Gelegeerd staal - samenstellingen, typen, eigenschappen, gebruik

In dit artikel zullen we het hebben over Gelegeerd staal , die zeer vaak worden gebruikt in de industrie en in het dagelijkse leven. Beginnend met de definitie we zullen kijken naar de compositie , typen , en gebruikt en eigenschappen .

Wat is gelegeerd staal?

Gelegeerd staal kan worden gedefinieerd als staal waaraan andere elementen dan koolstof in voldoende hoeveelheden zijn toegevoegd om verbeteringen in eigenschappen te produceren.

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

Eigenschappen van gelegeerd staal: Net als koolstof zijn een aantal legeringselementen oplosbaar om legeringen te produceren met een verbeterde sterkte , ductiliteit , en taaiheid . Naast het vormen van een intermetallische verbinding met ijzer, combineert koolstof ook met veel legeringselementen en vormen legeringscarbiden. Deze carbiden van legeringen en carbiden van ijzerlegeringen zijn gewoonlijk hard en hebben geen taaiheid.

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

De samenstellings- en structurele veranderingen die door legeringselementen worden veroorzaakt, veranderen en verbeteren de fysieke, mechanische en verwerkingseigenschappen van ijzer en staal. Over het algemeen kunnen gelegeerde staalsoorten betere sterkte-, ductiliteits- en taaiheidseigenschappen geven die niet kunnen worden verkregen in koolstofstaal. Bijgevolg moet de productie-, ontwerpingenieur rekening houden met gelegeerde staalsoorten in ontwerpen die onderhevig zijn aan hoge spanningen en/of stootbelasting.

Bijna alle gelegeerde staalsoorten worden geproduceerd met fijnkorrelige structuren . Fijnkorrelige staalsoorten hebben minder neiging tot barsten tijdens warmtebehandeling, maar hebben betere taaiheid en schokbestendigheid. Grofkorrelige staalsoorten vertonen betere bewerkingseigenschappen en kunnen dieper worden gehard dan fijnkorrelige staalsoorten.

Welk gelegeerd staal wordt gebruikt om een ​​permanente magneet 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 legert staal gebruikt om sterke permanente magneten te maken. Ze worden veel gebruikt in industriële en consumentenelektronica.

Welk gelegeerd staal wordt gebruikt voor het maken van kostbare instrumenten?

1. Siliciumstaal

2. Mangaanstaal

3. Vanadium

4. Invar staal

Juist antwoord is 4 . Invar staal

Samenstelling van gelegeerd staal

Effecten van legeringselementen

Om het gelegeerde staal te selecteren dat het meest geschikt is voor een bepaald ontwerp, de effecten van primaire legeringselementen moet rekening mee worden gehouden. Ze zijn:

Nikkel biedt taaiheid, corrosieweerstand en diepe verharding.

Chroom verbetert de corrosieweerstand, taaiheid en hardbaarheid.

Mangaan deoxideert en, draagt ​​bij aan sterkte en hardheid, verlaagt de kritische koelsnelheid.

Silicium deoxideert en bevordert de weerstand tegen oxidatie bij hoge temperaturen, verhoogt de kritische temperatuur voor warmtebehandeling, verhoogt de gevoeligheid van staal voor ontkoling en grafitisering.

Molybdeen bevordert de hardbaarheid, verhoogt de trek- en kruipsterkte bij hoge temperaturen.

Vanadium deoxideert en bevordert de fijnkorrelige structuur. Koper verhoogt de weerstand tegen corrosie en werkt als verstevigingsmiddel.

Aluminium deoxideert en bevordert de fijnkorrelige structuur en helpt bij het nitreren

Borium verhoogt de hardbaarheid,

Een samenvatting van de effecten van de belangrijkste legeringselementen in staal wordt gegeven in Tabel 4.6.

Laag gelegeerd staal

Een laag gelegeerd staal is een metaallegering gemaakt van staal en andere metalen die gewenste eigenschappen hebben. Ongeveer 1% tot 5% van de legeringselementen is aanwezig in laaggelegeerd staal. Als gevolg hiervan heeft het nauwkeurige chemische samenstellingen die verbeterde mechanische eigenschappen bieden om corrosie te weerstaan.

