Chuma: ufafanuzi, uainishaji, muundo wa kemikali na matumizi

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Ni mara ngapi tunasikia neno "chuma". Na hutamkwa sio tu na wataalamu katika uwanja wa uzalishaji wa metallurgiska, lakini pia na watu wa mijini. Hakuna muundo wenye nguvu kamili bila chuma. Kwa kweli, tunapozungumzia kitu cha chuma, tunamaanisha bidhaa iliyofanywa kwa chuma. Hebu tujue inajumuisha nini na jinsi inavyoainishwa.

Ufafanuzi

Chuma labda ndicho aloi maarufu zaidi, ambayo msingi wake ni chuma na kaboni. Zaidi ya hayo, sehemu ya mwisho ni kati ya 0.1 hadi 2.14%, wakati ya kwanza haiwezi kuwa chini ya 45%. Urahisi wa uzalishaji na upatikanaji wa malighafi ni wa umuhimu mkubwa katika usambazaji wa chuma hiki kwa maeneo yote ya shughuli za binadamu.

Sifa kuu za nyenzo hutofautiana kulingana na muundo wake wa kemikali. Ufafanuzi wa chuma kama aloi inayojumuisha vipengele viwili, chuma na kaboni, haiwezi kuitwa kamili. Inaweza kujumuisha, kwa mfano, chromium ya kustahimili joto, na nikeli kwa kuhimili kutu.

Vipengee vinavyohitajikanyenzo hutoa faida ya ziada. Kwa hivyo, chuma hufanya aloi iweze kunyonywa na kuharibika kwa urahisi chini ya hali fulani, na kaboni hufanya nguvu na ugumu wakati huo huo na wepesi. Ndiyo maana sehemu yake ni ndogo sana katika jumla ya wingi wa chuma. Uamuzi wa njia ya uzalishaji wa alloy ulisababisha maudhui ya manganese ndani yake kwa kiasi cha 1% na silicon - 0.4%. Kuna idadi ya uchafu ambayo huonekana wakati wa kuyeyuka kwa chuma na ambayo hujaribu kujiondoa. Pamoja na fosforasi na salfa, oksijeni na nitrojeni pia huharibu sifa za nyenzo, na kuifanya isiwe ya kudumu na kubadilika kwa ductility.

Ainisho

Ufafanuzi wa chuma kama chuma chenye seti fulani ya sifa, bila shaka, hauna shaka. Walakini, ni muundo wake ambao hufanya iwezekanavyo kuainisha nyenzo katika mwelekeo kadhaa. Kwa hivyo, kwa mfano, metali hutofautishwa na sifa zifuatazo:

• kwenye kemikali;
• muundo;
• kwa ubora;
• kama ilivyokusudiwa;
• kulingana na kiwango cha uondoaji oksijeni;
• kwa ugumu;
• kwenye weldability ya chuma.

Ufafanuzi wa chuma, kuweka alama na sifa zake zote zitaelezwa hapa chini.

Kuashiria

Kwa bahati mbaya, hakuna jina la kimataifa la chuma, ambalo linatatiza sana biashara kati ya nchi. Katika Urusi, mfumo wa alphanumeric hufafanuliwa. Herufi zinaonyesha jina la elementi na mbinu ya kuondoa oksidi, na nambari zinaonyesha idadi yao.

Muundo wa kemikali

Kuna njia mbilimgawanyiko wa chuma na muundo wa kemikali. Ufafanuzi uliotolewa na vitabu vya kisasa vya kiada hurahisisha kutofautisha kati ya nyenzo za kaboni na aloi.

Sifa ya kwanza inafafanua chuma kama kaboni ya chini, kaboni ya kati na kaboni nyingi, na ya pili - aloi ya chini, aloi ya wastani na aloi ya juu. Chuma cha chini cha kaboni kinachoitwa, ambacho, kulingana na GOST 3080-2005, kinaweza kujumuisha, pamoja na chuma, vipengele vifuatavyo:

• Kaboni - hadi 0.2%. Inakuza uimarishaji wa joto, kutokana na ambayo nguvu ya mkazo na ugumu huongezeka maradufu.
• Manganese kwa kiasi cha hadi 0.8% huingia kikamilifu kwenye mshikamano wa kemikali na oksijeni na kuzuia uundaji wa oksidi ya chuma. Metali ina uwezo wa kustahimili mizigo inayobadilika na inaweza kustahimili ugumu wa hali ya joto.
• Silicon – hadi 0.35%. Inaboresha sifa za kiufundi kama vile uimara, uimara, weldability.

