Hoe het gewicht van plaatmetaal berekenen: Essentiële formules
Heb je je ooit afgevraagd hoe je snel het gewicht van plaatstaal kunt berekenen? Dit artikel onthult een eenvoudige formule die...
Koolstofstaal en gelegeerd staal
Koolstofstaal
(1) Classificatie van koolstofstaal
1) Koolstofstaal kan worden onderverdeeld in twee hoofdtypen op basis van de toepassing: koolstof constructiestaal en koolstof gereedschapsstaal.
Koolstofstaal wordt gebruikt voor de productie van diverse technische constructies en machineonderdelen. Het koolstofstaal dat gebruikt wordt voor technische constructies is meestal koolstofstaal met een laag koolstofgehalte, dat uitstekend lasbaar is en meestal geen warmtebehandeling ondergaat, omdat het in warmgewalste toestand wordt gebruikt.
Koolstofstaal voor machineonderdelen bevat meestal minder dan 0,6% koolstof per gewicht en heeft goede mechanische eigenschappen, waarvoor warmtebehandeling nodig is voor gebruik.
Koolstofgereedschapsstaal wordt gebruikt om verschillende snijgereedschappen, meetgereedschappen en mallen te maken. Het heeft een hoger koolstofgehalte en vertoont na de juiste warmtebehandeling een hoge sterkte, hardheid en slijtvastheid.
2) Op basis van het koolstofgehalte kan koolstofstaal worden onderverdeeld in drie categorieën:
- Koolstofarm staal: C<0,25%;
- Staal met gemiddelde koolstof: C=0,25% tot 0,60%;
- Koolstofrijk staal: C>0,60%.
3) Volgens de verschillende kwaliteitspercentages zwavel (S) en fosfor (P) kan koolstofstaal worden ingedeeld in vier kwaliteiten:
- Gewoon staal: S≤0.050%, P≤0.045%;
- Kwaliteitsstaal: S≤0.035%, P≤0.035%;
- Hoogwaardig kwaliteitsstaal: S≤0.020%, P≤0.030%;
- Eersteklas kwaliteit staal: S≤0.015%, P≤0.025%.
4) Indeling naar smeltmethode.
Volgens het type oven dat wordt gebruikt voor het smelten, kan koolstofstaal worden onderverdeeld in open haard staal, convertorstaal en elektroovenstaal. Op basis van het desoxidatieproces tijdens het smelten kan koolstofstaal ook worden ingedeeld in gedood staal, half gedood staal, omrand staal en speciaal gedood staal.
Koolstofstaalsoorten, eigenschappen en toepassingen
1) Algemeen koolstof constructiestaal. Ook bekend als koolstof constructiestaal, is de kwaliteit samengesteld uit de letter die de vloeigrens (Q) weergeeft, de numerieke waarde van de vloeigrens, symbolen voor de kwaliteitsklasse en symbolen voor deoxidatiemethode, in die volgorde, zoals Q235AF. Voorbeelden van kwaliteiten, chemische samenstellingen, mechanische eigenschappen en toepassingen van algemeen koolstofstaal voor constructiedoeleinden zijn te vinden in Tabel 1-5.
2) Kwaliteit koolstofstaal. De kwaliteit van koolstofhoudend constructiestaal van hoge kwaliteit wordt aangeduid met twee cijfers die het gemiddelde koolstofgehalte in het staal weergeven als een percentage met tienduizendsten.
Staal 45 geeft bijvoorbeeld een koolstofhoudend constructiestaal van hoge kwaliteit aan met een gemiddeld koolstofgehalte van 0,45%. Voorbeelden van kwaliteiten, chemische samenstellingen, mechanische eigenschappen en toepassingen van koolstofstaal van hoge kwaliteit voor constructiedoeleinden zijn te vinden in Tabel 1-6.
