Oțel

Profesioniștii din domeniu vorbesc adesea despre oțel ca fiind într-o anumită fază de producție (atunci este vorba de cementit, ledeburit, perlit, austenit, ferit α), descrise în diagrama biplană de fier-carbon și în diverse structuri (troostit, sorbit, martensit, bainit), descrise în așa-numitele diagrame IRA (sau ARA).

De obicei, în practică tehnică și chimică se folosește termenul „fier” doar pentru specificarea elementului chimic, respectiv a fierului chimic pur ca atare. Dar când se discută despre aliaje tehnice, acestea sunt menționate întotdeauna ca „oțeluri” sau „fontă” (acești termeni sunt foarte bine cunoscuți chiar și laicii și utilizatorii).

Cum se produce oțelul?

Fără a lua în considerare antichitatea și evul mediu, epoca modernă a adus numeroase schimbări și în acest proces. Este astăzi din nou un proces metalurgic, în cadrul căruia din „fier brut” (care este produs, după cum se știe, în cuptoare înalte) se obține în final un aliaj de carbon, fier și alte elemente chimice. În timpul procesului, conținutul de carbon și impurități (în primul rând sulf și fosfor) se reduce la un anumit nivel + se adaugă și alte elemente de aliere care îmbunătățesc în continuare proprietățile oțelului (nichel, crom, aluminiu, mangan, siliciu, ...).

Ce înseamnă Tratarea chimico-termică a oțelului?

În ce privește tratarea chimico-termică a oțelului, aceasta include numeroase metode de prelucrare ulterioară, în cadrul cărora superfața oțelului este îmbogățită cu alte elemente. Astfel se schimbă compoziția chimică în straturile superioare ale componentei de oțel respective (de obicei prin creșterea temperaturii și cu ajutorul unui alt element de tip carbon sau azot – sau chiar în combinație). Scopul este, logic, ca pentru tipul concret de oțel să fie atinse parametrii doriti de producător: în special este vorba despre creșterea rezistenței la oboseală și uzură, sporirea rezistenței la coroziune, creșterea rezistenței la căldură, duritate, ...

Astăzi cele mai obișnuite metode de tratare chimico-termică sunt următoarele:

• Carburare
• Borare
• Sulfonitruare – această tehnică sobrovizează oțelului atât azot, cât și sulf simultan.
• Nitruare – constă în saturarea superioară a oțelului exclusiv cu azot.
• Nitrocementare – aici este vorba de saturarea superioară a oțelului atât cu azot cât și cu carbon simultan.
• Sherardizare – este saturarea superioară a componentelor de oțel cu zinc.
• Sulfinizare – este numai saturarea superioară a oțelului cu sulf.
• Cementare – este din nou saturarea suprafeței unui oțel cu carbon redus (dar doar până la 0,25%).

Care sunt proprietățile oțelului?

Fiecare știe că oțelul (și implicit fierul) este cel mai frecvent material de tip metalic din civilizația noastră. Când este aliat cu carbon sau cu un alt material (și este supus unui proces termo-mecanic și termic), iată că avem alte proprietăți ale oțelului. Și asta chiar și într-o gamă neașteptat de largă. Acest lucru desigur oferă un spațiu larg pentru fiecare producător să-și perfecționeze produsele din oțel (cu alte cuvinte, fiecare tip și sub-tip de oțel poate fi utilizat doar pentru aplicații unde excelează cu adevărat).

Care sunt proprietățile fizice ale oțelului (în medie)?

Dacă ne gândim mai întâi la componentele structurale ale oțelului, acestea sunt descrise în mod tradițional în diagrama biplană cu elemente fier-carbon. Densitatea tipică a oțelului este de 7850 kg/m³. Capacitatea sa termică specifică (cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kilogram din acea substanță cu 1 grad Celsius) variază de obicei în jur de 469 J·kg-1·K-1 (depinde în mare măsură de conținutul altor impurități). Punctul de topire pentru oțel este din nou în jur de 1539 °C.

Proprietăți fizice ale oțelului

Aceleași depind foarte mult din nou de greutatea oțelului, dar și de conținutul de carbon, astfel că valorile de mai jos nu sunt valide întotdeauna și în toate condițiile – sunt doar valori orientative.

• Coeficientul Poisson – v = 0,3
• Modulul de elasticitate – E = 210 000 MPa
• Modulul de elasticitate la forfecare – G = 81 000 MPa

Ce tipuri de oțel sunt produse și utilizate astăzi?

La ziua de azi, numărul de oțeluri produse este foarte mare (în total aproximativ 2500 de tipuri și variante!). Acestea sunt specifice și împărțite în cadrul fiecărei norme (DIN, ČSN, ...) în funcție de tip (adică compoziția chimică), mai departe conform structurii, dar și conform proprietăților fizice și mecanice.

Sau conform compoziției chimice suplimentare, oțelurile sunt împărțite în următoarele grupuri:

Oțeluri nealiate

Uneori mai sunt numite și „oțeluri carbonice”. În ele, conținutul anumitor elemente de aliere este mai mic decât valoarea tabulată maximă pentru un anumit element. Se aplică faptul că pentru marea majoritate a elementelor de acest tip este vorba de o proporție de masă maximă de aproximativ 2%. Chiar și proprietățile mecanice ale tuturor oțelurilor carbonice pot fi desigur ajustate ulterior prin prelucrare: fie prin tratament termic (temperare, călire, întărire), tratament termo-mecanic sau tratament termo-chimic (nitrurare și cementare).