Kulingana na GOST, ufafanuzi wa chuma kama chuma chenye kaboni kidogo hutolewa kwa chuma ambacho kina, pamoja na muhimu, uchafu fulani unaodhuru katika kiwango kifuatacho. Hii ni:

• Fosforasi - hadi 0.08% huwajibika kwa kuonekana kwa brittleness baridi, huzuia ustahimilivu na nguvu. Hupunguza ugumu wa chuma.
• Sulfuri - hadi 0.06%. Hutatiza uchakataji wa chuma kwa shinikizo, huongeza ukali wa hasira.
• Nitrojeni. Hupunguza sifa za kiteknolojia na nguvu za aloi.
• Oksijeni. Hupunguza nguvu na huingilia kati zana za kukata.

Ikumbukwe kuwa chini auvyuma vya kaboni ya chini ni laini na ductile. Huharibika vizuri kwa joto na baridi.

Ufafanuzi wa chuma cha kati cha kaboni na muundo wake bila shaka ni tofauti na nyenzo zilizoelezwa hapo juu. Na tofauti kubwa zaidi ni kiasi cha kaboni, ambayo ni kati ya 0.2 hadi 0.45%. Chuma kama hicho kina ugumu wa chini na ductility pamoja na mali bora za nguvu. Chuma cha kaboni ya wastani hutumiwa kwa sehemu zinazotumiwa chini ya mizigo ya kawaida ya nishati.

Ikiwa maudhui ya kaboni ni zaidi ya 0.5%, basi chuma kama hicho huitwa chuma cha kaboni nyingi. Ina ugumu ulioongezeka, mnato uliopunguzwa, udugu, na hutumika kwa zana na sehemu za kukanyaga kwa ubadilikaji joto na baridi.

Mbali na kutambua kaboni iliyopo kwenye chuma, uamuzi wa sifa za nyenzo unawezekana kupitia uwepo wa uchafu wa ziada ndani yake. Ikiwa, pamoja na vipengele vya kawaida, chromium, nickel, shaba, vanadium, titani, nitrojeni katika hali ya kemikali huletwa kwa makusudi ndani ya chuma, basi inaitwa doped. Viungio vile hupunguza hatari ya fracture ya brittle, kuongeza upinzani wa kutu na nguvu. Nambari yao inaonyesha kiwango cha aloi ya chuma:

• chini-chini - ina hadi 2.5% ya viungio vya aloi;
• aloi ya wastani - kutoka 2.5 hadi 10%;
• imechanganywa kwa wingi - hadi 50%.

Hii inamaanisha nini? Kwa mfano, ongezeko la mali yoyote lilianza kutolewa kama ifuatavyo:

1. Inaongeza chromium. chanyahuathiri sifa za kiufundi tayari katika kiasi cha 2% ya jumla.
2. Kuanzishwa kwa nikeli kutoka 1 hadi 5% huongeza ukingo wa halijoto wa mnato. Na hupunguza ubaridi brittleness.
3. Manganese hufanya kazi kwa njia sawa na nikeli, ingawa ni nafuu zaidi. Hata hivyo, husaidia kuongeza usikivu wa chuma kwenye joto kupita kiasi.
4. Tungsten ni nyongeza ya carbide ambayo hutoa ugumu wa hali ya juu. Kwa sababu huzuia ukuaji wa nafaka inapopashwa joto.
5. Molybdenum ni nyongeza ghali. Ambayo huongeza uwezo wa kustahimili joto wa vyuma vya kasi ya juu.
6. Silicon. Huongeza ukinzani wa asidi, unyumbufu, ukinzani wa mizani.
7. Titanium. Inaweza kukuza muundo mzuri wa nafaka ikiunganishwa na chromium na manganese.
8. Shaba. Huongeza sifa za kuzuia kutu.
9. Alumini. Huongeza uwezo wa kustahimili joto, kuongeza ukubwa, uimara.

