Stahl: Definition, Klassifizierung, chemische Zusammensetzung und Anwendung

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Wie oft hört man das Wort "Stahl". Und es wird nicht nur von Fachleuten auf dem Gebiet der metallurgischen Produktion, sondern auch von der Stadtbevölkerung ausgesprochen. Keine starke Struktur ist komplett ohne Stahl. Wenn wir von etwas Metall sprechen, meinen wir tatsächlich ein Produkt aus Stahl. Lassen Sie uns herausfinden, woraus es besteht und wie es klassifiziert wird.

Definition

Stahl ist vielleicht die beliebteste Legierung, die auf Eisen und Kohlenstoff basiert. Darüber hinaus liegt der Anteil der letzteren zwischen 0,1 und 2,14 %, während der erstere nicht unter 45 % liegen darf. Einfache Produktion und Verfügbarkeit von Rohstoffen sind von entscheidender Bedeutung bei der Verbreitung dieses Metalls in allen Bereichen menschlicher Aktivität.

Die Haupteigenschaften des Materials variieren je nach chemischer Zusammensetzung. Die Definition von Stahl als Legierung aus zwei Komponenten, Eisen und Kohlenstoff, kann nicht als vollständig bezeichnet werden. Es kann zum Beispiel Chrom für Hitzebeständigkeit und Nickel für Korrosionsbeständigkeit enth alten.

Erforderliche KomponentenMaterialien bieten zusätzliche Vorteile. So macht Eisen die Legierung formbar und unter bestimmten Bedingungen leicht verformbar, und Kohlenstoff macht Festigkeit und Härte gleichzeitig mit Sprödigkeit. Deshalb ist sein Anteil an der Gesamtmasse des Stahls so gering. Die Bestimmung des Herstellungsverfahrens der Legierung führte zu einem Mangangeh alt von 1% und einem Siliziumgeh alt von 0,4%. Es gibt eine Reihe von Verunreinigungen, die während des Schmelzens des Metalls entstehen und die sie zu beseitigen versuchen. Neben Phosphor und Schwefel verschlechtern auch Sauerstoff und Stickstoff die Eigenschaften des Materials, was es weniger h altbar macht und die Duktilität verändert.

Klassifizierung

Die Definition von Stahl als Metall mit bestimmten Eigenschaften steht natürlich außer Frage. Doch gerade seine Zusammensetzung macht es möglich, das Material in mehrere Richtungen einzuordnen. So zeichnen sich beispielsweise Metalle durch folgende Merkmale aus:

• auf Chemikalien;
• strukturell;
• nach Qualität;
• wie beabsichtigt;
• nach Desoxidationsgrad;
• nach Härte;
• über die Schweißbarkeit von Stahl.

Stahldefinition, Kennzeichnung und alle seine Eigenschaften werden unten beschrieben.

Markierung

Leider gibt es keine globale Stahlbezeichnung, was den Handel zwischen den Ländern erheblich erschwert. In Russland ist ein alphanumerisches System definiert. Die Buchstaben geben den Namen der Elemente und die Methode der Desoxidation an, und die Zahlen geben ihre Anzahl an.

Chemische Zusammensetzung

Es gibt zwei MöglichkeitenUnterteilung von Stahl nach chemischer Zusammensetzung. Die Definition moderner Lehrbücher ermöglicht die Unterscheidung zwischen Kohlenstoff und legiertem Material.

Das erste Attribut definiert Stahl als kohlenstoffarm, mittelkohlenstoffh altig und hochkohlenstoffh altig, das zweite - niedriglegiert, mittellegiert und hochlegiert. Es wird ein kohlenstoffarmes Metall genannt, das laut GOST 3080-2005 neben Eisen folgende Komponenten enth alten kann:

• Kohlenstoff - bis zu 0,2 %. Es fördert die thermische Verfestigung, wodurch die Zugfestigkeit und Härte verdoppelt werden.
• Mangan in einer Menge von bis zu 0,8 % geht aktiv eine chemische Bindung mit Sauerstoff ein und verhindert die Bildung von Eisenoxid. Das Metall ist dynamischer belastbarer und thermisch besser aushärtbar.
• Silizium – bis zu 0,35 %. Es verbessert mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit, Festigkeit, Schweißbarkeit.

