Aplikace a klasifikace oceli

Jedná se o parametry, které charakterizují užitečnost oceli v ekonomice. Jejich velikost závisí na složení slitiny a zpracování. Níže uvedené hodnoty jsou charakteristické pro ocel ve stavebnictví.

Pevnost v tahu je určena velikostí napětí způsobeného v průřezu vzorku silou, která způsobí jeho zlomení. Testovány jsou také další parametry určující napětí ve vzorcích oceli, jako je pevnost v tlaku, ohyb, střih a kroucení.

Během testování vzorků oceli při přetržení jsou také určeny:
napnutí prasknutí, to znamená skutečnou hodnotu napětí v bodě zúžení nataženého vzorku bezprostředně před jeho zlomením (to je hodnota síly způsobující zlom ve vztahu k průřezu zlomeného vzorku v jeho nejužším bodě); prodloužení relativní, což znamená, že procentní zvýšení délky zlomeného vzorku vzhledem k jeho počáteční délce,
relativní zúžení, což znamená, že procentuální zmenšení průřezové plochy zlomeného vzorku v bodě prasknutí na jeho původní průřez.

Pružnost rozum se jako účinný materiál umožňuje obnovit svůj původní tvar po zastavení síly na něj.V rozsahu elastického napětí platným zákonem Hooke'a.

Pružnost materiálu je určena: součinitel pružnosti podélný (modul Younga) E, které pro ocel mají hodnotu v rozmezí od 205 do 210 GPa (Gigapaskali)
součinitel příčné pružnosti G (moduł Kirchhoffa), který má hodnotu pro ocel 80GPa

Plastičnost, to znamená, schopnost materiálu udržet si svoji formu v důsledku namáhání zátěžemi po ukončení jejich činnosti.Jedná se o trvalé deformace, které vznikají po překročení hodnoty tzv.mez kluzu, po jejímž uplynutí dojde k významnému zvýšení prodloužení nataženého vzorku, i bez růstu a často při poklesu hodnoty tažné síly. Obecně uznávaná hranice plastičnost u hodnoty napětí, při níž trvalé prodloužení vzorku činí 0,2%.

Tažnost – schopnost materiálu zachovat si své vlastnosti během zpracování sestávající z jejího lisování , zginaniu lub prostowaniu itp.
Tato vlastnost se používá při výrobě výrobků (např. plechů trapézových, zárubní, atd.). Udarovatelnost, tj. odolnost vůči dynamickému zatěžování. Tvrdost, což znamená, že je schopen odolat namáhání materiálu při pokusu stisknutím tvrdých předmětů. Tvrdost oceli souvisí s obsahem uhlíku, manganu, chromu atd.

Svařovatelnost je charakteristickým znakem oceli, která umožňuje trvalé spojení svařováním.

KONSTRUKČNÍ OCELE SE DĚLÍ NA:

konstrukční ocel pro všeobecné použití (konstrukční ocel pro konstrukci a části strojů a zařízení pro všeobecné použití, kdekoli jsou její vlastnosti dostatečné k výkonu její funkce. Konstrukční oceli pro všeobecné použití jsou oceli nejvyšší kvality a obsahují značné množství nečistot, zejména síry, křemíku a fosforu. Při jeho výrobě se používá nízký technologický režim, který ovlivňuje širokou disperzi obsahu uhlíku.Ocel obecného určení se tepelně neošetří. Tyto konstanty jsou obvykle uklidněné, pokud se neuklidní je zvlášť vyznačen).
konstrukční ocel vyšší kvality (ocel charakterizovaná úzkými mezemi obsahu uhlíku a manganu a nízkým obsahem nečistot, hlavně křemík (méně než 0,7%) a fosfor. Obvykle se dodávají jako pevné žíhané a vhodné pro tepelné zpracování).
nízkolegovaná konstrukční ocel (ocel s nízkým obsahem uhlíku do 0,22% mající legující přísady v omezeném množství. Nízkolegované oceli se používají ke konstrukci konstrukcí vystavených povětrnostním podmínkám, jako jsou mosty, stožáry, železniční vagony atd.- všude tam, kde je jeho použití ekonomicky odůvodněné. Vyznačují se vyšší pevností než kvalitnější konstrukční oceli a vyšší odolností proti korozi.).

