10 Właściwości mechaniczne i fizyczne stali

Mechaniczne i fizyczne właściwości stali mogą się znacznie różnić w zależności od jej składu i zawartości procentowej zanieczyszczeń (takich jak fosfor lub siarka).

W ten sposób, jeśli chcesz osiągnąć lepsze właściwości mechaniczne i fizyczne w stosunku do innych, stal może być stopiona chromem, kobaltem, miedzią, molibdenem, niklem, azotem, selenem, tantalem, tytanem, wolframem lub wanadem.

Skład i właściwości stali są bardzo zróżnicowane. Stal ogólnie ma niższą zawartość węgla niż w żelazie i mniejszą ilość zanieczyszczeń niż w innych metalach.

Ogólnie rzecz biorąc, właściwości fizyczne, takie jak gęstość, przewodność elektryczna i cieplna, nie różnią się znacznie w zależności od stopu.

Jednak właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość, ciągliwość i twardość, zależą w dużym stopniu od rodzaju stopu i składu stali.

Główne właściwości mechaniczne stali

1- Plastyczność

Jest to zdolność stali do zachowania swojego kształtu po poddaniu jej wysiłkowi. Stale stopowe z niewielkim udziałem węgla są bardziej plastyczne.

2- Kruchość

Kruchość to łatwość, z jaką stal może zostać złamana pod wpływem wysiłku. Gdy stal jest stopiona, z wysokim procentem węgla, ma tendencję do bycia bardziej kruchą.

3- Plastyczność

Plastyczność to obiekt, w którym stal ma być laminowana. W ten sposób niektóre stopy stali nierdzewnej są bardziej plastyczne niż inne.

4- Twardość

Twardość jest oporem, który przeciwstawia się metalowi przeciwko środkom ściernym. Im więcej węgla dodaje się do stopu stali, tym trudniej będzie (Kailas, nd)

5- Wytrzymałość

Wytrzymałość to koncepcja, która oznacza zdolność stali do wytrzymania siły zewnętrznej bez zrywania.

W przypadku stali o średnim stężeniu węgla wytrzymałość na rozciąganie jest zwykle wyższa (Rozdział 6. Właściwości mechaniczne metali, 2004).

Główne właściwości fizyczne stali

1- Ciało

Obejmują one właściwości związane z ciężarem stali, jej objętością, masą i gęstością.

2- Termiczne

Odnosi się do trzech podstawowych aspektów stali: jej zdolności do przewodzenia temperatury (przewodzenia), jej potencjału do przenoszenia ciepła (konwekcja) oraz jej zdolności do emitowania promieni podczerwonych w ośrodku (promieniowanie).

3- Elektryczny

Odnoszą się one do zdolności stali do przewodzenia prądu elektrycznego.

4- Optyka

Te właściwości w przypadku stali oznaczają jej zdolność do odbijania światła lub emitowania jasności. W stopniu, w jakim stal nierdzewna jest stapiana z wyższym procentem aluminium, będą miały lepsze właściwości optyczne.

5- Magnetyczny

Odnosi się do zdolności indukowania stali lub indukowania pola elektromagnetycznego.

Im wyższy procent żelaza w stopie stali, tym większa jest jego zdolność do działania jako magnes (Sandhyarani, 2016).

Rodzaje stali

Różne rodzaje stali są produkowane zgodnie z ich zastosowaniem, dlatego właściwości mechaniczne i fizyczne tych rodzajów stali muszą być różne.

W ten sposób stworzono różne skale do klasyfikacji stali według jej właściwości (elastyczności, gęstości, temperatury topnienia, przewodności cieplnej, wytrzymałości, twardości, między innymi).

Aby wyprodukować różne rodzaje stali, producenci stosują różne stężenia innych metali do wytwarzania stopów.

Proces produkcji i sposób obróbki stali również wywierają znaczący wpływ na otrzymany produkt końcowy.

Według Amerykańskiego Instytutu Żelaza i Stali (AISI w skrócie w języku angielskim), stal można podzielić na cztery główne grupy, w zależności od ich składu chemicznego:

Stal węglowa
Stal stopowa
Stal nierdzewna
Stal narzędziowa

Właściwości stali węglowej

Stal węglowa pochodzi ze stopu między żelazem a węglem. Zmieniając procent węgla, możliwe jest wytwarzanie stali o różnych jakościach. Ogólnie, im wyższy procent węgla, tym bardziej wytrwała i sztywna będzie stal.

Stal o niskim udziale węgla jest znana na rynku jako żelazo kute. Ten rodzaj stali jest łatwy w obsłudze, ponieważ jest bardzo plastyczny.

Z tego powodu jest szeroko stosowany do produkcji kratek, zastosowań dekoracyjnych lub słupów lamp.

Stal o średniej zawartości węgla jest bardzo wytrzymała, dlatego jest używana do wykonywania mostów lub części konstrukcyjnych zdolnych do podtrzymywania ogromnych obciążeń.

Ze swojej strony stal o wysokiej zawartości węgla jest używana do produkcji kabli. Gdy procent węgla jest większy niż żelaza, mówimy o żeliwie, które jest używane do produkcji waz i innych przedmiotów.

Chociaż ten ostatni rodzaj stali jest dość twardy, jest również bardzo kruchy (Materials, 2014).

Właściwości stali stopowej

Stal stopowa to taka, która jest wytwarzana z niewielkim procentem jednego lub więcej metali innych niż żelazo.

Metale dodane do stopu mają zdolność zmiany właściwości stali.

Na przykład stal wykonana z żelaza, chromu i niklu daje stal nierdzewną. Po dodaniu aluminium do tego stopu wynik jest bardziej plastyczny i jednolity wygląd.

Po dodaniu stopów manganu mogą osiągnąć wyjątkową wytrzymałość i twardość.

Właściwości stali nierdzewnej

Stal nierdzewna zawiera od 10 do 20% chromu, co pozwala na wysoką odporność na korozję i utlenianie.

Gdy stal zawiera 11% chromu, jest około 200 razy bardziej odporna na korozję niż stal, która nie zawiera chromu. Istnieją trzy grupy stali nierdzewnej:

Stal austenityczna : to ta, która ma szersze stężenie chromu i mały procent niklu i węgla.

Jest powszechnie stosowany do przetwarzania żywności i rur. Jest łatwy do rozpoznania, ponieważ nie jest magnetyczny.

Stal ferrytyczna : jest to rodzaj stali, która zawiera około 15% chromu, ale tylko kilka śladów węgla i innych metali, takich jak molibden, aluminium lub tytan.

Ten typ stali jest magnetyczny, bardzo twardy i odporny. Można go hartować podczas pracy na zimno.

Stal martenzytyczna : ta zawiera umiarkowane ilości chromu, niklu i węgla. Jest wysoce magnetyczny i nadaje się do obróbki w wysokich temperaturach.

Stal martenzytyczna jest powszechnie stosowana do wytwarzania narzędzi tnących, takich jak noże i sprzęt chirurgiczny.