Čelik je uglavnom gvožđe i legura ugljenika sa određenim dodatnim elementima. Proces legiranja se koristi za promjenu hemijskog sastava čelika i poboljšanje njegovih svojstava preko ugljeničnog čelika ili ih prilagođava zahtjevima određene primjene.
Prednosti agenata za legiranje legura:
Različiti elementi za legiranje svaki imaju svoj efekat na osobine čelika. Neke od osobina koje se mogu poboljšati legiranjem uključuju:
- Stabilizacija austenita : Elementi kao što su nikl , mangan , kobalt i bakar povećavaju temperaturne opsege u kojima postoji austenit.
- Stabilizacija ferita : Hrom , volfram , molibden , vanadijum, aluminijum i silicijum može imati efekat smanjenja rastvorljivosti ugljenika u austenitu. Ovo rezultira povećanjem količine karbida u čeliku i smanjuje temperaturni opseg u kojem postoji austenit.
- Formiranje karbida : Mnogi minorni metali, uključujući hrom , volfram, molibden, titan , niobijum, tantal i cirkonijum, formiraju jake karbide koji - u čeliku - povećavaju čvrstoću i čvrstoću. Takvi čestici se često koriste za čelika visoke brzine i vrućeg radnog alata.
- Grafitizacija : Silicijum, nikal, kobalt i aluminijum mogu smanjiti stabilnost karbida u čeliku, promovišući njihov raspad i formiranje slobodnog grafita.
- Smanjenje koncentracije eutektoida : Titanium, molibden, volfram, silicijum, hrom i nikal sve snižavaju koncentraciju ugljenika u eutectoidu.
- Povećati otpornost na koroziju : Aluminijum, silicijum i hrom čine zaštitne oksidne slojeve na površini čelika, čime se zaštiti metal od daljeg pogoršanja u određenim sredinama.
Zajednički čelični legure:
Ispod se nalazi lista najčešćih elemenata za legiranje i njihov uticaj na čelik (standardni sadržaj u zagradama):
- Aluminijum (0.95-1.30%): Deoksidizator. Koristi se za ograničavanje rasta austenitnih zrna.
- Boron (0.001-0.003%): Sredstvo za otvrdnjavanje koje poboljšava deformabilnost i mašinost. Boron se dodaje u potpunosti ubijen čelik i samo je potrebno dodati u vrlo malim količinama da ima efekt očvršćavanja. Dodaci boora su najefikasniji kod čelika sa niskim sadržajem ugljenika.
- Hrom (0,5-18%): Ključna komponenta nerđajućih čelika. Sa sadržajem od preko 12%, hrom značajno poboljšava otpornost na koroziju. Metala takođe poboljšavaju otvrdnjavanje, čvrstoću, reakciju na toplotnu obradu i otpornost na habanje.
- Kobalt : Poboljšava snagu pri visokim temperaturama i magnetnoj propustljivosti.
- Bakar (0,1-0,4%): Najčešće se nalazi kao rezidualni agens u čeliku, a bakar se takođe dodaje kako bi se proizvele osobine kaljenosti padavina i povećala otpornost na koroziju.
- Olovo : Iako praktično nerastvorljiv u tečnom ili čvrstom čeliku, olovo se ponekad dodaju u ugljenični čelik mehaničkom disperzijom tokom sipanja, kako bi se poboljšala mašinska sposobnost.
- Mangan (0,25-13%): Povećava čvrstoću na visokim temperaturama eliminišući stvaranje sulfidnih gvožđa. Mangan takođe poboljšava otvrdnjavanje, duktilnost i otpornost na habanje. Kao i nikal, mangan je element austenitnog formiranja i može se koristiti u AISI 200 seriji austenitnih nerđajućih čelika kao zamena za nikl.
- Molibden (0,2-5,0%): Pronađeno u malim količinama od nerđajućih čelika, molibden povećava otvrdnjavanje i čvrstoću, naročito pri visokim temperaturama. Često se koristi u hrustovim niklovim austenitnim čelika, molibden štiti od pukotine korozije uzrokovane hloridima i sumpornim hemikalijama.
- Nikal (2-20%): Još jedan legirni element kritičan za nerđajuće čelike, nikal se dodaje sa preko 8% sadržaja u visoki hrom nerđajući čelik. Nikl povećava čvrstoću, jačinu udarca i žilavost, a takođe poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju. Takođe povećava žilavost pri niskim temperaturama kada se dodaju u malim količinama.
- Niobium : Ima prednost stabilizacije ugljenika formiranjem tvrdih karbida i, tako, često se nalazi u visokotemperaturnim čelika. U malim količinama, niobijum može značajno povećati snagu prinosa i, u manjoj meri, zateznu čvrstoću čelika, kao i imati umerene padavine koje učvršćuju efekat.
- Azot : Povećava austenitsku stabilnost nerđajućih čelika i poboljšava jačinu prinosa u takvim čelika.
- Fosfor: Fosfor se često dodaje sa sumporom kako bi se poboljšala obradivost u nisko legiranim čelikama. Takođe dodaje snagu i povećava otpornost na koroziju.
- Selen : Povećava mašinsku sposobnost.
- Silicijum (0,2-2,0%): Ovaj metaloid poboljšava čvrstoću, elastičnost, otpornost na kiseline i rezultira većim veličinama zrna, čime se dovodi do veće magnetske propustljivosti. S obzirom da se silikon koristi u sredstvima za deoksidaciju u proizvodnji čelika , skoro se uvek nalazi u nekim procentima u svim kategorijama čelika.
- Sumpor (0.08-0.15%): Dodano u malim količinama, sumpor poboljšava obradivost bez nastanka vruće kratkosti. Uz dodavanje mangana topla kratkost se dodatno smanjuje usled činjenice da mangan sulfid ima višu tačku topljenja nego gvozdeni sulfid.
- Titan : Poboljšava otpor snage i korozije dok ograničava veličinu zrna austenita. Sa sadržajem titana od 0.25-0.60%, ugljenik kombinira sa titanom, omogućavajući hromu da ostane na granicama zrna i da se odupre oksidaciji.
- Volfram : Proizvede stabilne karbide i prečišćava veličinu zrna kako bi povećala tvrdoću, posebno na visokim temperaturama.
- Vanadijum (0,15%): Kao titan i niobijum, vanadijum može proizvesti stabilne karbide koji povećavaju snagu na visokim temperaturama. Podsticanjem fine strukture zrna, duktilnost se može zadržati.
- Cirkonijum (0.1%): Povećava snagu i ograničava veličinu zrna. Snaga se može značajno povećati pri veoma niskim temperaturama (ispod smrzavanja). Čelije koje sadrže cirkonijum do približno 0,1% sadržaja će imati manje veličine zrna i otporne na frakturu.
Izvori: SubsTech. Supstance i tehnologija. Efekat legura legura na čelične osobine. (www.substech.com) Chase Alloys. Efekti legura legura u čeliku. (www.chasealloys.co.uk)
Pratite Terence na Google+