Tabel 1-5: Kwaliteiten, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingsvoorbeelden voor algemeen koolstofhoudend constructiestaal
| Rang | Niveau | Chemische samenstelling (%) niet groter dan | Desoxidatie Methode | Mechanische eigenschappen | Voorbeeld van gebruik | ||||||
| Wc | WMn | Wsi | Ws | Wp | σs/MPa | σb/MPa | δ5 (%) | ||||
| Q195 | -- | 0.12 | 0.5 | 0.3 | 0.040 | 0.035 | F, Z | 195 | 315~430 | 33 | Structurele onderdelen die kleine lasten dragen (zoals klinknagels, sluitringen, ankerbouten, splitpennen, trekstangen, wapeningsstaven met schroefdraad, enz. |
| Q215 | A | 0.15 | 1.2 | 0.35 | 0.050 | 0.045 | F, Z | 215 | 335~450 | 31 | |
| B | 0.045 | ||||||||||
| Q235 | A | 0.22 | 1.4 | 0.35 | 0.050 | 0.045 | F, Z | 235 | 370~500 | 26 | De dunne platen, de profielen, de bouten, de noten, de klinknagels, de trekstangen, de toestellen, de schachten, de verbindingsstangen, enz., Q235C, Q235D kunnen als belangrijke gelaste structurele componenten worden gebruikt |
| B | 0.20 | 0.045 | |||||||||
| C | 0.17 | 0.040 | 0.040 | Z | |||||||
| D | 0.035 | 0.035 | TZ | ||||||||
| Q275 | A | 0.24 | 1.5 | 0.35 | 0.050 | 0.045 | F, Z | 275 | 410~540 | 22 | Onderdelen met gemiddelde belasting, zoals sleutels, kettingen, trekstangen, roterende assen, tandwielenbouten en wapening met schroefdraad, enz. |
| B | 0.21 | 0.045 | Z | ||||||||
| C | 0.2 | 0.040 | 0.040 | Z | |||||||
| D | 0.035 | 0.035 | TZ | ||||||||
Opmerking:
1. Symbolen in de tabel: A, B, C, D staan voor kwaliteitsklassen; F staat voor kokend staal; Z staat voor gedood staal; TZ staat voor speciaal gedood staal.
2. δ₅ geeft aan dat de lengte van het trekproefstuk vijf keer de diameter is, dus L 0 =5d0 .
Tabel 1-6: Kwaliteiten, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingsvoorbeelden van hoogwaardig koolstofstaal voor constructiedoeleinden
| Rang | Chemische samenstelling (%) | Mechanische eigenschappen (niet minder dan) | Voorbeeld van gebruik | |||||||
| Wc | WSi | WMn | σb/MPa | σs/MPa | δ(%) | ψ (%) | HBW (Warmgewalst) | dK (J/m²) | ||
| 08 10 | 0.05~0.11 0.07~0.13 | 0.17~0.37 0.17~0.37 | 0.35~0.65 0.35~0.65 | 325 335 | 195 205 | 33 31 | 60 55 | 131 137 | Diverse vormen van stempels, trekstangen, pakkingen, enz. | |
| 20 | 0.17~0.23 | 0.17~0.37 | 0.35~0.65 | 410 | 245 | 25 | 55 | 156 | Bindstangen, hefringen, haken, enz. | |
| 35 | 0.32~0.39 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | 530 | 315 | 20 | 45 | 197 | Assen, bouten, moeren, enz. | |
| 40 45 | 0.39~0.44 0.42~0.50 | 0.17~0.37 0.17~0.37 | 0.50~0.80 0.50~0.80 | 570 600 | 335 355 | 19 16 | 45 40 | 217 229 | 6×105 5×105 | Tandwielen, krukassen, drijfstangen, koppelingen, assen, enz. |
| 60 65 | 0.57~0.65 0.62~0.70 | 0.17~0.37 0.17~0.37 | 0.50~0.80 0.50~0.80 | 675 710 | 400 420 | 12 10 | 35 30 | 255 255 | Veren, veerringen, enz. | |
3) Koolstof gereedschapsstaal.
De kwaliteiten van koolstofgereedschapsstaal worden aangeduid met de letter T gevolgd door een nummer. De letter T staat voor carbon gereedschapsstaal, terwijl het getal het gemiddelde koolstofgehalte in het staal aangeeft, uitgedrukt in duizendsten.
T10 staat bijvoorbeeld voor een koolstofgereedschapsstaal met een gemiddeld koolstofgehalte van 1,0%. Hoogwaardig koolstofgereedschapsstaal wordt aangeduid met een "A" na het rangnummer, zoals T10A. Zie Tabel 1-7 voor meer informatie over de kwaliteiten, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingen van koolstof gereedschapsstaal.
Tabel 1-7: Kwaliteiten, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingen van koolstofgereedschapsstaal
| Rang | Chemische samenstelling (%) | Warmtebehandeling Verwarmingstemperatuur/°C | Hardheid HRC | Voorbeeldgebruik | |||||
| Wc | WSi | WMn | WS | WP | Doven | Temperen | |||
| T7 | 0.65~0.74 | ≤0.40 | 800~820 (Water Quench) | 180~200 | 60~62 | Hamers, zagen, boren, beitels, enz. | |||
| T8 | 0.75~0.84 | ≤0.40 | 780~800 (Water Quench) | 180~200 | 60~62 | Stansen, houtbewerkingsgereedschap, enz. | |||
| T10 T10A | 0.95~1.04 | ≤0.35 | ≤0.40 | <0.03 | <0.035 | 760~780 (Water Quench) | 180~200 | 60~62 | Tappen, matrijzen, zaagbladen, schaafbladen, kleine ponsen, enz. |
| T13 T13A | 1.25~1.35 | ≤0.40 | 760~780 (Gedoofd in water) | 180~200 | 60~62 | Vijlen, meetgereedschap, schrapers, enz. | |||
Gelegeerd staal
Gelegeerd staal, een geavanceerde vorm van koolstofstaal, wordt verbeterd door toevoeging van bepaalde legeringselementen, waardoor het bruikbaarder en beter verwerkbaar wordt.
