיבולת ובכוח. מפחית את הקשיחות של המתכת.
- גופרית - עד 0.06%. זה מסבך את עיבוד המתכת בלחץ, מגביר את שבירות המזג.
- חנקן. מפחית את התכונות הטכנולוגיות והחוזקות של הסגסוגת.
- חמצן. מפחית חוזק ומפריע לכלי חיתוך.
יש לציין כי נמוך אופלדות דל פחמן הן רכות וגמישות במיוחד. הם מתעוותים היטב גם חמים וגם קרים.
ההגדרה של פלדת פחמן בינונית כמו גם הרכבה שונה כמובן מהחומר שתואר לעיל. וההבדל הגדול ביותר הוא כמות הפחמן, שנעה בין 0.2 ל-0.45%. למתכת כזו יש קשיחות וגמישות נמוכה יחד עם תכונות חוזק מעולות. פלדת פחמן בינונית משמשת בדרך כלל לחלקים המשמשים בעומסי כוח רגילים.
אם תכולת הפחמן היא מעל 0.5%, אז פלדה כזו נקראת פלדה עתירת פחמן. יש לו קשיות מוגברת, צמיגות מופחתת, גמישות, והוא משמש להטבעה של כלים וחלקים על ידי עיוות חם וקר.
בנוסף לזיהוי הפחמן הקיים בפלדה, קביעת מאפייני החומר מתאפשרת באמצעות הימצאות זיהומים נוספים בו. אם בנוסף ליסודות רגילים, כרום, ניקל, נחושת, ונדיום, טיטניום, חנקן במצב קשור כימית מוכנסים במכוון למתכת, אז זה נקרא מסומם. תוספים כאלה מפחיתים את הסיכון לשבר שביר, מגבירים את העמידות בפני קורוזיה וחוזק. מספרם מציין את מידת הסגסוגת של פלדה:
- low-alloyed - מכיל עד 2.5% תוספי סגסוג;
- סגסוגת בינונית - מ-2.5 עד 10%;
- סגסוגת גבוהה - עד 50%.
מה זה אומר? לדוגמה, הגידול של נכסים כלשהם החל להיות מסופק באופן הבא:
- הוספת כרום. חִיוּבִימשפיע על המאפיינים המכניים כבר בסכום של 2% מהסך הכל.
- החדרה של ניקל מ-1 ל-5% מגדילה את שולי הטמפרטורה של צמיגות. ומפחית את שבירות הקרה.
- מנגן עובד באותו אופן כמו ניקל, אם כי הרבה יותר זול. עם זאת, זה עוזר להגביר את הרגישות של המתכת להתחממות יתר.
- טונגסטן הוא תוסף היוצר קרביד המספק קשיות גבוהה. מכיוון שהוא מונע צמיחת גרגרים בחימום.
- מוליבדן הוא תוסף יקר. מה שמגביר את עמידות החום של פלדות במהירות גבוהה.
- סיליקון. מגביר עמידות לחומצה, גמישות, עמידות לאבנית.
- טיטניום. עשוי לקדם מבנה גרגר עדין בשילוב עם כרום ומנגן.
- נחושת. מגביר תכונות נגד קורוזיה.
- אלומיניום. מגביר את עמידות החום, קנה המידה, הקשיחות.
Structure
קביעת הרכב הפלדה לא תהיה שלמה מבלי ללמוד את המבנה שלה. עם זאת, סימן זה אינו קבוע, ועשוי להיות תלוי במספר גורמים, כגון: מצב טיפול בחום, קצב קירור, מידת הסגסוגת. על פי הכללים, יש לקבוע את מבנה הפלדה לאחר חישול או נורמליזציה. לאחר החישול, המתכת מחולקת ל:
- מבנה פרו-אווטקטואידי - עם עודף פריט;
- eutectoid, המורכב מפרליט;
- hypereutectoid - עם קרבידים משניים;
- ledeburite - עם קרבידים ראשוניים;
- אוסטניטי - עם סריג קריסטל במרכז הפנים;
- פריטי - עם סריג מרוכז במרכז הגוף.
