oțelurile

oțelurile sunt aliaje de fier–carbon care pot conține concentrații apreciabile de alte elemente de aliere. Adăugarea unei cantități mici de carbon nemetalic la fier meserii sale mare ductilitate pentru o mai mare ductilitate. Datorită rezistenței sale foarte mari, dar totuși tenacitate substanțială și capacității sale de a fi modificat foarte mult prin tratament termic, oțelul este unul dintre cele mai utile și comune aliaje feroase în utilizarea modernă., Există mii de aliaje care au diferite compoziții și/sau tratamente termice. Proprietățile mecanice sunt sensibile la conținutul de carbon, care este în mod normal mai mic de 1,0% wt. Conform clasificării ot AISI, oțelul carbon este împărțit în patru clase pe baza conținutului de carbon.,

Tipuri de Oțeluri – Clasificare în funcție de Compoziția

• 

  oțel. Oțelurile sunt aliaje de fier-carbon care pot conține concentrații apreciabile de alte elemente de aliere., Adăugarea unei cantități mici de carbon nemetalic la fier meserii sale mare ductilitate pentru o mai mare rezistență. Datorită rezistenței sale foarte mari, dar totuși tenacitate substanțială și capacității sale de a fi modificat foarte mult prin tratament termic, oțelul este unul dintre cele mai utile și comune aliaje feroase în utilizarea modernă. Există mii de aliaje care au diferite compoziții și/sau tratamente termice. Proprietățile mecanice sunt sensibile la conținutul de carbon, care este în mod normal mai mic de 1,0% wt., Conform clasificării ot AISI, oțelul carbon este împărțit în patru clase pe baza conținutului de carbon:

  • oțeluri cu conținut scăzut de carbon. Oțelul cu conținut scăzut de carbon, cunoscut și sub denumirea de oțel moale, este acum cea mai comună formă de oțel, deoarece prețul său este relativ scăzut, în timp ce oferă proprietăți materiale acceptabile pentru multe aplicații. Oțelul cu conținut scăzut de carbon conține aproximativ 0,05–0,25% carbon, ceea ce îl face maleabil și ductil. Oțelul moale are o rezistență relativ scăzută la tracțiune, dar este ieftin și ușor de format; duritatea suprafeței poate fi mărită prin carburizare.
  • oțeluri cu carbon mediu., Oțelul cu conținut mediu de carbon are un conținut de carbon de aproximativ 0,3–0,6%. Echilibrează ductilitatea și rezistența și are o bună rezistență la uzură. Acest tip de oțel este utilizat mai ales în producția de componente de mașini, arbori, axe, angrenaje, arbori cotiți, cuplaje și piese forjate și ar putea fi, de asemenea, utilizat în șine și roți de cale ferată.
  • oțeluri cu conținut ridicat de carbon. Oțelul cu conținut ridicat de carbon are un conținut de carbon de aproximativ 0,60 până la 1,00%. Duritatea este mai mare decât celelalte grade, dar ductilitatea scade. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon ar putea fi utilizate pentru arcuri, fire de frânghie, ciocane, șurubelnițe și chei.,
  • oțeluri cu conținut ridicat de carbon. Oțelul cu conținut ridicat de carbon are un conținut de carbon de aproximativ 1,25–2,0%. Oțeluri care pot fi temperate la duritate mare. Acest tip de oțel ar putea fi utilizat pentru produse din oțel dur, cum ar fi arcuri pentru camioane, unelte de tăiere a metalelor și alte scopuri speciale, cum ar fi cuțite, osii sau pumni. Majoritatea oțelurilor cu conținut de carbon mai mare de 2,5% sunt fabricate folosind metalurgia pulberilor.
• oțeluri aliate., Oțelul este un aliaj de fier și carbon, dar termenul de oțel aliat se referă de obicei doar la oțelurile care conțin alte elemente— cum ar fi vanadiu, molibden sau cobalt—în cantități suficiente pentru a modifica proprietățile oțelului de bază. În general, oțelul aliat este oțel care este aliat cu o varietate de elemente în cantități totale cuprinse între 1,0% și 50% în greutate pentru a-și îmbunătăți proprietățile mecanice. Oțelurile aliate sunt împărțite în două grupe:
  • oțelurile slab aliate.
  • oțeluri aliate.
• oțel inoxidabil., Oțelurile inoxidabile sunt definite ca oțeluri cu conținut scăzut de carbon, cu cel puțin 10% crom, cu sau fără alte elemente de aliere. Rezistența și rezistența la coroziune îl fac adesea materialul ales în echipamentele de transport și prelucrare, piesele motorului și armele de foc. Cromul crește duritatea, rezistența și rezistența la coroziune. Nichelul oferă beneficii similare, dar adaugă duritate fără a sacrifica ductilitatea și duritatea. De asemenea, reduce dilatarea termică pentru o mai bună stabilitate dimensională.,