Ocel k nauhličování (ocel používaná k chemickému nauhličování. Pro nauhličování se používají konstrukčních ocelí vyšší kvality, nízkolegované a legované oceli s nízkým nebo středním (0,08 do 0,25%) obsahem uhlíku.
Výrobky vyrobené z takové oceli po nauhličování si zachovávají vysokou tažnost a odolnost vůči šíření jádra a tvrdosti povrchu) ocel pro nitridaci(ocel používaná pro chemické zpracování nitridace. Pro nitridaci se používají nízkolegované konstrukční oceli a legované oceli s obsahem hliníku vyšším než 1,0%. Výrobky vyrobené z takové oceli po nitridaci mají vysokou odolnost proti oděru) ocel pro tepelné zpracování (ocel použitá pro tepelné zpracování tepelné zlepšení. Ke zlepšení se používají vysoce kvalitní konstrukční oceli, nízkolegované a legované oceli s obsahem uhlíku 0,25 až 0,6%)

Pružinová ocel (ocel používaná k výrobě čepele, pružin a torzních hřídel). Pružinové oceli jsou uhlíkové oceli obsahující 0,6% - 0,85% uhlíkových nízkouhlíkových ocelí obsahujících křemík, mangan, chrom a vanad. Většina pružinových ocelí má zvýšený obsah křemíku, což je obvykle nežádoucí kontaminace. V těchto aplikacích je však požadovaná přísada snižující plasticitu oceli)

Automatová ocel (ocel použitá pro výrobu malých dílů, např. šrouby, matice, podložky atd. Používá se pro díly, které nejsou vystaveny velkému zatížení. Taková ocel dodávaná ve formě tyčí se používá ve strojích, které při minimální lidské kontrole vyžadují ocel, která vytváří krátké a křehké třísky. To je zajištěno zvýšeným přídavkem síry na 0,35% a fosforu do 0,15%. Síra, tvořící křehké sulfidy s kovy, nejvíce ovlivňuje lámání třísky) ocel pro ložiska válcování (ocel pro výrobu válcování ložisek.Prvky válcové ložiskové pracující v extrémních podmínkách namáhání vyžadují vysoce kvalitní ocel, vyrobené ve zvláště přísném technologickém režimu. Ložiskové oceli musí mít úzkou a přísně udržovanou toleranci legujících prvků a nečistot a vhodnou strukturu)

Transformátorová ocel (ocel se speciálními magnetickými vlastnostmi, se používá pro transformátorových plechů. Neexistuje žádný nebo jen malé množství vířivých proudů a magnetostrikce. Oba faktory jsou zodpovědné za energetické ztráty v transformátoru, tzv. energetické ztráty v železe. Transformátorová ocel je nízkolegovaná ocel se zvýšeným obsahem křemíku).

Nástrojová ocel - ocel pro výrobu nástrojů, měřicích přístrojů a odpovědných držáků. Nástrojové oceli se vyznačují vysokou tvrdostí, otěruvzdorností, nízkou deformovatelností a necitlivostí na přehřátí.
Těchto vlastností je dosaženo vysokým obsahem uhlíku a vhodným tepelným zpracováním pro nástroje s nízkou odpovědností a použitím vhodných legovacích přísad v kombinaci s vhodným tepelným zpracováním pro odpovědné nástroje.

Nástrojová ocel je rozdělena na:
Uhlíkové nástrojové oceli (nástrojová ocel, která nemá větší množství legovacích přísad s výjimkou uhlíku, jehož obsah je v rozmezí 0,5% - 1,3%. Další vlastnosti, které odlišují nástrojové uhlíkové oceli od konstrukční oceli, jsou snížený obsah manganu a jemnozrnost. Většina uhlíkových nástrojových ocelí je povinna že byli mělké kalení (viz kalitelnost oceli). Pro méně odpovědné nástroje se používá levnější hluboko kalitelná ocel. Mělké kalení je žádoucí, protože zajišťuje tvrdost povrchu nástroje, se současnou pevností jádra nástroje na náraz).