קביעת דרגת הפלדה אפשרית לאחר נורמליזציה. זה מובן כסוג של טיפול בחום, הכולל חימום, החזקה וקירור לאחר מכן. כאן מבחינים בדרגות פרליט, אוסטניט ופריטי.
איכות
קביעת סוגים הפכה לאפשרית מבחינת איכות בארבע דרכים. זה:
- איכות רגילה - מדובר בפלדות בעלות תכולת פחמן של עד 0.6%, אשר מותכות בתנורים פתוחים או בממירים באמצעות חמצן. הם נחשבים לזולים ביותר והם נחותים במאפיינים למתכות של קבוצות אחרות. דוגמה לפלדות כאלה הן St0, St3sp, St5kp.
- איכות. נציגים בולטים מסוג זה הם פלדות St08kp, St10ps, St20. הם מותכים באמצעות אותם תנורים, אך עם דרישות גבוהות יותר לתהליכי הטעינה והייצור.
- פלדות באיכות גבוהה מומסות בתנורים חשמליים, מה שמבטיח עלייה בטוהר החומר לתכלילים שאינם מתכתיים, כלומר שיפור בתכונות המכניות. חומרים אלה כוללים St20A, St15X2MA.
- איכותיים במיוחד - עשויים לפי שיטת המטלורגיה המיוחדת. הם נתונים להמסה מחדש של אלקטרוסג, המספקת טיהור מגופרית ותחמוצות. פלדות מסוג זה כוללות St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.
פלדות מבניות
זה אולי הסימן הכי פשוט ומובן להדיוט. ישנן פלדות מבניות, כלי עבודה ופלדות מיוחדות. מבני בדרך כלל מחולק ל:
- פלדות בנייה הן פלדות פחמן באיכות רגילה ומייצגות את סדרת הסגסוגת הנמוכה. הם כפופים למספר דרישות, שהעיקרית שבהן היא ריתוך ברמה גבוהה מספיק. דוגמה היא StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
- חומרים מוצקים משמשים לייצור מוצרים הפועלים בתנאי בלאי משטח וחווים בו זמנית עומסים דינמיים. אלה כוללים פלדות דלת פחמן St15, St20, St25 וכמה מתגסוגות: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGT, St30KGT.
- להטבעה קרה, נעשה שימוש בעלים מגולגלים מדגימות דל פחמן באיכות גבוהה. כגון St08Yu, St08ps, St08kp.
- פלדות ניתנות לטיפול המשופרות באמצעות תהליך ההמרה והמזג גבוה. מדובר בפלדות פחמן בינוניות (St35, St40, St45, St50), כרום (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), וכן כרום-סיליקון-מנגן, כרום-ניקל-מוליבדן וכרום-ניקל.
- קפיצי האביב הם בעלי תכונות אלסטיות ושומרים עליהם לאורך זמן, שכן יש להם רמה גבוהה של עמידות בפני עייפות והרס. אלו הם נציגי פחמן של St65, St70 ופלדות סגסוגות (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
- דגימות חוזק גבוה הן אלו בעלות חוזק כפול מפלדות מבניות אחרות, המושגות על ידי טיפול בחום והרכב כימי. ברוב המקרים, מדובר בפלדות סגסוגות פחמן בינוניות, לדוגמה, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
- מיסב כדוריפלדות מאופיינות בסיבולת מיוחדת, רמה גבוהה של עמידות בפני שחיקה וחוזק. הם נדרשים לעמוד בדרישות להיעדר סוגים שונים של תכלילים. דוגמאות אלו כוללות פלדות עתירות פחמן עם תכולת כרום בהרכב (StSHKh9, StSHKh15).
