10 Μηχανικές και Φυσικές Ιδιότητες του Χάλυβα

Το μηχανικές και φυσικές ιδιότητες του χάλυβα μπορούν να ποικίλουν σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τη σύνθεσή τους και το ποσοστό προσμείξεων (όπως ο φώσφορος ή το θείο).

Έτσι, όταν είναι επιθυμητό για την επίτευξη βελτιωμένης μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων σε σχέση με άλλες, χάλυβα μπορεί να είναι κράμα με χρώμιο, κοβάλτιο, χαλκό, μολυβδένιο, νικέλιο, άζωτο, σελήνιο, ταντάλιο, τιτάνιο, βολφράμιο ή βανάδιο.

Η σύνθεση και οι ιδιότητες του χάλυβα ποικίλουν σημαντικά. Ο χάλυβας έχει γενικά χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα από εκείνη που υπάρχει στον σίδηρο και μικρότερο αριθμό προσμείξεων από εκείνες που υπάρχουν σε άλλα μέταλλα.

Γενικά, οι φυσικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα, η ηλεκτρική και η θερμική αγωγιμότητα δεν διαφέρουν πολύ από το ένα κράμα στο άλλο.

Ωστόσο, οι μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή, η ολκιμότητα και η σκληρότητα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του κράματος και τη σύνθεση του χάλυβα.

Κύριες μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα

1- Πλαστικότητα

Είναι η ικανότητα του χάλυβα να διατηρήσει το σχήμα του αφού υποβληθεί σε μια προσπάθεια. Οι χάλυβες που είναι κραματοποιημένοι με μικρά ποσοστά άνθρακα είναι πιο πλαστικοί.

2- Ευθρυπτότητα

Ευθραυστότητα είναι η ευκολία με την οποία ο χάλυβας μπορεί να σπάσει όταν υποβληθεί σε μια προσπάθεια. Όταν ο χάλυβας είναι κραματοποιημένος, με υψηλό ποσοστό άνθρακα, τείνει να είναι πιο εύθραυστος. 

3- Μαλακότητα

Η ευκαμψία είναι η εγκατάσταση που έχει τον χάλυβα που πρόκειται να ελασματοποιηθεί. Με αυτόν τον τρόπο, μερικά κράματα από ανοξείδωτο χάλυβα τείνουν να είναι πιο εύκαμπτα από άλλα.

4- Σκληρότητα

Η σκληρότητα είναι η αντίσταση που αντιτίθεται σε ένα μέταλλο κατά των λειαντικών παραγόντων. Όσο περισσότερος άνθρακας προστίθεται σε κράμα χάλυβα, τόσο πιο δύσκολο θα είναι (Kailas, s.f.)

5- Δυνατότητα

Η αντοχή είναι η έννοια που υποδηλώνει την ικανότητα του χάλυβα να αντισταθεί στην εφαρμογή μιας εξωτερικής δύναμης χωρίς να σπάσει.

Στην περίπτωση του χάλυβα με μεσαία συγκέντρωση άνθρακα, η ανθεκτικότητα τείνει να είναι υψηλότερη (Κεφάλαιο 6. Μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων, 2004).

Κύριες φυσικές ιδιότητες του χάλυβα

1 Σώμα

Περιλάβετε ιδιότητες σχετικές με το βάρος, τον όγκο, τη μάζα και την πυκνότητα χάλυβα.

2- Θερμική

Αναφέρεται σε τρεις θεμελιώδεις πτυχές της θερμοκρασίας ικανότητα χάλυβα οδήγησης (οδήγησης), τη δυνατότητα μεταφοράς θερμότητας (συναγωγή), και την ικανότητά του να προέρχονται υπέρυθρες ακτίνες στο μέσο (ακτινοβολία).

3 Ηλεκτρικά

Αναφέρονται στην ικανότητα του χάλυβα να διεξάγει ηλεκτρικό ρεύμα.