Aliaje de Titan

titan Pur este mai puternică decât comune, cu emisii reduse de carbon oțeluri, dar 45% mai ușoare. De asemenea, este de două ori mai puternic decât aliajele de aluminiu slab, dar numai cu 60% mai greu. Cele două proprietăți cele mai utile ale metalului sunt rezistența la coroziune și raportul rezistență-densitate, cea mai mare dintre orice element metalic. Rezistența la coroziune a aliajelor de titan la temperaturi normale este neobișnuit de ridicată. Rezistența la coroziune a titanului se bazează pe formarea unui strat de oxid stabil și protector., Deși titanul „pur comercial” are proprietăți mecanice acceptabile și a fost utilizat pentru implanturi ortopedice și dentare, pentru majoritatea aplicațiilor titanul este aliat cu cantități mici de aluminiu și vanadiu, de obicei 6% și respectiv 4% din greutate. Acest amestec are o solubilitate solidă care variază dramatic cu temperatura, permițându-i să se supună întăririi precipitațiilor.aliajele de titan sunt metale care conțin un amestec de titan și alte elemente chimice. Astfel de aliaje au o rezistență foarte mare la tracțiune și duritate (chiar și la temperaturi extreme)., Ele sunt ușoare în greutate, au o rezistență extraordinară la coroziune și capacitatea de a rezista la temperaturi extreme.

gradul 2

Titan pur comercial gradul 2 este foarte similar cu gradul 1, dar are o rezistență mai mare decât gradul 1 și proprietăți excelente de formare la rece. Oferă proprietăți excelente de sudare și are o rezistență excelentă la oxidare și coroziune. Acest grad de titan este cel mai frecvent grad al industriei de titan pur comercial., Este prim alegere pentru multe domenii de aplicatii:

• industria Aerospațială,
• Auto,
• Prelucrarea Chimică & Clorat de Fabricație,
• Desalinizare
• generarea de Energie

Clasa a 5 – Ti-6Al-4V

Clasa a 5 este cel mai folosit aliaj și este un alfa + beta aliaj. Aliaj de gradul 5 reprezintă 50% din utilizarea totală a titanului din întreaga lume. Are o compoziție chimică de 6% aluminiu, 4% vanadiu, 0,25% (maxim) fier, 0,2% (maxim) oxigen și restul Titan., În general, Ti-6Al-4V este utilizat în aplicații de până la 400 de grade Celsius. Are o densitate de aproximativ 4420 kg / m3. Este semnificativ mai puternic decât titanul pur comercial (clasele 1-4) datorită posibilității sale de a fi tratat termic., Acest grad este o combinație excelentă de rezistenta, rezistenta la coroziune, sudură și fabricability este prim alegere pentru multe domenii de aplicații:

• Aeronave turbine
• componente de Motoare
• Aeronave componente structurale
• industria Aerospațială elemente de fixare
• de Înaltă performanță automată piese
• aplicații Marine