- הגדרות פלדה אוטומטיות הן כדלקמן. אלו הן דוגמאות לשימוש בייצור מוצרים לא קריטיים כגון ברגים, אומים, ברגים. חלקי חילוף כאלה מעובדים בדרך כלל. לכן, המשימה העיקרית היא להגדיל את יכולת העיבוד של חלקים, אשר מושגת על ידי החדרת טלוריום, סלניום, גופרית ועופרת לתוך החומר. תוספים כאלה תורמים להיווצרות שבבים שבירים וקצרים במהלך העיבוד ומפחיתים את החיכוך. הנציגים העיקריים של פלדות אוטומטיות מסומנים כדלקמן: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
- פלדות עמידות בפני קורוזיה הן פלדות סגסוגת בעלות תכולת כרום של כ-12%, שכן היא יוצרת סרט תחמוצת על פני השטח המונע קורוזיה. נציגים של סגסוגות אלו הם St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
- דגימות עמידות בפני שחיקה משמשות במוצרים הפועלים תחת חיכוך שוחק, הלם ולחץ חזק. דוגמה לכך היא חלקי פסי רכבת, מגרסה ומכונות זחלים, כגון St110G13L.
- פלדות עמידות בחום יכולות לעבוד בחום גבוה. הם משמשים לייצור צינורות, חלקי חילוף לטורבינת גז וקיטור. מדובר בעיקר בדגימות דל פחמן בעלי סגסוגת גבוהה, המכילות בהכרח ניקל, שעלול להכיל תוספים בצורהמוליבדן, נוביום, טיטניום, טונגסטן, בורון. דוגמה תהיה St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
- עמידים בחום עמידים במיוחד בפני נזקים כימיים באוויר, גז ותנור, סביבות חמצון ופחמימות, אך מראים זחילה תחת עומסים קשים. נציגים מסוג זה הם St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.
פלדות כלי עבודה
בקבוצה זו, סגסוגות מחולקות לתבנית, עבור כלי חיתוך ומדידה. ישנם שני סוגים של פלדות מתכת.
- החומר לייצור קר צריך להיות בעל דרגת קשיות גבוהה, חוזק, עמידות בפני שחיקה, עמידות בחום. אבל בעלי צמיגות מספקת (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
- לחומר היוצר החם יש חוזק וקשיחות טובים. יחד עם עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני אבנית (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).
פלדות כלי מדידה, בנוסף לעמידות בפני שחיקה וקשיות, חייבות להיות יציבות מימדיות וקלות לטחינה. קליברים, סיכות, תבניות, סרגלים, קשקשים, אריחים עשויים מסגסוגות אלה. דוגמה לכך תהיה סגסוגות StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.
קביעת קבוצות פלדה לכלי חיתוך היא די קלה. סגסוגות כאלה חייבות להיות בעלות יכולת חיתוך וקשיות גבוהה לאורך זמן, גם כשהן נתונות לחום. אלה כוללים כלי פחמן וסגסוגת, כמו גםפלדות במהירות גבוהה. כאן תוכל למנות את הנציגים הבולטים הבאים: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.
דה חמצון של הסגסוגת
קביעת הפלדה לפי מידת ההתחמצנות מרמזת על שלושת הסוגים שלה: רגוע, חצי רגוע ורותחת. עצם הרעיון מתייחס להסרת חמצן מהסגסוגת הנוזלית.
פלדה שקטה כמעט ואינה פולטת גזים במהלך התמצקות. הדבר נובע מהסרה מוחלטת של חמצן והיווצרות חלל התכווצות על גבי המטיל, אשר לאחר מכן מנותק.
בפלדה רגועה למחצה, גזים משתחררים חלקית, כלומר יותר מאשר בפלדה רגועה, אבל פחות מאשר באלה רותחים. אין כאן קליפה, כמו במקרה הקודם, אלא נוצרות בועות בחלק העליון.
