Legeringsstaal Uitgelegd: Types, Samenstelling, Eigenschappen & Belangrijkste Toepassingen

In dit artikel bespreken we legeringsstaal, die veel worden gebruikt in de industrie en in het dagelijks leven. Beginnend met de definitie kijken we naar de samenstelling, types, en toepassingen en eigenschappen.

Wat is Legeringsstaal?

Legeringsstaal kan worden gedefinieerd als stalen waaraan elementen anders dan koolstof in voldoende hoeveelheden worden toegevoegd om verbeteringen in eigenschappen te produceren.

De meest voorkomende legeringselementen die aan staal worden toegevoegd, zijn chroom, nikkel, mangaan, silicium, vanadium, molybdeen, wolfram, fosfor, koper, titanium, zirconium, kobalt, columbium en aluminium. Elk van deze elementen verleent bepaalde kwaliteiten aan de stalen waaraan het wordt toegevoegd. Ze kunnen apart of in combinatie worden gebruikt om gewenste kenmerken in het staal te produceren.

Legeringsstaal eigenschappen: Net als koolstof zijn een aantal legeringselementen oplosbaar om legeringen met verbeterde sterkte, duktiliteit en zwaartekracht te produceren. Ook koolstof vormt naast een intermetallische verbinding met ijzer, combinaties met veel legeringselementen en vormt legeringscarbiden. Deze legeringscarbiden alsook ijzer-legeringscarbiden zijn doorgaans hard en hebben gebrek aan zwaartekracht.

Sommige legeringselementen worden toegevoegd om korrelgroei te voorkomen of te beperken. Aluminium wordt beschouwd als het meest effectieve in dit opzicht. Andere zijn zirconium, vanadium, chroom en titanium. Structureel beïnvloedt de toevoeging van legeringselementen bijna altijd het austeniet-ferriet transformatiemechanisme door de temperatuur te veranderen waarop de transformatie van gamma naar alfa-ijzer plaatsvindt. Sommige legeringselementen verlagen en sommige verhogen de kritieke temperatuur.

De samenstellings- en structurele veranderingen geproduceerd door legeringselementen veranderen en verbeteren de fysieke, mechanische en verwerkings eigenschappen van ijzer en staal. In het algemeen kunnen legeringsstalen betere sterkte, duktiliteit en zwaartekracht eigenschappen geven die niet in koolstofstaal verkregen kunnen worden. Daarom zou de productie-ontwerper legeringsstalen moeten overwegen in ontwerpen die onderworpen zijn aan hoge spanningen en/of slagbelasting.
fijnkorrelige structuren geproduceerd. Fijnkorrelige stalen hebben minder neiging om te kraken tijdens warmtebehandeling, maar hebben betere zwaartekracht en schokweerstandseigenschappen. Grofgkorrelige stalen tonen betere bewerkbare eigenschappen en kunnen dieper gehard worden dan fijnkorrelige stalen.

Welk Legeringsstaal wordt gebruikt om Permanente Magneten te maken?

1. Siliciumstaal

2. Vanadiumstaal

3. Mangaanstaal

4. Kobaltstaal

Juist antwoord is 4. Kobaltstaal

Alnico legering, een ijzerlegering met aluminium, nikkel en kobalt. Alnico legeringsstaal wordt gebruikt om sterke permanente magneten te maken. Ze worden wijd gebruikt in industriële en consumentenelektronica.

Welk Legeringsstaal wordt gebruikt voor het maken van Precieze Instrumenten?

1. Siliciumstaal

2. Mangaanstaal

3. Vanadium

4. Invar staal

Juist antwoord is 4. Invar staal

Legeringsstaal Samenstelling

Effecten van LegeringsElementen

Om het legeringsstaal te selecteren dat het beste geschikt is voor een gegeven ontwerp, moeten de effecten van primaire legeringselementen in overweging worden genomen. Zij zijn:

• Nikkel levert zwaartekracht, corrosieweerstand en diepe hardening.
• Chroom verbetert corrosieweerstand, zwaartekracht en verhardbaarheid.
• Mangaan ontzuurt en draagt bij aan sterkte en hardheid, verlaagt de kritieke afkoelsnelheid.
• Silicium ontzuurt en bevordert weerstand tegen hoge temperatuur oxidatie, verhoogt de kritieke temperatuur voor warmtebehandeling, verhoogt de gevoeligheid van staal voor ontkoolstofing en grafitvorming.
• Molybdeen bevordert verhardbaarheid, verhoogt trekkracht en kruipsterkte bij hoge temperatuur.
• Vanadium ontzuurt en bevordert fijnkorrelige structuur. Koper verhoogt corrosieweerstand en werkt als versterkingsmiddel.
• Aluminium ontzuurt en bevordert fijnkorrelige structuur, en helpt bij nitrideren.
• Boor verhoogt verhardbaarheid.