Aplicarea unor Aliaje de Titan – Folosește

Cele două proprietăți utile de metal sunt rezistența la coroziune și rezistență-pentru a-densitatea raport, cea mai mare din orice element metalic., Rezistența la coroziune a aliajelor de titan la temperaturi normale este neobișnuit de ridicată. Aceste proprietăți determină aplicarea titanului și a aliajelor sale. Cea mai veche aplicație de producție a titanului a fost în 1952, pentru nacelele și firewall-urile avionului Douglas DC-7. Rezistența specifică ridicată, rezistența la oboseală bună și durata de viață a fluajului și duritatea bună a fracturilor sunt caracteristici care fac din titan un metal preferat pentru aplicațiile aerospațiale., Aplicațiile aerospațiale, inclusiv utilizarea atât a componentelor structurale (ale corpului aeronavei), cât și a motoarelor cu reacție, reprezintă în continuare cea mai mare pondere a utilizării aliajelor de titan. Pe aeronava supersonică SR-71, titanul a fost utilizat pentru 85% din structură. Datorită inerției foarte mari, Titanul are multe aplicații biomedicale, care se bazează pe inerția sa în corpul uman, adică rezistența la coroziune a fluidelor corporale.,proprietățile materialului sunt proprietăți intensive, ceea ce înseamnă că sunt independente de cantitatea de masă și pot varia de la un loc la altul în cadrul sistemului în orice moment. Baza științei materialelor implică studierea structurii materialelor și corelarea acestora cu proprietățile lor (mecanice, electrice etc.).). Odată ce un om de știință de materiale știe despre această corelație structură-proprietate, ei pot continua apoi să studieze performanța relativă a unui material într-o anumită aplicație., Factorii determinanți majori ai structurii unui material și, prin urmare, a proprietăților sale sunt elementele sale chimice constitutive și modul în care acesta a fost prelucrat în forma sa finală.densitatea oțelului vs Titan densitatea oțelului tipic este de 8,05 g / cm3.densitatea aliajului tipic de titan este de 4,43 g/cm3 (Ti-6Al-4V).densitatea este definită ca masa pe unitatea de volum., Este o proprietate intensivă, care este definită matematic ca masă împărțită la volum:

ρ = M/V

în cuvinte, densitatea (ρ) a unei substanțe este masa totală (m) a acelei substanțe împărțită la volumul total (V) ocupat de acea substanță. Unitatea standard SI este de kilograme pe metru cub (kg/m3). Unitatea engleză Standard este masa de lire sterline pe picior cubic (LBM / ft3).,deoarece densitatea (ρ) a unei substanțe este masa totală (m) a acelei substanțe împărțită la volumul total (V) ocupat de acea substanță, este evident că densitatea unei substanțe depinde puternic de masa sa atomică și, de asemenea, de densitatea numărului atomic (n; atomi/cm3),

• masa atomică. Masa atomică este purtată de nucleul atomic, care ocupă doar aproximativ 10-12 din volumul total al atomului sau mai puțin, dar conține toată sarcina pozitivă și cel puțin 99,95% din masa totală a atomului. Prin urmare, este determinată de numărul de masă (Numărul de protoni și neutroni).,
• densitatea numărului Atomic. Densitatea numărului atomic (n; atomi/cm3), care este asociată cu razele atomice, este numărul de atomi de un tip dat pe unitatea de volum (V; cm3) a materialului. Numărul atomic densitatea (N; atomi/cm3) de un material pur având atomică sau moleculară (M; g/mol) și densitatea materialului (⍴; gram/cm3) este calculat cu ușurință din următoarea ecuație folosind numărul lui Avogadro (NA = 6.022×1023 atomi sau molecule pe mol):
• Structura de Cristal., Densitatea substanței cristaline este afectată semnificativ de structura sa cristalină. Structura FCC, împreună cu ruda hexagonală (hcp), are cel mai eficient factor de ambalare (74%). Metalele care conțin structuri FCC includ austenită, aluminiu, cupru, plumb, argint, aur, nichel, platină și toriu.