סגסוגות רותחות משחררות כמות גדולה של גז כשהן מתמצקות, ובחתך מספיק פשוט לשים לב להבדל בהרכב הכימי בין השכבה העליונה והתחתונה.
Hardness
מושג זה מתייחס ליכולת של חומר לעמוד בפני חדירת קשה יותר לתוכו. קביעת קשיות התאפשרה באמצעות שלוש שיטות: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.
לפי שיטת ברינל, כדור פלדה מוקשה נלחץ לתוך פני הקרקע של המדגם. על ידי לימוד קוטר ההדפסה, קבע את הקשיות.
שיטה לקביעת קשיות הפלדה לפי Rockwell. הוא מבוסס על חישוב עומק החדירה של קצה חרוט יהלום של 120 מעלות.
לפי ויקרס במדגם המבחןפירמידת יהלום טטרהדרלית נלחצת פנימה. עם זווית של 136 מעלות על פניים מנוגדים.
האם ניתן לקבוע את דרגת הפלדה ללא ניתוח כימי? מומחים בתחום המטלורגיה מסוגלים לזהות את דרגת הפלדה על ידי ניצוץ. קביעת מרכיבי המתכת אפשרית במהלך עיבודה. אז לדוגמה:
- לפלדה CVG יש ניצוצות בצבע ארגמן כהה עם נקודות צהובות-אדומות וקווצות. בקצות החוטים המסועפים מופיעים כוכבים אדומים בוהקים עם גרגירים צהובים באמצע.
- P18 פלדה מזוהה גם על ידי ניצוצות ארגמן כהים עם ציצים צהובים ואדומים בהתחלה, עם זאת, החוטים ישרים ואין להם מזלגות. בקצות הצרורות יש ניצוצות עם גרגר צהוב בהיר אחד או שניים.
- דרגות פלדה ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 יש ניצוצות צהובים עם כוכבים בהירים. וגרגרים אדומים על הענפים.
- פלדה U12F נבדלת על ידי ניצוצות צהובים בהירים עם כוכבים צפופים וגדולים. עם כמה ציצים אדומים וצהובים.
- לפלדות 15 ו-20 יש ניצוצות צהובים בהירים, הרבה מזלגות וכוכבים. אבל מעט ציצים.
קביעת פלדה באמצעות ניצוץ היא שיטה מדויקת למדי עבור מומחים. עם זאת, אנשים רגילים לא יכולים לאפיין את המתכת על ידי בחינת צבע הניצוץ בלבד.
Weldability
התכונה של מתכות ליצור חיבור בפגיעה מסוימת נקראת יכולת הריתוך של פלדות. קביעת מחוון זה אפשרית לאחר זיהוי תכולת הברזל והפחמן.
מאמינים שהם מחוברים היטב באמצעות ריתוךפלדות דל פחמן. כאשר תכולת הפחמן עולה על 0.45%, יכולת הריתוך מתדרדרת והולכת ומחמירה כאשר תכולת הפחמן גבוהה. זה קורה גם בגלל שהאי-הומוגניות של החומר גדלה, ותכלילי גופרית בולטים בגבולות התבואה, מה שמוביל להיווצרות סדקים ולעלייה במתח הפנימי.
רכיבי סגסוגת פועלים גם הם, ומחמירים את החיבור. האלמנטים הכי לא נוחים לריתוך הם יסודות כימיים כמו כרום, מוליבדן, מנגן, סיליקון, ונדיום, זרחן.
עם זאת, עמידה בטכנולוגיה בעבודה עם פלדות סגסוגת נמוכה מספקת אחוז טוב של ריתוך ללא שימוש באמצעים מיוחדים. קביעת יכולת הריתוך אפשרית לאחר הערכת מספר איכויות חומר חשובות, כולל:
- מהירות קירור.
- הרכב כימי.
- תצוגה של התגבשות ראשונית ושינויים מבניים במהלך הריתוך.
- היכולת של מתכת ליצור סדקים.
- נטייה של החומר להיווצרות התקשות.