Een samenvatting van de effecten van de hoofdlegeringselementen in staal is gegeven in Tabel 4.6.

Laaggelegeerd Staal (Low Alloy Steel)

Een laaggelegeerd staal is een metaallegering gemaakt van staal en additionele metalen die wenselijke kwaliteiten hebben. Ongeveer 1% tot 5% legeringselementen zijn aanwezig in laaggelegeerd staal. Als resultaat heeft het precieze chemische samenstellingen die verbeterde mechanische kwaliteiten bieden om corrosie te weerstaan.

Tijdens de fabricage worden laaggelegeerde stalen meestal warmtebehandeld, genormaliseerd en aangelet. Ze kunnen ook gelast worden. Laswarmtebehandeling is echter vereist om laskraken te voorkomen.

Laaggelegeerde stalen bieden een aantal voordelen ten opzichte van zacht staal, waaronder:

• Uitzonderlijke strekkracht
• In staat om extreme temperaturen te weerstaan
• Goede kruipweerstand
• Oxidatiewerstand
• Waterstofweerstand
• Duktiliteit bij lage temperaturen

Legeringsstaal Types of Classificatie van Legeringsstaal

Legeringsstalen kunnen worden geclassificeerd volgens hun chemische samenstelling, structurele klasse en doel.

Classificatie naar Chemische Samenstelling

In dit aspect worden legeringsstalen verdeeld in drie-component stalen, bevattende één legeringselement naast ijzer en koolstof: vier-component stalen, bevattende twee legeringselementen, enz.

Classificatie naar Structurele Klasse

Op basis van de structuur verkregen wanneer monsters van kleine dwarsdoorsnede in lucht worden afgekoeld. Legeringsstalen kunnen worden geclassificeerd als: 1. Perlietisch 2. Martensitisch 3. Austenitisch 4. Ferrietisch en 5. Carbide.

Classificatie naar Doel

Wat betreft de toepassingen waarvoor hun eigenschappen geschikt zijn, kunnen legeringsstalen worden geclassificeerd:

1. Constructiestalen 2. Gereedschapsstalen 3. Stalen met speciale fysieke eigenschappen.

1. Constructie Legeringsstaal

Zij zijn verdeeld in drie groepen: laaggelegeerd (tot 5 procent legeringselementen), middelgelegeerd (boven 5 procent) en hooggelegeerd (meer dan 10 procent). IS: 7598-1974.

Constructie legeringsstalen worden wijd toegepast in de techniek voor onderdelen die aan zowel statische als dynamische belasting in werking zijn. Zij hebben een gunstigere set mechanische eigenschappen dan koolstofstalen, met name voor artikelen van grote dwarsdoorsnede. De legeringselementen versterken het ferriet, dat de hoofdbestanddeel is in de structuur van deze stalen; verhogen de verhardbaarheid, verfijnen de korrelgrootte; en verhogen de weerstand tegen verzachting bij verharding tot matige temperaturen.

De belangrijkste legeringselementen in constructiestalen zijn chroom, nikkel en mangaan. Wolfram, molybdeen, vanadium en titanium worden meestal niet als onafhankelijke toevoegingen gebruikt. Ze worden in combinatie met chroom, nikkel en mangaan toegevoegd.

2. Gereedschaps Legeringsstaal

Zij worden in gereedschapsfabricage gebruikt in gevallen waarin de gereedschapslevensduur geboden door koolstofstaal onvoldoende is.

De gereedschapsindustrie wordt voorzien van:

1. Laaggelegeerde stalen die hoge hardheid behouden bij temperaturen tot 250°C.

2. Middel- en hooggelegeerde stalen, b.v., snijstalen die hoge hardheid behouden bij temperaturen tot 620°C. Zij verkrijgen hoge snijdeigenschappen alleen na passende warmtebehandeling.

Gereedschaps legeringsstalen gesmolten in open-haard- en elektrische ovens en behoren tot hoge kwaliteitsklassen.

3. Legeringsstalen met Speciale Fysieke Eigenschappen

Zij kunnen in verschillende groepen worden verdeeld als (1) Roestvrije stalen (2) Schil- en hittebestendige stalen (3) Slijtvaste stalen (4) Magnetstalen en (5) Stalen met speciale thermische eigenschappen zoals kruipvaste stalen, etc.

Speciaal Legeringsstaal

In dienstituaties waar stalen hoge temperaturen, corrosie, schok, etc. moeten weerstaan, zijn speciale legeringsstalen onmisbaar. De belangrijkste groepen speciale legeringsstalen worden in de volgende discussies beschreven.

Magnetstalen

Hoge kobalt stalen, wanneer correct warmtebehandeld, worden frequent gebruikt in de fabricage van permanente magneten voor magnetos, luidsprekers en andere elektrische machines en instrumenten. Stalen met samenstellingen 15 tot 40 procent kobalt, 0,4 tot 10 procent wolfram bezitten verbeterde magnetische eigenschappen.