Laut GOST wird die Definition von Stahl als kohlenstoffarmer Stahl einem Metall gegeben, das neben nützlichen eine Reihe schädlicher Verunreinigungen in der folgenden Menge enthält. Das ist:

• Phosphor - bis zu 0,08 % ist verantwortlich für das Auftreten von Kältesprödigkeit, beeinträchtigt Ausdauer und Kraft. Reduziert die Zähigkeit des Metalls.
• Schwefel - bis zu 0,06 %. Es erschwert die Metallbearbeitung durch Druck, erhöht die Anlasssprödigkeit.
• Stickstoff. Reduziert die technologischen und Festigkeitseigenschaften der Legierung.
• Sauerstoff. Reduziert die Kraft und stört Schneidwerkzeuge.

Es sollte beachtet werden, dass niedrig oderkohlenstoffarme Stähle sind besonders weich und duktil. Sie verformen sich sowohl heiß als auch k alt gut.

Die Definition von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgeh alt sowie seine Zusammensetzung unterscheiden sich natürlich von dem oben beschriebenen Material. Und der größte Unterschied ist die Kohlenstoffmenge, die zwischen 0,2 und 0,45 % liegt. Ein solches Metall hat eine geringe Zähigkeit und Duktilität zusammen mit hervorragenden Festigkeitseigenschaften. Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgeh alt wird üblicherweise für Teile verwendet, die unter normalen Strombelastungen verwendet werden.

Wenn der Kohlenstoffgeh alt über 0,5 % liegt, wird dieser Stahl als Stahl mit hohem Kohlenstoffgeh alt bezeichnet. Es hat eine erhöhte Härte, reduzierte Viskosität, Duktilität und wird zum Stanzen von Werkzeugen und Teilen durch Heiß- und K altverformung verwendet.

Zusätzlich zur Identifizierung des im Stahl vorhandenen Kohlenstoffs ist die Bestimmung der Eigenschaften des Materials durch das Vorhandensein zusätzlicher Verunreinigungen möglich. Werden neben gewöhnlichen Elementen gezielt Chrom, Nickel, Kupfer, Vanadium, Titan, Stickstoff in chemisch gebundenem Zustand in das Metall eingebracht, so spricht man von dotiert. Solche Zusätze verringern das Risiko von Sprödbruch, erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Ihre Zahl gibt den Legierungsgrad des Stahls an:

• niedrig legiert - hat bis zu 2,5 % Legierungszusätze;
• mittellegiert - von 2,5 bis 10 %;
• hochlegiert - bis zu 50 %.

Was bedeutet das? Beispielsweise wurde die Erhöhung von Eigenschaften wie folgt bereitgestellt:

1. Hinzufügen von Chrom. positivbeeinflusst die mechanischen Eigenschaften bereits in Höhe von 2% der Gesamtmenge.
2. Die Einführung von Nickel von 1 bis 5% erhöht den Temperaturspielraum der Viskosität. Und reduziert Kältesprödigkeit.
3. Mangan wirkt genauso wie Nickel, ist aber viel billiger. Es hilft jedoch, die Empfindlichkeit des Metalls gegenüber Überhitzung zu erhöhen.
4. Wolfram ist ein karbidbildender Zusatzstoff, der für eine hohe Härte sorgt. Weil es beim Erhitzen das Kornwachstum verhindert.
5. Molybdän ist ein teurer Zusatzstoff. Das erhöht die Hitzebeständigkeit von Schnellarbeitsstählen.
6. Silizium. Erhöht Säurebeständigkeit, Elastizität, Kalkbeständigkeit.
7. Titan. Kann in Kombination mit Chrom und Mangan die Feinkornstruktur fördern.
8. Kupfer. Erhöht die Korrosionsschutzeigenschaften.
9. Aluminium. Erhöht die Hitzebeständigkeit, Verzunderung und Zähigkeit.