Legovaná nástrojová ocel
Ocele pro práci za studena (legovaná nástrojová ocel používaná pro obrábění a plastová nářadí, která se během provozu mohou jen mírně zahřát. Tento typ oceli se používá také pro měřicí přístroje. Udržování oceli za studena je nutné jeho vlastnosti až do +200 ° C)

Ocele pro práci za tepla (nástrojová ocel používaná pro nástroje pro tváření za tepla a pro konstrukci odlévacích forem vystavených během provozu velmi vysokým teplotám. Tyto oceli musí zachovat své vlastnosti až do +600°C. Toho je dosaženo použitím wolframu a molybdenu jako legujících přísad až do 8-10%, jako je tomu u oceli WWV, vysokorychlostních ocelí (z anglické vysokorychlostní oceli, legované oceli používané k výrobě nástrojů pro obrábění při vysokých řezných rychlostech). Musí udržovat tvrdost a tvar až do teploty +600°C. Tato vlastnost je dosažena použitím legujících prvků - uhlík 0,75 - 1,3% chrómu 3,5 - 5,0%, wolframu 6 - 19%, vanadu 1,0 - 4,8%, molybdenu 3,0 až 10 % a u některých druhů také kobalt 4,5-10,0% a vhodné tepelné zpracování. Během této doby se provádí žíhání tak, že slitinové přísady tvoří sloučeniny s uhlíkem, takzvané karbidy, které se musí výrazně rozpustit ve feritu. To vyžaduje velmi pečlivé a dlouhodobé zpracování). V dnešní době jsou nástrojové oceli, zejména ty vysoce kvalitní, vytlačovány ze stellitu a slinutých karbidů.

Speciální ocel - ocel určená pro speciální aplikace. Speciální oceli obsahují velké množství legovacích přísad, vyžadují velmi komplikované tepelné zpracování a vysoký režim zpracování a montáže. Kvůli vysoké ceně nejsou široce používány.

DO SPECIÁLNÍCH OCELI PATŘÍ:

Nerezová ocel (ocel odolná vůči povětrnostním vlivům, zředěným kyselinám, alkalickým roztokům apod. Nerezová ocel se získá zvýšením obsahu chrómu. Čím vyšší je obsah chrómu, tím vyšší je odolnost oceli vůči korozi. Obvykle se používá 12% až 25% chromu. Zvýšený obsah uhlíku také zvyšuje nerezovou ocel, ale příliš ji způsobuje křehkost oceli. Nerezové oceli jsou tepelně zpracované, kalené a temperované. Nerezové oceli se používají pro nádrže na ropné produkty, koryta plaveckých bazénů, rektifikační kolony, koksárenská zařízení, lopatky parních turbín, průmyslové a domácí kování, lékařské nástroje, příbory, instalace v potravinářském průmyslu, takelážní a námořní kování atd.)

Ocel odolná vůči kyselinám (ocel odolná vůči kyselinám s nižší silou než kyselina sírová. Odolnost vůči kyselinám se dosahuje díky stabilizaci austenitu za normálních podmínek, čehož lze dosáhnout díky vysokému obsahu chrómu (17-20%) a niklu (8-14%), jakož i dalším legovacím přísadám, jako je mangan, titan, molybden a měď.

Ocel odolná vůči kyselinám Oceli odolné vůči kyselinám se používají po leštění. Jako při vysokých teplotách teplotě slitiny přísady mají sklon k připojení s uhlíkem za vzniku tvrdých karbidů, po svařování prvků vyrobených z kyselinovzdorné oceli je nutné jejich tepelné zpracování. Ocel odolná vůči kyselinám se používá pro stavbu nádrží kyselin průmyslových instalací, pro jejich výrobu a distribuci a další zařízení obsahující kyseliny, např. v malířském průmyslu, při výrobě hnojiv atd.) žárupevná ocel (řada žáruvzdorných ocelí, které se také vyžadují k udržení pevnosti v širokém teplotním rozsahu).

