Oțel

Profesioniștii din domeniu vorbesc adesea despre oțel astfel încât să se afle într-o anumită etapă de producție (atunci este vorba despre cementit, ledeburit, perlit, austenit, ferit α), care sunt descrise în diagrama binară a fazelor fier-carbon și în diferite structuri (žmirin, troostit, sorbit, martenzit, bainit), care sunt descrise prin așa-numitele diagrame IRA (sau ARA).

Însă, în practică tehnică și chimică, termenul „fier” este folosit doar pentru specificarea elementului chimic, respectiv pentru fierul chimic pur. Dacă discutăm despre aliaje tehnice, acestea sunt întotdeauna menționate ca „oțeluri” sau „fonte” (acești termeni sunt bine cunoscuți chiar și pentru laici și utilizatori).

Cum se produce oțelul?

Ignorând antichitatea și Evul Mediu, epoca modernă a adus numeroase schimbări acestui proces. Astăzi este din nou un proces metalurgic, în cadrul căruia din așa-numitul „fier brut” (așa cum se produce în cuptorul înalt cunoscut) se obține la final un aliaj de carbon, fier și alte elemente chimice. În timpul procesului, se reduce conținutul de carbon și impurități (în principal sulf și fosfor) la un anumit nivel și se adaugă și alte elemente de aliere care îmbunătățesc în continuare proprietățile oțelului (nichel, crom, aluminiu, mangan, siliciu, etc.).

Ce este tratamentul chimico-termic al oțelului?

În ceea ce privește procesul de tratament chimico-termic al oțelului, acesta conține numeroase stiluri de prelucrare suplimentară, în cadrul căruia suprafața oțelului este saturată cu alte elemente. Prin aceasta se schimbă compoziția chimică în straturile superioare ale componentelor de oțel respective (de obicei prin creșterea temperaturii și cu ajutorul altor elemente precum carbonul sau azotul – sau chiar combinația lor). Scopul logic este ca, pentru un anumit tip de oțel, să se obțină parametrii doriți de producător: în special, creșterea rezistenței la oboseală și uzură, creșterea rezistenței la coroziune, creșterea rezistenței la căldură, duritate, etc.

Metodele cele mai obișnuite de tratament chimico-termic sunt astăzi următoarele:

• Carbonitridare
• Boridare
• Sulfonitridare – aceasta este saturarea suprafeței oțelului cu azot și sulf în același timp.
• Nitridare – implică saturarea suprafeței oțelului, însă exclusiv cu azot.
• Nitrocementare – aici este vorba de saturarea suprafeței oțelului cu azot și carbon în același timp.
• Șeradare – schimbare este saturarea suprafețelor componentei de oțel cu zinc.
• Sulfinizare – implică exclusiv saturarea suprafeței oțelului cu sulf.
• Cementare – este saturarea suprafeței unui oțel cu conținut scăzut de carbon (dar doar până la 0,25%).

Ce proprietăți are oțelul?

Oricine știe că oțelul (și implicit și fierul) este cel mai frecvent material de tip metalic în civilizația noastră. Atunci când o legăm cu carbon sau alt material (și accelerăm totul prin procese termice-mecanice și termice), obținem proprietăți diferite ale oțelului. Și asta într-o gamă neașteptat de largă. Acest lucru oferă, evident, un spațiu larg pentru diferiți producători, pentru a-și perfecționa produsele din oțel până la perfecțiunea absolută (cu alte cuvinte, fiecare tip și sub-tip de oțel poate fi utilizat doar în aplicări în care excelează cu adevărat).

Ce proprietăți fizice au oțelurile (în medie)?

În cazul în care luăm în considerare mai întâi componentele structurale ale oțelului, acestea sunt descrise tradițional în diagrama binară cu elementele fier-carbon. Densitatea standard a oțelului este de 7850 kg/m³. Capacitatea sa termică specifică (cuantumul de căldură necesar pentru a încălzi 1 kilogram de substanță cu un grad vitaminic obișnuit) atinge, la rândul său, aproximativ 469 J·kg-1·K-1 (depinde considerabil de conținutul altor impurități). Punctul de topire pentru oțel este din nou aproximativ în jur de 1539 °C.

Proprietăți fizice ale oțelului

Acestea depind din nou foarte mult de ce greutate are oțelul, dar și de conținutul său de carbon, așa că valorile de mai jos nu sunt întotdeauna valabile și în toate condițiile – sunt doar valori orientative.

• Numărul lui Poisson – v = 0,3
• Modulul de elasticitate – E = 210 000 MPa
• Modulul de elasticitate în ciză – G = 81 000 MPa

Ce tipuri de oțeluri se produc și utilizează astăzi?

Până în prezent, numărul de oțeluri produse este foarte mare (total aproximativ 2500 tipuri și variante!). Acestea sunt specificate și divizate în cadrul diferitelor norme (DIN, ČSN, ...) după tip (adică compoziția chimică), apoi după structura, dar și după proprietățile lor fizice și mecanice.

Just după compoziția chimică suplimentară, oțelurile sunt divizate în următoarele grupuri:

Oțeluri nealiate

Uneori sunt numite și „oțeluri carbon”. În ele, conținutul unor anumite elemente de aliere este mai mic decât valoarea tabelată maximă dată pentru un anumit element. Este adevărat că, pentru marea majoritate a elementelor implicate, este vorba de o pondere maximă care nu depășește aproximativ 2%. Proprietățile mecanice ale tuturor oțelurilor carbonatate pot fi evident ajustate prin procesare ulterioară: și termică (călirea, recuitul), termică-mecanică și termică-chimică (nitridare și cementare).