Struktur

Die Bestimmung der Zusammensetzung von Stahl wäre unvollständig, ohne seine Struktur zu untersuchen. Dieses Vorzeichen ist jedoch nicht konstant und kann von einer Reihe von Faktoren abhängen, wie z. B.: Art der Wärmebehandlung, Abkühlgeschwindigkeit, Legierungsgrad. Gemäß den Regeln sollte die Stahlstruktur nach dem Glühen oder Normalisieren bestimmt werden. Nach dem Glühen wird das Metall unterteilt in:

• pro-eutektoide Struktur - mit überschüssigem Ferrit;
• eutektoid, das aus Perlit besteht;
• übereutektoid - mit Sekundärkarbiden;
• Ledeburit - mit Primärkarbiden;
• austenitisch - mit flächenzentriertem Kristallgitter;
• ferritisch - mit kubisch raumzentriertem Gitter.

Bestimmung der Stahlklasse nach Normalisierung möglich. Darunter versteht man eine Art der Wärmebehandlung, die das Erhitzen, H alten und anschließende Abkühlen umfasst. Dabei werden Perlit-, austenitische und ferritische Güten unterschieden.

Qualität

Die Typenbestimmung ist qualitativ auf vier Arten möglich geworden. Das ist:

1. Normale Qualität - das sind Stähle mit einem Kohlenstoffgeh alt von bis zu 0,6 %, die in Herdöfen oder in Konvertern mit Sauerstoff erschmolzen werden. Sie gelten als die billigsten und sind in ihren Eigenschaften Metallen anderer Gruppen unterlegen. Beispiele für solche Stähle sind St0, St3sp, St5kp.
2. Qualität. Prominente Vertreter dieser Art sind die Stähle St08kp, St10ps, St20. Sie werden mit den gleichen Öfen erschmolzen, jedoch mit höheren Anforderungen an die Chargen- und Produktionsprozesse.
3. Hochwertige Stähle werden in Elektroöfen geschmolzen, was eine Erhöhung der Reinheit des Materials für nichtmetallische Einschlüsse, dh eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, garantiert. Diese Materialien umfassen St20A, St15X2MA.
4. Besonders hochwertig - werden nach dem Verfahren der Spezialmetallurgie hergestellt. Sie werden einer Elektroschlacke-Umschmelzung unterzogen, die eine Reinigung von Sulfiden und Oxiden ermöglicht. Zu den Stählen dieses Typs gehören St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Baustähle

Das ist vielleicht das einfachste und verständlichste Zeichen für den Laien. Es gibt Bau-, Werkzeug- und Sonderstähle. Strukturell wird normalerweise unterteilt in:

