Понимание требований к газу для лазерной резки волокном
Представьте процесс резки, настолько точный и эффективный, что он может разрезать металл как масло, благодаря силе света. Добро пожаловать в…
В чем разница между черными и цветными металлами?
Черные металлы (от латинского ferrum, что означает железо) имеют в своей основе железо и составляют значительную часть используемых сегодня металлов. Их популярность обусловлена свойствами, которые делают их пригодными для самых разных отраслей и применений.
Цветные металлы, напротив, не содержат железа. Это различие существенно, поскольку оно приводит к заметным изменениям характеристик, которых не могут дать черные металлы.
Черные металлы могут содержать множество легирующих элементов, таких как хром, никель, молибден, ванадий и марганец. Они придают стали материаловедение, благодаря чему черные стали широко используются в машиностроении.
Список свойств черных металлов:
Эти качества делают их востребованными при строительстве долговечных небоскребов. Кроме того, черные металлы используются для изготовления инструментов, автомобильных двигателей, трубопроводов, контейнеров, автомобилей, столовых приборов и т.д.
У всех этих металлов разные характеристики, что обусловливает их разнообразное применение. Для наглядности приведем список черных металлов:
Нелегированные стали также известны как углеродистые, так как главным легирующим элементом в них является углерод. Хотя название немного сбивает с толку, таковы особенности металлургии. Присутствие других элементов (сера, фосфор, кремний, марганец) настолько незначительно, что не влияет на свойства материала. Сера и фосфор могут даже негативно сказаться на качестве стали, но при низком содержании их влияние минимально.
Хотя термин «нелегированные стали» редко используется в инженерных компаниях, к этой группе относятся наши знакомые конструкционные стали, такие как S235, S355.
Нелегированные стали классифицируются по содержанию углерода: низко-, средне- и высокоуглеродистые. Каждая категория имеет свои особенности и сферы применения, а также требует индивидуальных методов обработки.
Низкоуглеродистые или мягкие стали содержат 0,05…0,25% углерода. Они довольно недорогие и хорошо подходят для гибки. Поверхностная твердость может быть повышена с помощью цементации.
Благодаря низкой стоимости и отличной пластичности, низкоуглеродистые стали широко применяются для изготовления болтов и гаек, поковок, средненагруженных деталей и т.д.
Примеры низкоуглеродистых сталей: C10E/1.1121, C15E/1.1141
Среднеуглеродистые стали содержат 0,25…0,6% углерода. С увеличением содержания углерода растет прочность и твердость по сравнению с низкоуглеродистыми сталями, но снижается пластичность. Повышенное содержание углерода и марганца позволяет проводить отпуск и закалку.
Основное применение среднеуглеродистых сталей — детали автомобилей: шестерни, оси, валы, а также болты, гайки, винты и др. Стали с 0,4…0,6% углерода подходят и для элементов железных дорог.
Примеры среднеуглеродистых сталей: C40E/1.1186, C60E/1.1221
Содержание углерода в высокоуглеродистых сталях по разным источникам варьируется, но обычно начинается от 0,6% и заканчивается примерно на 1%. Мы придерживаемся второго варианта.
Это самые прочные стали из данной группы, что делает их востребованными в сферах, где требуется стойкость к механическому износу. Еще одно качество высокоуглеродистых сталей — способность сохранять форму, что особенно важно для инструментальных сталей.
Минусами является низкая свариваемость, пластичность и ударная вязкость по сравнению со сталями с меньшим содержанием углерода.
Стали также классифицируются по назначению. Инструментальные и высокоуглеродистые стали часто пересекаются.
Способность к сохранению формы делает их подходящими для изготовления пружин, а также изделий, подвергающихся износу: лезвия, рельсы, канаты, износостойкие плиты, инструменты и т.д.
Примеры высокоуглеродистых сталей: C70U/1.1520, C105U/1.1545
Легированные стали — еще одна крупная группа черных металлов. Элементами легирования стали являются хром, никель, кремний, медь, титан и др. Каждый из них влияет на свойства материала, а в сочетании дают богатый набор характеристик. Рассмотрим влияние наиболее распространенных элементов.
Хром — элемент, отвечающий за появление нержавеющей стали. Его содержание выше 11% придает металлу стойкость к коррозии. Как отмечалось в статье о износе материалов, защитный слой оксида хрома препятствует контакту основного металла с кислородом, существенно снижая опасность коррозии.