Oțeluri cu aliere redusă

Pentru aceste oțeluri, atunci când se scade conținutul de carbon, conținutul altor elemente de aliere este de obicei sub 5%. Acestea sunt destul de asemănătoare cu oțelurile nealiate ca proprietăți, dar sunt de asemenea potrivite pentru prelucrarea termică ulterioară (prin prelucrarea termică se pot modifica ulterior proprietățile lor mecanice). Pe măsură ce crește conținutul de carbon, tot atât crește și duritatea lor după călire (până la un conținut de 0,85% din masa de carbon). Alte nivele de calire nu aduc beneficii, deoarece duritatea nu crește în continuare. Conținutul de carbon afectează de asemenea rezistența oțelului (aici se aplică o relație directă = cu cât este mai mare conținutul de carbon, cu atât oțelul este mai rezistent).

De exemplu – cândva la noi se fabricau pluguri dintr-un tip de oțel numit 11700, despre care producătorul afirma că nu este necesar să fie călit, deoarece oțelul cu acest conținut de carbon este destul de dur de la sine.

Oțeluri cu înaltă aliere

Când conținutul elementelor de aliere trece cumulativ de 5%, oțelul respectiv este considerat a fi foarte aliat. Aici, de asemenea, fiecare element influențează proprietățile produsului final.

Cum se împart oțelurile conform domeniului de utilizare?

• Oțelul de Damasc – este oțel destinat în principal pentru fabricarea lamei (săbii, iatagane, cuțite, ...), care este flexibil și rezistent. Este paradoxal ca acest tip nu este realizat dintr-un singur tip de oțel, ci din mai multe și toate sunt forjate împreună (tehnic este uniune la cald).
• Oțeluri de scule – de înaltă și medie aliată cu carbon. Au prefixul „19”.
• Oțeluri rezistente la coroziune, căldură și rezistență la temperaturi înalte – sunt întotdeauna oțeluri cu un nivel extrem de ridicat de aliere, cu foarte mult nichel (ce asigură rezistența la acizi) și crom (când este de cel puțin 8%, previne coroziunea).
• Oțeluri de ameliorare – sunt tipuri care conțin carbon mediu și care sunt încă temperate pentru a obține proprietăți dorite, menținând în același timp proprietățile deja bune existente.
• Oțeluri de presare profundă – sunt utilizate exclusiv pentru fabricarea foilor de presare adâncă.
• Oțeluri pentru foi electrice – pentru a putea fi prelucrate și utilizate ca miez de transformator (și mașini rotative), trebuie să ofere anumite parametri și proprietăți magnetice. Au între 1-4,5% siliciu și puțin carbon.
• Oțeluri pentru cimentare – conținut redus de carbon, dar după călire având excelente proprietăți mecanice. Suprafața lor este încă îmbogățită cu carbon în timpul călirii ulterioare.
• Oțeluri de arcuri – cunoscut sub numele de oțel de arcuri sau oțel de arcuri. Este prevăzută utilizarea acestora pentru a avea proprietăți statice și mecanice bune și o viață de oboseală foarte mare.
• Oțeluri de construcție – le veți găsi în tije în industria construcțiilor sau în sârme de armare.
• Oțeluri automate – oțeluri carbonice cu un conținut crescut de sulf și mangan sau chiar și plumb. Au o bună prelucrabilitate și așchiile lor se rup ușor.
• Oțeluri pentru construcții – de asemenea, sunt tipic nealiate și pentru industria construcțiilor și inginerie.

Unde a fost utilizat oțelul astăzi?

Probabil știți voi înșivă – e suficient să treci pe lângă un șantier de construcții și fără îndoială vei observa că se construiește acolo folosindu-se grinzi de oțel. În mod obișnuit, structurile de sprijin pentru clădiri sunt fabricate din oțel. Oțelul este în comparație cu alte materiale relativ foarte puternic și în același timp flexibil, având o greutate redusă. Pentru construcții solicitate și mari arborescențe, pur și simplu nu există alte alegeri. Structurile puternic solicitate și halele, toate acestea sunt foarte bine servite de oțel. Astăzi o găsești des și ca poduri, scări, pasarele și altele asemenea. Trebuie admis că oțelul are și o mare influență estetică (și de aceea este adesea ales și de sculptorii vari și arhitecții de acasă și din grădină).

Elementele de oțel sunt folosite foarte frecvent și astăzi ca îmbinări/suporturi pentru alte construcții (în mod special sticla, lemnul și betonul). De asemenea, își găsesc utilizarea în tot felul de construcții unice și mai complexe din punct de vedere al formei (arhitectii trebuie să țină seama că, de exemplu, în cazul în care un element de oțel cu aliere scăzută este încălzit, limita sa de curgere și rezistența scade aproximativ la jumătate). Oțelul este utilizat și astăzi ca rezervoare/furtunuri/silo-uri unde are sens sau este necesar (industria, energia, ...). Desigur, niciun segment al industriei de prelucrare a metalelor nu se poate dispensa de oțel.

Și, pentru onoarea oțelului, trebuie spus că este ușor complet reciclabil (reducând consumul de energie în timpul prelucrării cu 75%!) și poate fi foarte ușor consolidat sau altfel completat.

În legăturile prezentate, puteți consulta diferite tipuri de oțel pe care le puteți întâlni în magazinul nostru online, în principal în cuțite, dar și în machete și alte unelte multifuncționale, în unele instrumente sau poate în canițele și alte vase de voiaj:

• 440A
• 440B
• 440C
• 8CrMoV
• AUS 8
• CrNi 1810
• D2
• Niolox
• PGK
• Sleipner

Notă la final: la unele cuțite se poate întâlni și o lamă ceramică.