Veel toegevoegde legeringselementen zijn mangaan, silicium, chroom, nikkel, molybdeen, wolfraam, vanadium, titanium, boor en zeldzame aardelementen. Deze elementen kunnen de algemene mechanische eigenschappen, hardbaarheid, thermische stabiliteit en corrosiebestendigheid van het staal verbeteren.
(1) De rol van legeringselementen in staal
1) Versterking door vaste oplossing: De meeste legeringselementen kunnen in meer of mindere mate oplossen in ferriet, waardoor de sterkte en hardheid van staal toenemen terwijl de plasticiteit en taaiheid afnemen.
Sommige legeringselementen, zoals Mn, Cr en Ni, kunnen bij een juiste verhouding niet alleen het ferriet versterken, maar ook de taaiheid van het staal verbeteren, waardoor het uitstekende algemene mechanische eigenschappen krijgt.
2) Secundaire fase versterking: Als de affiniteit van het legeringselement met koolstof groter is dan die van ijzer met koolstof, kan het niet alleen oplossen in ferriet maar ook legeringscarbiden en carbiden vormen. Deze componenten hebben allemaal een hoge sterkte en stabiliteit, waardoor de sterkte, hardheid en slijtvastheid van staal toenemen.
3) Versterking van de korrelverfijning: Elementen zoals V, Ti, Nb, Zr die sterke carbiden vormen en Al, dat sterke nitriden vormt, kunnen stabiele carbide- en nitridedeeltjes vormen. Deze deeltjes remmen de groei van austenietkorrels en verfijnen ferrietkorrels. Fijnkorrelig staal heeft superieure mechanische eigenschappen, vooral in het aanzienlijk verbeteren van de taaiheid van het staal.
4) Het verhogen van de hardbaarheid van staal: Met uitzondering van Co kunnen alle legeringselementen die oplossen in austeniet de stabiliteit van supergekoeld austeniet verhogen, de isotherme transformatiecurve naar rechts verschuiven en de kritische koelsnelheid van het staal verlagen.
Daarom kan een grotere diepte van de verharde laag worden bereikt bij koeling in hetzelfde afschrikmedium, of wanneer dezelfde diepte van de verharde laag gewenst is, kan een afschrikmedium met een lagere koelcapaciteit worden gebruikt om de afschrikspanning in het werkstuk te verminderen, waardoor vervorming en barsten worden geminimaliseerd.
5) Verbetering van de hardingsweerstand van staal: Legeringselementen hebben een aanzienlijke invloed op het ontlaatproces van staal.
In het algemeen zorgen legeringselementen ervoor dat martensiet minder snel ontleedt tijdens het ontlaten, belemmeren ze de groei van carbide en verhogen ze de temperatuur waarbij deze transformaties optreden. Dit vertraagt de vermindering in staalhardheid als de hardingstemperatuur toeneemt, waardoor de hardingsweerstand toeneemt.
6) Staal bepaalde speciale eigenschappen geven: Wanneer een bepaalde hoeveelheid specifieke legeringselementen aan staal wordt toegevoegd, ondergaan de structuur en eigenschappen van het staal unieke veranderingen, wat resulteert in gelegeerd staal met speciale eigenschappen, zoals roestvrij staal, hittebestendig staal en slijtvast staal.
(2) Soorten gelegeerd staal
Gelegeerd staal kan worden gecategoriseerd als: constructiestaal, gereedschapsstaal en speciaal prestatiestaal, gebaseerd op het gebruik. Afhankelijk van het gehalte aan legeringselementen kan gelegeerd staal worden ingedeeld in laaggelegeerd staal (wM<5%), medium gelegeerd staal (wM=5%~10%) en hooggelegeerd staal (wM>10%).
(3) Benamingen, mechanische eigenschappen en toepassingen van gelegeerd constructiestaal
Onder structureel gelegeerd staal valt staal voor technische constructies en machinebouw. De benamingen van structureel gelegeerd staal zijn over het algemeen samengesteld uit de gemiddelde koolstofmassafractie (uitgedrukt in tienduizendsten) + symbool van het legeringselement + massafractie van het legeringselement (uitgedrukt in procenten), hoewel er uitzonderingen zijn.
Voorbeelden van veelgebruikte benamingen van constructiestaallegeringen, hun mechanische eigenschappen en toepassingen staan in Tabel 1-8.