proprietățile mecanice ale oțelului vs Titan

materialele sunt frecvent alese pentru diverse aplicații, deoarece au combinații dorite de caracteristici mecanice., Pentru aplicațiile structurale, proprietățile materialelor sunt cruciale, iar inginerii trebuie să le ia în considerare.în Mecanica Materialelor, rezistența unui material este capacitatea sa de a rezista la o sarcină aplicată fără eșec sau deformare plastică. Rezistența materialelor ia în considerare, în principiu, relația dintre sarcinile externe aplicate unui material și deformarea rezultată sau modificarea dimensiunilor materialului. Rezistența unui material este capacitatea sa de a rezista acestei sarcini aplicate fără eșec sau deformare plastică.,

rezistența la tracțiune finală

rezistența la tracțiune finală a oțelului cu conținut scăzut de carbon este cuprinsă între 400 – 550 mpa.rezistența la tracțiune finală a oțelului cu conținut ridicat de carbon este de 1100 mpa.rezistența la tracțiune finală a aliajului de titan Ti-6Al-4V 5 este de aproximativ 1170 mpa.

rezistența la tracțiune finală este maximă pe curba de stres-tulpina de inginerie. Aceasta corespunde stresului maxim care poate fi susținut de o structură în tensiune. Rezistența la tracțiune finală este adesea scurtată la” rezistența la tracțiune „sau chiar la” final.,”Dacă acest stres este aplicat și menținut, va rezulta fractura. Adesea, această valoare este semnificativ mai mare decât stresul de randament (cu 50 până la 60% mai mult decât randamentul pentru anumite tipuri de metale). Atunci când un material ductil atinge puterea sa finală, se confruntă cu gâtul în care zona secțiunii transversale se reduce local. Curba de stres-tulpina nu conține stres mai mare decât puterea finală. Chiar dacă deformările pot continua să crească, stresul scade, de obicei, după ce puterea finală a fost atinsă., Este o proprietate intensivă, prin urmare valoarea sa nu depinde de dimensiunea specimenului de testare. Cu toate acestea, depinde de alți factori, cum ar fi pregătirea specimenului, prezența sau nu a defectelor de suprafață și temperatura mediului de testare și a materialului. Rezistențele finale la tracțiune variază de la 50 MPa pentru un aluminiu până la 3000 MPa pentru oțelurile cu rezistență foarte mare.

rezistența la curgere

rezistența la curgere a oțelului cu conținut scăzut de carbon este de 250 mpa.rezistența la curgere a oțelului cu conținut ridicat de carbon este de 800 mpa.,

rezistența la curgere a aliajului de titan Ti-6Al-4V – Grad 5 este de aproximativ 1100 mpa.

punctul de randament este punctul de pe o curbă de tensiune-tulpină care indică limita comportamentului elastic și comportamentul plastic de început. Rezistența la curgere sau stresul la curgere este proprietatea materialului definită ca stresul la care un material începe să se deformeze plastic, în timp ce punctul de curgere este punctul în care începe deformarea neliniară (elastică + plastică). Înainte de punctul de curgere, materialul se va deforma elastic și va reveni la forma inițială atunci când stresul aplicat este îndepărtat., Odată ce punctul de randament este trecut, o parte din deformare va fi permanentă și non-reversibilă. Unele oțeluri și alte materiale prezintă un comportament numit fenomen de punct de randament. Rezistența la randament variază de la 35 MPa pentru un aluminiu cu rezistență redusă la mai mult de 1400 MPa pentru oțelurile cu rezistență foarte mare.

modulul de elasticitate al lui Young

modulul de elasticitate al oțelului cu conținut scăzut de carbon este de 200 GPa.

modulul de elasticitate al aliajului de titan Ti-6Al-4V 5 este de aproximativ 114 GPa.,

modulul de elasticitate al lui Young este modulul elastic pentru tensiunea de tracțiune și compresiune în regimul de elasticitate liniară a unei deformări uniaxiale și este de obicei evaluat prin teste de tracțiune. Până la un stres limitativ, un corp va putea să-și recupereze dimensiunile la îndepărtarea încărcăturii. Tensiunile aplicate determină ca atomii dintr-un cristal să se deplaseze din poziția lor de echilibru. Toți atomii sunt deplasați în aceeași cantitate și își mențin în continuare geometria relativă. Când tensiunile sunt îndepărtate, toți atomii se întorc în pozițiile lor inițiale și nu apare o deformare permanentă., Conform legii lui Hooke, stresul este proporțional cu tulpina (în regiunea elastică), iar panta este modulul lui Young. Modulul lui Young este egal cu stresul longitudinal împărțit de tulpină.