Tijdens de fabricage worden laaggelegeerde staalsoorten gewoonlijk warmtebehandeld, genormaliseerd en getemperd. Ze kunnen ook worden gelast. Aan de andere kant is een laswarmtebehandeling vereist om lasscheuren te voorkomen.

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

• Uitzonderlijke vloeigrens
• In staat om extreme temperaturen te weerstaan
• Goede kruipweerstand
• Weerstand tegen oxidatie
• Weerstand tegen waterstof
• Ductiliteit bij lage temperaturen

Typen gelegeerd staal of classificatie van gelegeerd staal

Gelegeerd staal kunnen worden ingedeeld op basis van hun chemische samenstelling , structurele klasse en doel .

Classificatie volgens chemische samenstelling

In dit aspect wordt gelegeerd staal onderverdeeld in Driecomponentenstaal , met één legeringselement naast ijzer en koolstof:Viercomponenten staal , met twee legeringselementen, enz.

Classificatie volgens structurele klasse

Op basis van de structuur die wordt verkregen wanneer monsters met een kleine doorsnede in lucht worden gekoeld. Gelegeerde staalsoorten kunnen worden geclassificeerd als:1. Pearlitisch 2. Martensitisch 3. Austenitisch 4. Ferritisch en 5. Carbidisch .

Classificatie volgens doel

Voor de toepassingen waarvoor hun eigenschappen geschikt zijn, kunnen gelegeerde staalsoorten worden ingedeeld:

1. Constructiestaal 2. Gereedschapsstaal 3. Staal met speciale fysieke eigenschappen.

1. Gelegeerd constructiestaal

Ze zijn onderverdeeld in drie groepen:lage legering (tot 5 procent legeringselementen) , medium legering (meer dan 5 procent) en hooggelegeerd (meer dan 10 procent). IS:7598-1974.

Gelegeerd constructiestaal wordt veel gebruikt in de technische industrie voor onderdelen die onderhevig zijn aan. Ze hebben een gunstigere reeks mechanische eigenschappen dan koolstof, zowel statische als dynamische belastingen tijdens gebruik. staalsoorten speciaal voor artikelen met een grote doorsnede. De legeringselementen versterken het ferriet, het hoofdbestanddeel van de structuur van deze staalsoorten; verhoog de hardbaarheid, verfijn de korrelgrootte; en verhoog de weerstand tegen verweking bij verwarming tot matige temperaturen.

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

2. Gelegeerd gereedschapsstaal

Ze worden gebruikt bij de gereedschapsfabricage in gevallen waarin de standtijd van koolstofstaal onvoldoende is.

De gereedschapsindustrie wordt geleverd met:

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

2. Midden- en hooggelegeerde staalsoorten, bijv. sneldraaistaalsoorten die een hoge hardheid behouden bij temperaturen tot 620 °C. Pas na een geschikte warmtebehandeling krijgen ze hoge snij-eigenschappen.

Gelegeerd gereedschapsstaal wordt gesmolten in openhaarden en elektrische ovens en behoort tot hoge kwaliteitsklassen.

3. Gelegeerd staal met speciale fysieke eigenschappen

Ze kunnen in verschillende groepen worden verdeeld als (1) Roestvrij staal (2) Schaal- en hittebestendig staal (3) Slijtvast staal (4) Magneetstaal en (5) Staalsoorten met speciale thermische eigenschappen zoals kruipvast staal, enz.

Speciaal gelegeerd staal

In gebruikssituaties waar staal hoge temperaturen, corrosie, schokken, enz. moet weerstaan, zijn speciale gelegeerde staalsoorten van onschatbare waarde. De belangrijkste groepen speciaal gelegeerde staalsoorten worden in de volgende besprekingen beschreven.

Magneetstaal

Hoge cobait-staalsoorten worden, mits correct warmtebehandeld, vaak gebruikt bij het maken van permanente magneten voor magneto's, luidsprekers en andere elektrische machines en instrumenten. Staalsoorten met een samenstelling van 15 tot 40 procent kobalt 0,4 tot 10 procent wolfraam hebben verbeterde magnetische eigenschappen.

Hittebestendig staal

Hittebestendig staal zijn die welke bijzonder geschikt zijn om bij hoge temperaturen te werken. Dergelijke staalsoorten moeten bestand zijn tegen de invloeden die leiden tot het bezwijken van gewone staalsoorten wanneer ze onder hoge temperatuur worden gebruikt. Een staal gecontroleerd (ontwikkeld voor de RVS serie) zorgt voor een nuttige combinatie van niet-kalkende en sterktebehoudende eigenschappen samen met weerstand tegen zuurcorrosie vergelijkbaar met die van RVS.