1. Baustähle sind Kohlenstoffstähle gewöhnlicher Qualität und Vertreter der niedriglegierten Reihe. Sie unterliegen mehreren Anforderungen, von denen die wichtigste die Schweißbarkeit auf einem ausreichend hohen Niveau ist. Ein Beispiel ist StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Zementierte Materialien werden verwendet, um Produkte herzustellen, die unter Oberflächenverschleißbedingungen arbeiten und gleichzeitig dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Dazu gehören kohlenstoffarme Stähle St15, St20, St25 und einige legierte Stähle: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
3. Für die K altprägung werden gerollte Blätter aus hochwertigen kohlenstoffarmen Proben verwendet. Wie St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Behandelbare Stähle, die durch den Abschreck- und Hochtemperprozess verbessert werden. Dies sind Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgeh alt (St35, St40, St45, St50), Chromstähle (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) sowie Chrom-Silizium-Mangan, Chrom-Nickel-Molybdän und Chrom-Nickel.
5. Federfedern haben elastische Eigenschaften und beh alten diese lange bei, da sie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung und Zerstörung aufweisen. Dies sind Kohlenstoffvertreter von St65, St70 und legierten Stählen (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Hochfeste Proben sind solche, die die doppelte Festigkeit anderer Baustähle aufweisen, was durch Wärmebehandlung und chemische Zusammensetzung erreicht wird. In der Masse sind dies legierte Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgeh alt, z. B. St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. KugellagerStähle zeichnen sich durch besondere Standzeiten, hohe Verschleißfestigkeit und Festigkeit aus. Sie müssen die Anforderungen für das Fehlen verschiedener Arten von Einschlüssen erfüllen. Diese Proben enth alten Stähle mit hohem Kohlenstoffgeh alt und einem Chromgeh alt in der Zusammensetzung (StSHKh9, StSHKh15).
8. Automatische Stahldefinitionen sind wie folgt. Dies sind Muster zur Verwendung bei der Herstellung von unkritischen Produkten wie Bolzen, Muttern, Schrauben. Solche Ersatzteile werden in der Regel maschinell bearbeitet. Daher besteht die Hauptaufgabe darin, die Bearbeitbarkeit von Teilen zu verbessern, was durch das Einbringen von Tellur, Selen, Schwefel und Blei in das Material erreicht wird. Solche Zusätze tragen bei der Bearbeitung zur Bildung von spröden und kurzen Spänen bei und verringern die Reibung. Die Hauptvertreter der Automatenstähle werden wie folgt bezeichnet: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Korrosionsbeständige Stähle sind legierte Stähle mit einem Chromgeh alt von etwa 12 %, da dieser auf der Oberfläche einen Oxidfilm bildet, der Korrosion verhindert. Vertreter dieser Legierungen sind St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Verschleißfeste Proben werden in Produkten verwendet, die unter abrasiver Reibung, Stößen und starkem Druck arbeiten. Ein Beispiel sind Teile von Eisenbahnschienen, Brechern und Raupenmaschinen wie St110G13L.
11. Hitzebeständige Stähle können bei hoher Hitze arbeiten. Sie werden bei der Herstellung von Rohren, Ersatzteilen für Gas- und Dampfturbinen verwendet. Dabei handelt es sich hauptsächlich um hochlegierte kohlenstoffarme Proben, die zwangsläufig Nickel enth alten, das Zusätze in Form enth alten kannMolybdän, Nobium, Titan, Wolfram, Bor. Ein Beispiel wäre St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Hitzebeständig sind besonders beständig gegen chemische Beschädigungen in Luft, Gas und Öfen sowie in oxidierenden und aufkohlenden Umgebungen, zeigen jedoch Kriechen unter starker Belastung. Vertreter dieses Typs sind St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Werkzeugstähle

In dieser Gruppe werden Legierungen in Schneid-, Schneid- und Messwerkzeuge eingeteilt. Es gibt zwei Arten von Gesenkstählen.

• Der Werkstoff zum K altumformen sollte eine hohe Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit aufweisen. Aber ausreichende Viskosität haben (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Das Warmumformmaterial hat eine gute Festigkeit und Zähigkeit. Zusammen mit Verschleißfestigkeit und Zunderbeständigkeit (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Messwerkzeugstähle müssen neben Verschleißfestigkeit und Härte auch formstabil und gut schleifbar sein. Kaliber, Heftklammern, Schablonen, Lineale, Waagen, Kacheln werden aus diesen Legierungen hergestellt. Ein Beispiel wären die Legierungen StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Die Bestimmung von Stahlgruppen für Schneidwerkzeuge ist ziemlich einfach. Solche Legierungen müssen auch bei Hitzeeinwirkung über lange Zeit schneidfähig und von hoher Härte sein. Dazu gehören Kohlenstoff- und Legierungswerkzeuge sowieSchnellarbeitsstähle. Hier können Sie folgende prominente Vertreter nennen: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Desoxidation der Legierung

Die Bestimmung von Stahl durch den Desoxidationsgrad impliziert seine drei Typen: ruhig, halbruhig und siedend. Das eigentliche Konzept bezieht sich auf die Entfernung von Sauerstoff aus der flüssigen Legierung.

Leiser Stahl gibt beim Erstarren fast keine Gase ab. Dies ist auf die vollständige Entfernung von Sauerstoff und die Bildung einer Lunker auf der Oberseite des Barrens zurückzuführen, der dann abgeschnitten wird.

In halbruhigem Stahl werden teilweise Gase freigesetzt, dh mehr als in ruhigem Stahl, aber weniger als in kochendem. Hier gibt es keine Hülle wie im vorherigen Fall, aber oben bilden sich Blasen.