Duritate de Oțel vs Titan

duritatea Brinell de low-carbon steel este de aproximativ 120 MPa.duritatea Brinell a oțelului cu conținut ridicat de carbon este de aproximativ 200 mpa.duritatea Rockwell a aliajului de titan Ti-6Al-4V – Grad 5 este de aproximativ 41 HRC.,

testul de duritate Rockwell este unul dintre cele mai frecvente teste de duritate a indentării, care a fost dezvoltat pentru testarea durității. Spre deosebire de testul Brinell, testerul Rockwell măsoară adâncimea de penetrare a unui indenter sub o sarcină mare (sarcină majoră) în comparație cu penetrarea făcută printr-o preîncărcare (sarcină minoră). Sarcina minoră stabilește poziția zero. Se aplică sarcina majoră, apoi se îndepărtează în timp ce se menține sarcina minoră., Diferența dintre adâncimea de penetrare înainte și după aplicarea sarcinii majore este utilizată pentru a calcula numărul de duritate Rockwell. Adică adâncimea de penetrare și duritatea sunt invers proporționale. Avantajul principal al durității Rockwell este capacitatea sa de a afișa direct valorile durității. Rezultatul este un număr fără dimensiuni notat ca HRA, HRB, HRC etc., unde ultima literă este scara Rockwell respectivă.testul Rockwell C este efectuat cu un penetrator Brale (con de diamant de 120°) și o sarcină majoră de 150 kg.,proprietățile termice ale materialelor se referă la răspunsul materialelor la schimbările de temperatură și la aplicarea căldurii. Pe măsură ce un solid absoarbe energia sub formă de căldură, temperatura crește și dimensiunile sale cresc. Dar diferite materiale reacționează diferit la aplicarea căldurii.capacitatea termică, dilatarea termică și conductivitatea termică sunt proprietăți care sunt adesea critice în utilizarea practică a solidelor.

punctul de topire al oțelului față de titan

punctul de topire al oțelului cu conținut scăzut de carbon este de aproximativ 1450°C.,punctul de topire al aliajului de titan Ti-6Al-4V 5 este de aproximativ 1660°C. În general, topirea este o schimbare de fază a unei substanțe din faza solidă în cea lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care are loc această schimbare de fază. Punctul de topire definește, de asemenea, o condiție în care solidul și lichidul pot exista în echilibru.conductivitatea termică a oțelului față de titan

conductivitatea termică a oțelului tipic este de 20 W/(m.K).conductivitatea termică a aliajului de titan Ti-6Al-4V – Grad 5 este de 6,7 W / (m.K).,caracteristicile transferului de căldură ale unui material solid sunt măsurate printr-o proprietate numită conductivitate termică, k (sau λ), măsurată în W/M.K. este o măsură a capacității unei substanțe de a transfera căldura printr-un material prin conducere. Rețineți că legea lui Fourier se aplică pentru toate materiile, indiferent de starea sa (solid, lichid sau gaz), prin urmare, este definită și pentru lichide și gaze.conductivitatea termică a majorității lichidelor și solidelor variază în funcție de temperatură. Pentru vapori, depinde și de presiune., În general:

majoritatea materialelor sunt foarte aproape omogene, de aceea putem scrie de obicei k = k (T). Definiții similare sunt asociate cu conductivitățile termice în direcțiile y și z (ky, kz), dar pentru un material izotropic conductivitatea termică este independentă de direcția de transfer, kx = ky = kz = k.