4- Οπτική

Αυτές οι ιδιότητες στην περίπτωση του χάλυβα υποδηλώνουν την ικανότητά του να αντανακλά το φως ή να εκπέμπει φωτεινότητα. Στο βαθμό που ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι κράμα με υψηλότερο ποσοστό αλουμινίου, θα έχουν καλύτερες οπτικές ιδιότητες.

5- Μαγνητική

Αναφέρεται στην ικανότητα του χάλυβα να προκληθεί ή να προκαλέσει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Όσο υψηλότερη είναι η εκατοστιαία αναλογία σιδήρου στο κράμα χάλυβα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητά του να ενεργεί ως μαγνήτης (Sandhyarani, 2016).

Τύποι χάλυβα

Διαφορετικοί τύποι χάλυβα παράγονται σύμφωνα με την εφαρμογή τους, συνεπώς, οι μηχανικές και φυσικές ιδιότητες αυτών των τύπων χάλυβα πρέπει να είναι διαφορετικές.

Με αυτόν τον τρόπο, έχουν δημιουργηθεί διάφορες κλίμακες για την ταξινόμηση του χάλυβα σύμφωνα με τις ιδιότητές του (ελαστικότητα, πυκνότητα, σημείο τήξης, θερμική αγωγιμότητα, αντοχή, σκληρότητα, μεταξύ άλλων).

Για την κατασκευή διαφορετικών τύπων χάλυβα, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διαφορετικές συγκεντρώσεις άλλων μετάλλων για να παράγουν κράματα.

Η διαδικασία παραγωγής και ο τρόπος εργασίας του χάλυβα ασκούν επίσης σημαντική επίδραση στο τελικό προϊόν που λαμβάνεται.

Σύμφωνα με το Αμερικανικό Ινστιτούτο Σιδήρου και Χάλυβα (AISI για το ακρωνύμιο στα αγγλικά), ο χάλυβας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τέσσερις κύριες κατηγορίες, ανάλογα με τη χημική του σύνθεση:

• Χάλυβας άνθρακα
• Χαλύβδινο κράμα
• Από ανοξείδωτο χάλυβα
• Χάλυβας εργαλείων

Ιδιότητες του ανθρακούχου χάλυβα

Ο άνθρακας προέρχεται από το κράμα μεταξύ σιδήρου και άνθρακα. Μεταβάλλοντας το ποσοστό του άνθρακα, είναι δυνατόν να παράγουμε χάλυβες με διαφορετικές ιδιότητες. Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η εκατοστιαία αναλογία του άνθρακα, τόσο πιο ανθεκτικό και άκαμπτο είναι ο χάλυβας.

Ο χάλυβας με χαμηλό ποσοστό άνθρακα είναι γνωστός στην αγορά ως σφυρήλατος σίδηρος. Αυτός ο τύπος χάλυβα είναι εύκολος να χειριστεί, καθώς είναι εξαιρετικά πλαστικό.

Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή γρίλλων, διακοσμητικών εφαρμογών ή στύλων λαμπτήρων.

Ο χάλυβας με μέση περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι εξαιρετικά ανθεκτικός, γι 'αυτό και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία γεφυρών ή δομικών μερών ικανών να στηρίξουν τεράστια φορτία.

Από την πλευρά του, χάλυβα με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα χρησιμοποιείται για την κατασκευή καλωδίων. Όταν το ποσοστό άνθρακα είναι μεγαλύτερο από το σίδηρο, μιλάμε για χυτοσίδηρο, το οποίο χρησιμοποιείται για τη κατασκευή αγγείων και άλλων αντικειμένων.

Αν και αυτός ο τελευταίος τύπος χάλυβα είναι αρκετά σκληρός, είναι επίσης εξαιρετικά εύθραυστος (Υλικά, 2014).

Ιδιότητες του κραματοποιημένου χάλυβα

Ο κραματοποιημένος χάλυβας είναι αυτός που παράγεται με ένα μικρό ποσοστό ενός ή περισσοτέρων μετάλλων εκτός του σιδήρου.

Αυτά τα μέταλλα που προστίθενται στο κράμα έχουν την ικανότητα να αλλάζουν τις ιδιότητες του χάλυβα.