Muundo

Kuamua muundo wa chuma hakutakuwa kamili bila kusoma muundo wake. Hata hivyo, ishara hii sio mara kwa mara, na inaweza kutegemea mambo kadhaa, kama vile: hali ya matibabu ya joto, kiwango cha baridi, kiwango cha alloying. Kwa mujibu wa sheria, muundo wa chuma unapaswa kuamua baada ya annealing au kuhalalisha. Baada ya annealing, chuma imegawanywa katika:

• muundo wa pro-eutectoid - yenye feri ya ziada;
• eutectoid, ambayo ina perlite;
• hypereutectoid - yenye carbides ya pili;
• ledeburite - yenye carbides msingi;
• austenitic - yenye kimiani ya fuwele iliyo katikati ya uso;
• ferritic - yenye kimiani cha ujazo kilicho katikati ya mwili.

Kuamua aina ya chuma kunawezekana baada ya kuhalalisha. Inaeleweka kama aina ya matibabu ya joto, ambayo ni pamoja na inapokanzwa, kushikilia na baridi inayofuata. Hapa, alama za pearlite, austenitic na ferritic zinatofautishwa.

Ubora

Kubainisha aina kumewezekana katika suala la ubora kwa njia nne. Hii ni:

1. Ubora wa kawaida - hizi ni vyuma vilivyo na maudhui ya kaboni ya hadi 0.6%, ambayo huyeyushwa kwenye vinu vya kutoa hewa wazi au katika vibadilishaji fedha kwa kutumia oksijeni. Wanachukuliwa kuwa wa bei nafuu na ni duni kwa sifa kwa metali za vikundi vingine. Mfano wa vyuma hivyo ni St0, St3sp, St5kp.
2. Ubora. Wawakilishi maarufu wa aina hii ni vyuma St08kp, St10ps, St20. Huyeyushwa kwa kutumia tanuru sawa, lakini kwa mahitaji ya juu zaidi kwa michakato ya malipo na uzalishaji.
3. Vyuma vya ubora wa juu huyeyushwa katika tanuu za umeme, ambayo huhakikisha ongezeko la usafi wa nyenzo kwa mjumuisho usio wa metali, yaani, uboreshaji wa sifa za mitambo. Nyenzo hizi ni pamoja na St20A, St15X2MA.
4. Hasa ubora wa juu - hutengenezwa kulingana na mbinu ya madini maalum. Wanakabiliwa na remelting ya electroslag, ambayo hutoa utakaso kutoka kwa sulfidi na oksidi. Vyuma vya aina hii ni pamoja na St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Vyuma vya miundo

Hii labda ndiyo ishara rahisi na inayoeleweka zaidi kwa walei. Kuna miundo, zana na vyuma vya kusudi maalum. Muundo kawaida hugawanywa katika:

1. Vyuma vya ujenzi ni vyuma vya kaboni vya ubora wa kawaida na viwakilishi vya safu za aloi ya chini. Wanakabiliwa na mahitaji kadhaa, ambayo kuu ni weldability kwa kiwango cha juu cha kutosha. Mfano ni StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Nyenzo zenye simenti hutumika kutengeneza bidhaa zinazofanya kazi chini ya hali ya uchakavu wa juu na kupata mizigo inayobadilika kwa wakati mmoja. Hizi ni pamoja na vyuma vya kaboni ya chini St15, St20, St25 na baadhi ya aloi: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhKhGR
3. Kwa kukanyaga kwa ubaridi, majani yaliyoviringishwa kutoka kwa sampuli za kaboni ya chini za ubora wa juu hutumiwa. Kama vile St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Vyuma vinavyoweza kutibika ambavyo huboreshwa kupitia mchakato wa kuzima na kuwasha kali. Hizi ni vyuma vya kaboni ya wastani (St35, St40, St45, St50), chromium (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) vyuma, pamoja na chromium-silicon-manganese, chromium-nickel-molybdenum na chromium-nickel.
5. Chemchemi za spring zina sifa nyororo na huzihifadhi kwa muda mrefu, kwani zina kiwango cha juu cha upinzani dhidi ya uchovu na uharibifu. Hizi ni viwakilishi vya kaboni vya St65, St70 na vyuma vilivyounganishwa (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Sampuli za nguvu ya juu ni zile ambazo zina nguvu mara mbili ya vyuma vingine vya miundo, vinavyopatikana kwa matibabu ya joto na muundo wa kemikali. Kwa wingi, hizi ni alloyed metal-carbon steels, kwa mfano, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StoZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Kubeba mpiravyuma vina sifa ya uvumilivu maalum, kiwango cha juu cha upinzani wa kuvaa na nguvu. Wanatakiwa kukidhi mahitaji ya kutokuwepo kwa aina mbalimbali za inclusions. Sampuli hizi ni pamoja na vyuma vyenye kaboni nyingi na maudhui ya kromiamu katika muundo (StSHKh9, StSHKh15).
8. Ufafanuzi wa chuma otomatiki ni kama ifuatavyo. Hizi ni sampuli za matumizi katika utengenezaji wa bidhaa zisizo muhimu kama vile bolts, karanga, screws. Vipuri vile kawaida hutengenezwa kwa mashine. Kwa hiyo, kazi kuu ni kuongeza machinability ya sehemu, ambayo inafanikiwa kwa kuanzisha tellurium, selenium, sulfuri na kuongoza kwenye nyenzo. Viungio vile huchangia kuundwa kwa chips brittle na fupi wakati wa machining na kupunguza msuguano. Wawakilishi wakuu wa vyuma otomatiki wameteuliwa kama ifuatavyo: Sta12, Sta20, Sta30, StaAS11, StaAS40.
9. Vyuma vinavyostahimili kutu ni aloi zenye maudhui ya chromium ya takriban 12%, kwani huunda filamu ya oksidi kwenye uso ambayo huzuia kutu. Wawakilishi wa aloi hizi ni St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Sampuli zinazostahimili kuvaliwa hutumika katika bidhaa zinazofanya kazi chini ya msuguano wa abrasive, mshtuko na shinikizo kali. Mfano ni sehemu za njia za reli, visuga na mashine za viwavi, kama vile St110G13L.
11. Vita vinavyostahimili joto vinaweza kufanya kazi kwenye joto kali. Zinatumika katika utengenezaji wa mabomba, gesi na vipuri vya turbine ya mvuke. Hizi ni sampuli za kaboni ya alloyed ya juu, ambayo lazima iwe na nikeli, ambayo inaweza kuwa na viungio katika fomu.molybdenum, nobium, titanium, tungsten, boroni. Mfano utakuwa St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Inastahimili joto hustahimili uharibifu wa kemikali katika hewa, gesi na tanuru, mazingira ya vioksidishaji na ya kuhifadhia nyama, lakini huonyesha kulemea chini ya mizigo mikali. Wawakilishi wa aina hii ni St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Vyuma vya zana

Katika kikundi hiki, aloi zimegawanywa katika zana za kukata na kupimia. Kuna aina mbili za vyuma.

• Nyenzo za kuunda ubaridi zinapaswa kuwa na kiwango cha juu cha ugumu, nguvu, ukinzani wa uvaaji, ukinzani wa joto. Lakini uwe na mnato wa kutosha (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Nyenzo ya kutengenezea moto ina nguvu nzuri na ukakamavu. Pamoja na upinzani wa kuvaa na upinzani wa mizani (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Vyuma vya zana za kupimia, pamoja na ukinzani na ugumu, lazima ziwe thabiti kiasi na rahisi kusaga. Calibers, kikuu, templates, watawala, mizani, tiles hufanywa kutoka kwa aloi hizi. Mfano unaweza kuwa aloi StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Kuamua vikundi vya chuma kwa zana za kukata ni rahisi sana. Aloi hizo lazima ziwe na uwezo wa kukata na ugumu wa juu kwa muda mrefu, hata wakati unakabiliwa na joto. Hizi ni pamoja na chombo cha kaboni na alloy, pamoja navyuma vya kasi ya juu. Hapa unaweza kutaja wawakilishi mashuhuri wafuatao: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Utoaji oksijeni kwa aloi

Uamuzi wa chuma kulingana na kiwango cha uondoaji oksijeni unamaanisha aina zake tatu: utulivu, nusu-utulivu na mchemko. Dhana yenyewe inarejelea uondoaji wa oksijeni kutoka kwa aloi ya kioevu.

Chuma tulivu karibu hakitoi gesi wakati wa kuganda. Hii ni kutokana na uondoaji kamili wa oksijeni na kufanyizwa kwa shimo la kusinyaa juu ya ingot, kisha kukatwa.

Katika chuma cha nusu-utulivu, gesi hutolewa kwa kiasi, yaani, zaidi ya chuma kilichotulia, lakini kidogo kuliko katika zile zinazochemka. Hakuna ganda hapa, kama ilivyokuwa katika kesi iliyotangulia, lakini viputo huunda juu.