Teplovzdorná ocel (ocel odolná vysokým teplotám a pracující pravidelně nebo trvale pod jejich vlivem).
Tepelná odolnost je dosahována vysokým obsahem chrómu 5-30%, niklu 4-30% a významného množství molybdenu 0,5 až 1,0% a wolframu až 2% jako legujících přísad.
Vysoký obsah legovacích přísad umožňuje získat austenitickou strukturu za normálních podmínek. Horní mez tepelné odolnosti je 800°C do 1200°C v závislosti na složení oceli. Z teplovzdorné a žárupevné oceli se používají k výrobě pecí, parních kotlů, ventilátorů horkých plynů, karburátorů, spalovacích komor plynových turbín a spalovacích pístových ventilů)

Magnetická ocel (ocel se speciálními magnetickými vlastnostmi. Stále mají feromagnetické vlastnosti používané pro permanentní magnety. Pro permanentní magnety se používá velmi nízká uhlíková ocel, tzv. Ferit).

Ocel odolná proti opotřebení (ocel na odlitky, ve kterém dochází k velmi pomalému povrchovému opotřebení, tzv. oděru. Je to ocel s vysokým obsahem uhlíku obsahující 11 až 14% manganu. Je tak tvrdá, že není možné ji obrábět. Hotové prvky se odlévají do forem, ačkoli se nazývá ocel, jedná se o technicky litou ocel).

Ocel Hadfielda – (s označením: X120Mn13) – ocel s vysokou odolností proti oděru. Obsahuje 1,1-1,3%C a 12-13%Mn. Ocel nad 950°C Hadfielda má austenitickou strukturu. Po ochlazení na pokojovou teplotu je to směs feritu a manganového cementitu. Tato ocel se vyznačuje velmi vysokou náchylností k zesílení, když pod vlivem deformace se v něm vytvářejí mikrodvojčata. Tvrdost takové oceli je asi 500 HB. Ocel Hadfielda posiluje během práce. Používá se hlavně pro prvky zvláště vystavené otěru při vysokých tlacích: koše rypadla, pásů traktorů, železničních výhybek.

VZHLEDEM K TYPU A ÚČAST LEGUJÍCÍCH PRVKŮ:

Uhlíková ocel – ocel, ve které je uhlík prvkem, který formuje jeho vlastnosti.
Uhlíková ocel je obecně použitelná při výrobě konstrukcí a částí mechanických zařízení, kdekoli jsou její vlastnosti dostatečné.

Uhlíkové oceli se dělí na:

uhlíkové oceli běžné kvality - používají se bez dalšího zpracování
vysoce kvalitní uhlíkové oceli - které jsou často podrobeny dalšímu tepelnému nebo chemickému zpracování.

V závislosti na obsahu uhlíku je dělíme na:

nízkouhlíkové oceli - s obsahem uhlíku až kolem 0,3%
středně uhlíkové oceli - s obsahem 0,3 do 0,6%
vysoce uhlíkové oceli - s obsahem nad 0,6%

Legovaná ocel - ocel, ve které kromě uhlí existují i další legovací přísady s obsahem dokonce několik desítek procent, významně mění vlastnosti oceli. zvýšit kalitelnost oceli, dosažení vyšší pevnosti oceli, změně určitých fyzikálních a chemických vlastností oceli. Legované oceli, obvykle velmi drahé, jsou používány ve speciálních aplikacích, tam kde je to ekonomicky odůvodněné. Ocel se používá v různých technologických oborech. Ve stavebnictví je to jeden z mála základních konstrukčních materiálů.

Oceli nejčastěji používané v této oblasti ekonomiky jsou nízkolegované a všeobecně určené oceli (také nazývané nelegované oceli).