Oțeluri slab aliată

În cazul lor, atunci când scădem conținutul de carbon, conținutul lor de carbon este mai mic de 5%. Sunt asemănătoare în ceea ce privește proprietățile cu oțelurile nealiatate, dar sunt potrivite și pentru procesare termică ulterioară (proprietățile lor mecanice pot fi modificate în continuare prin procesare termică). Pe măsură ce conținutul de carbon crește, la fel crește și duritatea lor după călire (până la conținutul de 0,85% carbon în greutate). Călirea suplimentară nu este benefică, deoarece duritatea nu mai crește ulterior. Dar conținutul de carbon, de asemenea, influențează rezistența oțelului (aici funcționează proporțional din punct de vedere al conținutului de carbon ridicat, oțelul fiind mai rezistent).

Pentru exemplu – cândva la noi erau produse lame pentru plug din oțel tip 11700, un producător afirmând că nu este nevoie să le călească, deoarece oțelul cu acest conținut de carbon este suficient de dur pentru sine.

Oțeluri înalt aliată

Aici, când conținutul elementelor de aliere depășește un total de 5%, se spune că oțelul este înalt aliat. Și aici fiecare dintre ele influențează proprietățile produsului final.

Cum sunt împărțite oțelurile după domeniul de utilizare?

• Oțel de Damasc – este destinat în principal pentru producția de lame de toate tipurile (săbii, cuțite, etc.), care sunt flexibile și puternice. Parcă aici este un paradox, că acest tip nu este format dintr-un singur tip de oțel, ci mai multe și acestea sunt unite prin metoda de sudură la foc prin forjare (tehnic este o îmbinare la cald).
• Oțeluri pentru scule – sunt carbonat și foarte sau mediu aliat. De obicei au prefixul „19”.
• Oțeluri rezistente la coroziune, căldură și oxidare la căldură – sunt întotdeauna oțeluri înalt aliat cu mult nichel (asigură rezistența la acizi) și crom (când există cel puțin 8%, previne coroziunea).
• Oțeluri pentru rafinare – sunt tipuri cu un conținut mediu de carbon, și care sunt adesea călite pentru a obține proprietățile dorite în timp ce păstrează cele bune existante.
• Oțeluri pentru presă adâncă – utilizate exclusiv pentru producerea așa-numitelor tablouri de presare adâncă.
• Oțeluri pentru tablouri electrotehnice – pentru a fi procesate și folosite ca nucleu de transformator (și mașini rotative), trebuie să ofere anumite parametri și proprietăți magnetice. Conțin 1-4,5% siliciu și puțin carbon.
• Oțeluri pentru cementare – conținut scăzut de carbon, dar și călite cu parametri mecanici excelenți. Suprafața lor este încă îmbogățită cu carbon în timpul unei căliri strălucite.
• Oțeluri pentru arcuri – cunoscute ca oțel de arc sau, de asemenea, oțel de arcuri. Acestea au nevoie de proprietăți statice și mecanice bune și o durată de viață foarte lungă.
• Oțeluri pentru construcții din beton – se găsesc la tije în industrie sau la armături.
• Oțeluri automate – oțeluri carbonat cu un conținut mai mare de sulf și mangan sau chiar plumb. Au o capacitate bună de prelucrare și se rup ușor.
• Oțeluri de construcții – de obicei nealiată, pentru industria de construcții și inginerie mecanică.

Unde se folosește oțelul astăzi?

Probabil știți deja – e suficient să mergeți pe lângă un șantier și cu siguranță nu veți pierde faptul că se construiește acolo cu ajutorul grinzilor de oțel. De obicei, construcțiile portante ale clădirilor sunt realizate din oțel. Oțelul este relativ foarte puternic prin comparație cu alte materiale, fiind totodată elastic și cu o greutate redusă. Pentru construcții puternic solicitate (și cu travee mari), nu există o altă opțiune. Construcțiile foarte solicitate și halele sunt excelente dacă folosim oțel. Foarte frecvent, astăzi o veți găsi și peste râuri în forma podurilor, scarilor, pasarelelor și altor realizări similare. Trebuie totuși menționat și efectul estetic foarte mare al acestuia (și din acest motiv, diverși sculptori și arhitecți de grădină și casă apelează adesea la el).

Piesele de oțel sunt foarte frecvent utilizate astăzi ca îmbinări / întărituri ale altor structuri (special cele de sticlă, lemn și beton). Ele își găsesc aplicabilitatea și în clădiri speciale și mai complicate ca formă unică (arhitecții trebuie să țină cont că, de exemplu, oțelul cu conținut scăzut de aliaje, se slăbește la căldură și i se reduce limita de rezistență la mai puțin de jumătate). Astăzi oțelul este adesea folosit și pentru rezervoare / silozuri / conducte, unde are sens și este necesar (industrie, energie, etc.). Fără îndoială, secțiunea de inginerie mecanică nu poate exista fără oțel.

Încă un aspect pozitiv al oțelului, este că este ușor de reciclat complet (reduce consumul de energie în timpul procesării cu 75%!) și este foarte ușor de întărit, sau poate fi completat altfel în construcție.

La linkurile menționate, puteți vedea diferitele tipuri de oțel pe care le puteți întâlni în magazinul nostru online, în special la cuțite, dar și la machete și unelte multifuncționale, la anumite unelte sau la vase și alte ustensile de bucătărie:

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

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