Aloi zinazochemka hutoa kiasi kikubwa cha gesi inapoganda, na katika sehemu-tofauti inatosha kutambua kwa urahisi tofauti ya utungaji wa kemikali kati ya tabaka la juu na la chini.

Ugumu

Dhana hii inarejelea uwezo wa nyenzo kustahimili kupenya kwa nguvu ndani yake. Uamuzi wa ugumu uliwezekana kwa kutumia mbinu tatu: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Kulingana na mbinu ya Brinell, mpira mgumu wa chuma unabanwa kwenye sehemu ya chini ya sampuli. Kwa kusoma kipenyo cha chapa, tambua ugumu.

Njia ya kubainisha ugumu wa chuma kulingana na Rockwell. Inatokana na kukokotoa kina cha kupenya cha ncha ya koni ya almasi ya digrii 120.

Kulingana na Vickers katika sampuli ya jaribiopiramidi ya tetrahedral ya almasi inasisitizwa ndani. Na pembe ya digrii 136 kwenye nyuso tofauti.

Je, inawezekana kubainisha daraja la chuma bila uchanganuzi wa kemikali? Wataalamu katika uwanja wa madini wanaweza kutambua daraja la chuma kwa cheche. Uamuzi wa vipengele vya chuma huwezekana wakati wa usindikaji wake. Kwa hivyo kwa mfano:

• Chuma cha CVG kina cheche za rangi nyekundu iliyokolea na vitone na vifijo vya manjano-nyekundu. Katika miisho ya nyuzi zenye matawi, nyota nyekundu nyangavu huonekana zikiwa na chembe za manjano katikati.
• Chuma cha P18 pia hutambulika kwa cheche za rangi nyekundu iliyokolea zilizo na nyuzi za manjano na nyekundu mwanzoni, hata hivyo, nyuzi hizo zimenyooka na hazina uma. Katika ncha za vifurushi kuna cheche zenye punje moja au mbili za manjano hafifu.
• Alama za chuma ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 zina cheche za manjano zenye nyota nyepesi. Na nafaka nyekundu kwenye matawi.
• Chuma cha U12F kinatofautishwa na cheche za manjano isiyokolea zenye nyota nzito na kubwa. Na nyuzi kadhaa nyekundu na njano.
• Vyuma 15 na 20 vina cheche za manjano isiyokolea, uma na nyota nyingi. Lakini nyuzi chache.

Kuamua chuma kwa kutumia cheche ni mbinu sahihi kabisa kwa wataalamu. Hata hivyo, watu wa kawaida hawawezi kubainisha chuma kwa kuchunguza tu rangi ya cheche.

Weldability

Sifa ya metali kuunda kiunganishi chini ya mguso fulani inaitwa weldability ya vyuma. Uamuzi wa kiashirio hiki unawezekana baada ya maudhui ya chuma na kaboni kugunduliwa.

Inaaminika kuwa zimeunganishwa vyema kwa weldingvyuma vya chini vya kaboni. Wakati maudhui ya kaboni yanazidi 0.45%, weldability huharibika na inakuwa mbaya zaidi wakati maudhui ya kaboni ni ya juu. Hii pia hutokea kwa sababu inhomogeneity ya nyenzo huongezeka, na inclusions za sulfidi hujitokeza kwenye mipaka ya nafaka, ambayo husababisha kuundwa kwa nyufa na kuongezeka kwa matatizo ya ndani.

Vijenzi vya aloi pia hufanya kazi, hivyo kudhoofisha muunganisho. Visivyofaa zaidi kwa uchomaji ni vipengele vya kemikali kama vile chromium, molybdenum, manganese, silicon, vanadium, fosforasi.

Hata hivyo, kufuata teknolojia unapofanya kazi na vyuma vya aloi ya chini hutoa asilimia nzuri ya weldability bila kutumia hatua maalum. Uamuzi wa weldability inawezekana baada ya kutathmini idadi ya sifa muhimu nyenzo, ikiwa ni pamoja na:

• Kasi ya kupoeza.
• Muundo wa kemikali.
• Mwonekano wa uwekaji fuwele msingi na mabadiliko ya muundo wakati wa kuchomelea.
• Uwezo wa chuma kutengeneza nyufa.
• Mwelekeo wa nyenzo kuunda ugumu.