Gelegeerde staalsoorten die 23 tot 30 procent chroom bevatten met een koolstofgehalte van minder dan 0,35 procent worden voornamelijk gebruikt voor gebruik bij temperaturen tussen 815 °C en 1150 °C. Ovenonderdelen, gloeikasten en andere apparatuur die bestand is tegen hoge temperaturen zijn vaak gemaakt van deze staalsoorten.

Schokbestendig staal

Schokbestendig staal zijn die welke schokken en ernstige vermoeidheidsspanningen weerstaan. Eén staalsoort voor dit doel bevat 0,50 procent koolstof, 2,25 procent wolfraam, 1,50 procent chroom en 0,25 procent vanadium. Een andere soort schokbestendig staal, bekend als siliciummangaanstaal, bevat 0,55 procent koolstof, 2,00 procent silicium, 0,80 procent mangaan en 0,30 procent molybdeen. Deze staalsoort wordt voornamelijk gebruikt voor blad- en schroefveren.

Roestvrij staal

Roestvrij staal zijn in wezen die met chroom, samen met andere elementen zoals nikkel, en zijn gegroepeerd als onder.

Austenitisch roestvrij staal. Waarschijnlijk de belangrijkste onder deze groep is die met 15 tot 20 procent chroom en 7 tot 10 procent nikkel. Een staal dat 18 procent chroom en 8 procent nikkel bevat, wordt veel gebruikt en wordt gewoonlijk 18/8 roestvrij staal genoemd.

Martensitisch roestvrij staal. Deze groep noemde vaak blanke chroomsoorten roestvrij staal, die 10 tot 14 procent chroom bevatten en, op een enkele uitzondering na, geen ander belangrijk legeringselement hebben. Deze staalsoorten zijn allemaal hardbaar door warmtebehandeling.

Ferritisch roestvrij staal. Deze groep bevat voornamelijk 14 tot 18 of 23 tot 30 procent chroom weer zonder ander belangrijk legeringselement. Ze kunnen niet worden uitgehard door warmtebehandeling.

Maragingstaal

Het zijn legeringen op ijzerbasis die 18 Ni 8 Co 5 Mo bevatten met kleine hoeveelheden Al en Ti en minder dan 0,03 procent C. De sterkte blijft behouden bij toenemende sectiedikte en ook tot 350 ° C. Deze staalsoorten worden gebruikt voor lucht frame- en motorcomponenten, spuitgietmatrijzen en matrijzen.

Bij afkoeling vanuit de austenitische toestand verandert de legering in een fijn latachtig martensiet, en precipitatieharding wordt geïnduceerd door maraging bij 480°C.

De staalsoorten hebben een hoge breuktaaiheid vanwege een combinatie van fijne korrelgrootte van het martensiet en de hoge dislocatiedichtheid, wat leidt tot fijne neerslag.

Hogesnelheidsstaal

Hogesnelheidsstaal (HSS) ontlenen hun naam aan het feit dat ze als snijgereedschap met veel hogere snijsnelheden kunnen worden gebruikt dan mogelijk is met gereedschapsstaal van gewoon koolstof. Hogesnelheidsstaalsoorten werken met een snijsnelheid die 2 tot 3 keer hoger is dan die van koolstofstaal.

Wanneer een hard materiaal met hoge snelheid met zware sneden wordt bewerkt, kan er voldoende warmte worden ontwikkeld om de temperatuur van de snijkant een rode hitte te laten bereiken. Deze temperatuur zou koolstofgereedschapstaal met zelfs tot 1,5 procent koolstof zo zacht maken dat hun snijvermogen verloren gaat. Daarom zijn bepaalde hooggelegeerde staalsoorten ontwikkeld, aangeduid als hogesnelheidsstaalsoorten, die hun snij-eigenschappen moeten behouden bij temperaturen tot 600°C tot 620°C.

We hebben geprobeerd om alle details van het onderwerp Gelegeerd staal in grotere mate variërend van definitie, samenstelling, eigenschappen en gebruik. Als je dit artikel leuk vindt, deel het dan met je vrienden en geef je feedback in de onderstaande opmerking.