Για παράδειγμα, ο χάλυβας που κατασκευάζεται με σίδηρο, χρώμιο και νικέλιο έχει ως αποτέλεσμα τον ανοξείδωτο χάλυβα. Όταν προστίθεται αλουμίνιο σε αυτό το κράμα, το αποτέλεσμα είναι πιο εύπλαστο και ομοιόμορφο σε εμφάνιση.

Όταν προστίθενται κράματα μαγγανίου, μπορούν να επιτύχουν εξαιρετική αντοχή και σκληρότητα.

Ιδιότητες ανοξείδωτου χάλυβα

Ο ανοξείδωτος χάλυβας περιέχει μεταξύ 10 και 20% χρώμιο, παράγοντα που του επιτρέπει να είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στη διάβρωση και την οξείδωση.

Όταν ο χάλυβας περιέχει 11% χρώμιο, είναι περίπου 200 φορές πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από ότι ο χάλυβας που δεν περιέχει χρώμιο. Υπάρχουν τρεις ομάδες ανοξείδωτου χάλυβα:

Χάλυβας ωστενίτη: είναι αυτή που έχει μια ευρύτερη συγκέντρωση χρωμίου και ένα μικρό ποσοστό νικελίου και άνθρακα.

Χρησιμοποιείται συνήθως για την επεξεργασία τροφίμων και τους σωλήνες. Είναι εύκολο να αναγνωριστεί, επειδή δεν είναι μαγνητικό.

Φερριτικός χάλυβας: είναι ο τύπος χάλυβα που περιέχει περίπου 15% χρώμιο, αλλά μόνο λίγα ίχνη άνθρακα και άλλων μετάλλων όπως το μολυβδαίνιο, το αργίλιο ή το τιτάνιο.

Αυτός ο τύπος χάλυβα είναι μαγνητικός, εξαιρετικά σκληρός και ανθεκτικός. Μπορεί να σκληρυνθεί όταν λειτουργεί το κρύο.

Μαρτενσιτικός χάλυβας: είναι ένα που περιέχει μέτριες ποσότητες χρωμίου, νικελίου και άνθρακα. Είναι εξαιρετικά μαγνητικό και θεραπεύεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο μαρτενσιτικός χάλυβας χρησιμοποιείται συνήθως για να κάνει εργαλεία κοπής όπως μαχαίρια και χειρουργικό εξοπλισμό.

Ιδιότητες χάλυβα εργαλείων

Ο χάλυβας εργαλείων είναι εξαιρετικά ανθεκτικός, ανθεκτικός στη θερμοκρασία και με αρκετά υψηλή σκληρότητα.

Περιέχει βολφράμιο, μολυβδαίνιο, κοβάλτιο και βανάδιο. Είναι αυτός που χρησιμοποιείται για να κάνει τρυπάνια (Bell, 2017).

Αναφορές

1. Bell, Τ. (17 Μαρτίου 2017). Ανακτήθηκε από ποιοι είναι οι τύποι και οι ιδιότητες των χαλύβων;: thebalance.com.
2. Κεφάλαιο 6. Μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων. (2004). Ανακτήθηκε από τις μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων: virginia.edu.
3. Guru, W. (2017). Συλλέξτε γκουρού Ανακτήθηκε από τον οδηγό για τις μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων: weldguru.com.
4. Kailas, S.V. (s.f.). Κεφάλαιο 4. Μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων. Ανακτήθηκε από την επιστήμη των υλικών: nptel.ac.in.
5. Matter, Τ. (Αύγουστος 2002). Σύνολο Θέματος Ανακτήθηκε από τις μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων: totalmateria.com.
6. Υλικά, Α. (2 Δεκεμβρίου 2014). Ανακτήθηκε από τις ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: worldstainless.org.
7. Sandhyarani, Ν. (4 Αυγούστου 2016). Ανακτήθηκε από τις φυσικές ιδιότητες του χάλυβα: buzzle.com.