Hittebestendige Stalen

Hittebestendige stalen zijn die welke bijzonder geschikt zijn voor werken bij hoge temperaturen. Dergelijke stalen moeten de invloeden weerstaan die leiden tot het breuk van gewone stalen wanneer ze onder hoge temperatuur worden gezet. Een gecontroleerd staal (ontwikkeld voor de roestvrije serie) biedt een nuttige combinatie van niet-schilvormende en sterkte-behoudende eigenschappen samen met weerstand tegen zuurcorrosie vergelijkbaar met die van roestvrije stalen.

Legeringsstalen bevattende 23 tot 30 procent chroom met koolstof minder dan 0,35 procent worden hoofdzakelijk gebruikt voor dienst bij temperaturen tussen 815°C en 1150°C. Ovenonderdelen, anlaaldozen en andere apparatuur die weerstand tegen hoge temperaturen vereisen, worden vaak van deze stalen gemaakt.

Schokbestendig Staal

Schokbestendige stalen zijn die welke schok en zware vermoeidingspanningen weerstaan. Een graad staal voor dit doel bevat 0,50 procent koolstof, 2,25 procent wolfram, 1,50 procent chroom en 0,25 procent vanadium. Een andere graad schokbestendig staal, bekend als silicium-mangaan stalen, bevat 0,55 procent koolstof, 2,00 procent silicium, 0,80 procent mangaan en 0,30 procent molybdeen. Dit type staal wordt hoofdzakelijk gebruikt voor blad- en spiraalveren.

Roestvrij Staal

Roestvrije stalen zijn essentieel die chroom bevatten, samen met andere elementen zoals nikkel, en worden gegroepeerd als onderstaand.

Austenitisch roestvrij staal. Waarschijnlijk het meest belangrijke onder deze groep is dat met 15 tot 20 procent chroom en 7 tot 10 procent nikkel. Een staal met 18 procent chroom en 8 procent nikkel is zeer wijd gebruikt en wordt algemeen aangeduid als 18/8 roestvrij staal.

Martensitisch roestvrij staal. Deze groep wordt vaak de gewone chroomtypen roestvrij staal genoemd, die 10 tot 14 procent chroom bevatten en, met de zeldzame uitzondering, geen ander hoofdlegeringselement hebben. Deze stalen zijn allemaal verhardbaar door warmtebehandeling.

Ferrietisch roestvrij staal. Deze groep bevat voornamelijk 14 tot 18 of 23 tot 30 procent chroom weer zonder ander hoofdlegeringselement. Zij kunnen niet door warmtebehandeling gehard worden.

Marageringsstaal (Maraging Steel)

Zij zijn ijzer-gebaseerde legeringen bevattende 18 Ni 8 Co 5 Mo met kleine hoeveelheden Al en Ti en minder dan 0,03 procent C. De sterkte wordt gehandhaafd met toename in dwarsdoorsnede en ook tot 350°C. Deze stalen worden gebruikt voor vliegtuigcellen en motorcomponenten, injectievormen en matrizes.

Bij afkoeling van de austenitische toestand transformeert de legering tot een fijn lamel-type martensiet, en uitvalsharding wordt geïnduceerd door marageren bij 480°C.

De stalen hebben hoge breukzwaartekracht door een combinatie van fijn korrelgrootte van het martensiet en de hoge dislocatiedichtheid, leidend tot fijn uitval.

Snelsnijstaal (High Speed Steel)

Snelsnijstalen (HSS) krijgen hun naam van het feit dat ze als snijgereedschappen bij veel hogere snijsnelheden kunnen worden bediend dan mogelijk is met gewone koolstofgereedschapsstalen. Snelsnijstalen werken bij snijsnelheden 2 tot 3 keer hoger dan voor koolstofstalen.

Wanneer een hard materiaal bij hoge snelheid met zware sneden wordt bewerkt, kan voldoende warmte worden ontwikkeld om de temperatuur van de snijrand te laten stijgen tot een rood hitte. Deze temperatuur zou koolstofgereedschapsstaal met zelfs tot 1,5 procent koolstof zover verzachten dat hun snijvermogen wordt vernield. Bepaald hooggelegeerde stalen, aangeduid als snelsnijstalen, zijn daarom ontwikkeld die hun snijdeigenschappen moeten behouden bij temperaturen tot 600°C tot 620°C.

We hebben geprobeerd alle details van het onderwerp Legeringsstaal tot een grote mate te dekken, variërend van Definitie, Samenstelling, Eigenschappen, en Toepassingen. Als u dit artikel leuk vindt, deel het dan met uw vrienden en geef uw feedback in de reacties hieronder.