Таким образом, изделие можно использовать без дополнительной защиты, а подходящий тип поверхности нержавеющей стали обеспечит эстетичный вид.
Кроме того, хром повышает прочность на разрыв, твердость, вязкость, устойчивость к износу и др.
Марганец улучшает пластичность, износостойкость и прокаливаемость стали. Последнее достигается путем закалки, где марганец стабилизирует процесс, снижая риск образования дефектов.
Также он препятствует образованию вредных сульфидов железа, повышая прочность при высоких температурах.
Столовые приборы из нержавейки защищают от привкуса ржавчины
Главная функция никеля — повышение пластичности и стойкости к коррозии в сочетании с другими элементами, в первую очередь с хромом. При содержании хрома около 18%, а никеля — 8%, получается особо прочная нержавеющая сталь.
Кремний — это металлоид, элемент с промежуточными свойствами между металлами и неметаллами. Он повышает прочность и придает упругость, что особенно важно для пружин. Кроме того, кремний существенно увеличивает магнитные свойства металла, что востребовано в электротехнических сталях для трансформаторов и двигателей.
Титан повышает прочность и стойкость к коррозии, а также ограничивает размер зерна аустенита.
Образование карбидов ванадия сдерживает рост зерна, что положительно сказывается на пластичности материала.
Ванадий также повышает прочность, твердость, износостойкость и устойчивость к ударным нагрузкам. Однако его содержание должно быть невысоким, иначе свойства материала ухудшаются.
Молибден особенно важен для сталей, работающих при высоких температурах. Он улучшает механические свойства, повышает стойкость к коррозии и усиливает действие других легирующих элементов.
Чугун — это сплав железа и углерода с содержанием углерода от 1,5 до 4%. Кроме того, в составе присутствуют кремний, марганец, сера и фосфор.
Несмотря на хрупкость, чугун отличается высокой твердостью и износостойкостью. Окончательная форма изделия из чугуна достигается путем литья, что требует минимальной доработки и позволяет получать изделия нужной формы.
Свойства чугуна:
Цветные металлы не содержат железа. Они мягче и поэтому более пластичны. Применяются как в промышленности, так и для эстетических целей: драгоценные металлы, такие как золото и серебро, также относятся к цветным. На самом деле, все чистые металлы, кроме чистого железа, являются цветными.
Преимущества цветных металлов делают их востребованными во многих отраслях вместо железа и стали.
Свойства цветных металлов:
Далее приведем информацию о каждом металле и его свойствах. Примеры цветных металлов:
При окислении медь зеленеет
Медь широко используется в промышленности. Если добавить к этому сплавы латунь (медь и цинк) и бронзу (медь и олово), становится ясно, насколько многогранно ее применение. Для инженеров наиболее известны подшипники скольжения и втулки.
Помимо этого, свойства меди и ее сплавов позволяют использовать их еще шире:
С инженерной точки зрения это очень важный и особый металл. В повседневной жизни его используют реже из-за цены, однако сочетание малой массы и отличной обрабатываемости делает алюминий незаменимым в яхтах, самолетах и автокомпонентах.
Алюминий — основа многих сплавов. Наиболее известные марки алюминия — дюралюминий, Y-сплав и магналий.
Свойства алюминия:
Лазерная резка алюминия требует опыта и специализированного оборудования. Поэтому выбирайте подрядчика для производства тщательно.
Для многих свинец ассоциируется с пулями (современные — уже без свинца) и бензином (маркировка «безсвинцовый»). Изначально свинец добавлялся в топливо для снижения детонации двигателя, однако впоследствии выяснилось, что он крайне вреден для здоровья при испарении.
То же самое касается и пуль: сотрудники тиров часто имеют проблемы со здоровьем из-за свинца. Почему же его добавляли? Потому что свинец — самый тяжелый распространенный металл. Благодаря низкой химической активности его используют в аккумуляторах, силовых кабелях, кислотных баках и водопроводных трубах.
Свойства свинца:
Сам по себе цинк мало известен широкой публике, однако как легирующий элемент он очень востребован. Основное применение — оцинковка стали во многих отраслях. Оцинковка существенно повышает стойкость материалов к коррозии.