V první skupině jsou nejpopulárnější (označeny v souladu z PN-88/H-84020) skupiny se symboly St0S, St3S i St4S. Ve druhé skupině jsou ocele:
zvýšená pevnost (označeny v souladu z PN-86/H-84018) symboly 18G2, 18G2A i 18G2AV
těžko zrezivělé (označeny v souladu z PN-82/H-84017) symboly 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA
stale do produkcji rur (označeny v souladu z PN-89/H-84023.7) symboly R, R35, R45, 12X. Pro výrobu ocelových trubek používají se také 18G2A a St3S.

ČASTO POUŽÍVANÉ DOPLŇKY V OCELI ZAHRNUJÍ:

V praxi to usnadňuje proces kalení a zvyšuje hloubku kalení. Nikl rozpuštěný ve feritu jej posiluje, výrazně zlepšuje odolnost proti nárazu. Přidání niklu v množství 0.5% do 4% se přidává do ocelí za účelem zlepšení tepla a v množství 8% do 10% do kyselinovzdorné oceli. U ocelových symbolů je jeho přidání označeno písmenem N).
chrom (způsobuje drcení zrna. Zvyšuje kalitelnost oceli. Zvyšuje jeho pevnost. Používá se v nástrojových a speciálních ocelích. V ocelářských a speciálních ocelích dokonce v množství do 30%. V symbolech oceli je její přidání označeno písmenem H).
mangan (snižuje teplotu austenitické přeměny a při obsahu nad 15% se stabilizuje a umožňuje získání austenitické struktury při normálních teplotách. Již při obsahu 0,8% až 1,4% výrazně zvyšuje pevnost v tahu, ráz a otěru. V ocelových symbolech je jeho přidání označeno písmenem G).
wolfram (zvyšuje zrnitost oceli, zvyšuje pevnost, odolnost proti otěru. Velké přidání wolframu o 8% až 20% zvyšuje odolnost vůči popouštění oceli. V ocelových symbolech je jeho přidání označeno písmenem W).
molybden (zvyšuje kalitelnost oceli. Zvyšuje pevnost a snižuje křehkost a zvyšuje odolnost proti plazení. U ocelových symbolů je její přidání označeno písmenem M).
vanad (zvyšuje jemnost zrna oceli a výrazně zvyšuje její tvrdost. V ocelových symbolech je její přidání označeno písmenem V.
kobalt (zvětšuje zrnitost oceli a výrazně zvyšuje její tvrdost. U ocelových symbolů je její přidání označeno písmenem K) křemík (obvykle považovaný za nežádoucí příměs, zvyšuje křehkost oceli). Stává se žádoucí složkou v pružinových ocelích. Vzhledem k tomu, že snižuje energetické ztráty v oceli, přidává se do transformátorové oceli v množství až 4%. U ocelových symbolů je jeho přidání označeno písmenem S).
titan (u ocelových symbolů je jeho přidání označeno písmenem T).
niob (v ocelových symbolech je jeho přidání označeno písmeny Nb).
Al (hliník), (u ocelových symbolů je jeho přidání označeno písmenem A).
měď (má podobné fyzikální vlastnosti jako čisté železo, ale je mnohem odolnější vůči korozi. Měď je žádoucí přísada a její obsah se systematicky zvyšuje s použitím šrotu při tavení nové oceli. V ocelových symbolech je její přidání označeno písmeny Cu).

PRO PARAMETRY URČUJÍCÍ CHARAKTERISTIKY OCELI JAKO MATERIÁLU PATŘÍ FYZICKÉ CHARAKTERISTIKY, MECHANICKÉ A TECHNOLOGICKÉ.

Fyzikální vlastnosti oceli:
hustota ρ = 7850 kg/m3
součinitel lineární roztažnosti αT = 0,000012 0C-1
součinitel vedení tepla λ = 58 W/mK
součinitel Poissona ν = 0,30
rezistivita (20 oC, 0.37-0.42 % uhlíku) = 171•10-9 [Ω•m]