Siedende Legierungen setzen beim Erstarren eine große Menge Gas frei, und im Querschnitt reicht es aus, einfach den Unterschied in der chemischen Zusammensetzung zwischen der oberen und der unteren Schicht zu bemerken.

Härte

Dieses Konzept bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, einem härteren Eindringen zu widerstehen. Die Härtebestimmung wurde mit drei Methoden möglich: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Nach der Brinell-Methode wird eine gehärtete Stahlkugel in die geschliffene Oberfläche der Probe gedrückt. Bestimmen Sie die Härte, indem Sie den Durchmesser des Abdrucks untersuchen.

Methode zur Bestimmung der Härte von Stahl nach Rockwell. Es basiert auf der Berechnung der Eindringtiefe einer 120-Grad-Diamantkegelspitze.

Nach Vickers im PrüfmusterEine Diamant-Tetraederpyramide wird eingepresst. Mit einem Winkel von 136 Grad auf gegenüberliegenden Seiten.

Ist es möglich, die Stahlsorte ohne chemische Analyse zu bestimmen? Fachleute auf dem Gebiet der Metallurgie erkennen die Stahlsorte an einem Funken. Die Bestimmung der Bestandteile des Metalls ist während seiner Verarbeitung möglich. Also zum Beispiel:

• CVG-Stahl hat dunkelrote Funken mit gelb-roten Punkten und Büscheln. An den Enden der verzweigten Fäden erscheinen leuchtend rote Sterne mit gelben Körnern in der Mitte.
• P18-Stahl ist auch durch dunkelrote Funken mit gelben und roten Büscheln am Anfang gekennzeichnet, die Fäden sind jedoch gerade und haben keine Gabeln. An den Enden der Bündel befinden sich Funken mit ein oder zwei hellgelben Körnern.
• Stahlsorten ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 haben gelbe Funken mit hellen Sternen. Und rote Körner an den Ästen.
• U12F-Stahl zeichnet sich durch hellgelbe Funken mit dichten und großen Sternen aus. Mit mehreren roten und gelben Büscheln.
• Stähle 15 und 20 haben hellgelbe Funken, viele Gabeln und Sterne. Aber wenige Büschel.

Die Bestimmung von Stahl durch einen Funken ist eine ziemlich genaue Methode für Spezialisten. Normale Menschen können das Metall jedoch nicht charakterisieren, indem sie nur die Farbe des Funkens untersuchen.

Schweißbarkeit

Die Eigenschaft von Metallen, unter einer bestimmten Belastung eine Verbindung einzugehen, wird als Schweißbarkeit von Stählen bezeichnet. Die Bestimmung dieses Indikators ist nach Nachweis des Eisen- und Kohlenstoffgeh alts möglich.

Es wird angenommen, dass sie durch Schweißen gut verbunden sindkohlenstoffarme Stähle. Wenn der Kohlenstoffgeh alt 0,45 % übersteigt, verschlechtert sich die Schweißbarkeit und wird schlechter, wenn der Kohlenstoffgeh alt hoch ist. Dies geschieht auch dadurch, dass die Inhomogenität des Materials zunimmt und sich an den Korngrenzen Sulfid-Einschlüsse abzeichnen, die zu Rissbildung und Erhöhung der Eigenspannungen führen.

Auch Legierungsbestandteile wirken verbindungsverschlechternd. Am ungünstigsten für das Schweißen sind chemische Elemente wie Chrom, Molybdän, Mangan, Silizium, Vanadium, Phosphor.

Die Einh altung der Technologie bei der Arbeit mit niedriglegierten Stählen bietet jedoch einen guten Prozentsatz an Schweißbarkeit ohne den Einsatz besonderer Maßnahmen. Die Bestimmung der Schweißbarkeit ist nach Bewertung einer Reihe wichtiger Materialqualitäten möglich, darunter:

• Kühlgeschwindigkeit.
• Chemische Zusammensetzung.
• Ansicht von Primärkristallisation und Gefügeveränderungen beim Schweißen.
• Die Fähigkeit von Metall, Risse zu bilden.
• Verhärtungsneigung des Materials.