Tabel 1-8: Voorbeelden van benamingen, mechanische eigenschappen en toepassingen van veelgebruikt constructiestaal met legering
| Staal Categorie | Rang | Temperatuur warmtebehandeling/°C | Mechanische eigenschappen | Voorbeeld van gebruik | |||
| Doven | Temperen | σb／MPa | σs／MPa | δ5（％） | |||
| Laag gelegeerd constructiestaal met hoge sterkte | Q345 Q390 | - | - | 510~660 530~680 | 345 390 | 22 20 | Bruggen, schepen, drukvaten enz. |
| Gelegeerd carboneerstaal | 20Cr 20CrMnTi | 880 (water, olie) 860 (olie) | 200 200 | 834 1079 | 539 834 | 10 10 | Tandwielen, zuigerpennen, versnellingsbakken voor auto's (tractoren), enz. |
| Gelegeerd Gedoofd en Getemperd Staal | 40Cr 35CrMo | 850 (Olie) 850 (Olie) | 500 550 | 1000 1000 | 800 850 | 9 12 | Gereedschapsspindels, krukassen, drijfstangen, tandwielen, enz. |
| Gelegeerd verenstaal | 60Si2Mn 50CrVA | 850 (Olie) 850 (Olie) | 480 500 | 981 1274 | 785 1127 | 5(δ10) 10(δ10) | Bladveren, spiraalveren, enz. op auto's (trekkers) |
1) Constructiestaal met een lage legering en hoge sterkte. Dit type staal is afgeleid van koolstofarm staal met toevoeging van een kleine hoeveelheid legeringselementen (wM <5%). Het wordt over het algemeen gebruikt in technische constructies en heeft een relatief lage sterkte, maar een uitstekende plasticiteit, taaiheid en lasbaarheid. Het is betaalbaar en wordt meestal gebruikt in warmgewalste toestand, maar ondergaat indien nodig een normaliserende behandeling om de sterkte te verbeteren.
Laaggelegeerd constructiestaal met hoge sterkte wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van bruggen, schepen, boilers, hogedrukvaten, oliepijpleidingen en grote staalconstructies.
2) Gelegeerd gecarboneerd staal. Gelegeerd gecarboneerd staal verwijst naar gelegeerd staal dat wordt gebruikt na het carboneren. Dit type staal heeft een lagere massafractie koolstof (0,15%~0,25%) om ervoor te zorgen dat de kern van het werkstuk een hoge sterkte en taaiheid heeft, terwijl het oppervlak na carboneren en ontlaten bij lage temperatuur een hoge hardheid (58~64HRC) en slijtvastheid vertoont.
Gelegeerd gecarboneerd staal wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van onderdelen die een hoge slijtvastheid en dynamische belasting vereisen, zoals tandwielen in auto- en tractortransmissies, nokkenassen in verbrandingsmotoren, enz. Veel gebruikte gelegeerde gecarboneerde staalsoorten zijn 15Cr, 20Cr, 20CrMnTi en andere.
3) Gelegeerd gehard staal. Dit type staal heeft over het algemeen een koolstofgehalte van 0,25%~0,45%. Na afschrikken en ontlaten bij hoge temperatuur (ontlaten), ontwikkelt het een getemperde sorbietstructuur, waardoor het staal een goede combinatie van hoge sterkte en taaiheid krijgt.
Het wordt voornamelijk gebruikt voor het vervaardigen van onderdelen die bestand zijn tegen aanzienlijke wisselende belastingen en diverse complexe spanningen, zoals drijfstangen, transmissieassen, spindels van werktuigmachines, tandwielen, nokken, enz. in auto's en tractoren. Veel gebruikte gelegeerde geharde staalsoorten zijn onder andere 40Cr, 35CrMo en 40CrNiMo.
4) Gelegeerd verenstaal. Gelegeerd verenstaal verwijst naar het type gelegeerd staal dat wordt gebruikt bij de productie van verschillende veren en elastische onderdelen. Dit type staal heeft over het algemeen een koolstofmassafractie van 0,50%-0,65% en bevat legeringselementen zoals Mn, Si, Cr en V.
Na afschrikken en temperen bij middelhoge temperatuur ontwikkelt het een getemperde troostietstructuur, met een hoge elasticiteitsgrens en vloeigrens. Veel gebruikte gelegeerde verenstalen zijn onder andere 65Mn en 50CrV.
(4) Kwaliteiten, mechanische eigenschappen en toepassingen van gelegeerd gereedschapsstaal
Gelegeerd gereedschapsstaal, waaronder ook snijgereedschapsstaal, matrijzenstaal en meetgereedschapsstaal valt, wordt gevormd door legeringselementen toe te voegen aan koolstofgereedschapsstaal. De kwaliteiten van gelegeerd gereedschapsstaal zijn over het algemeen samengesteld uit de gemiddelde massafractie van koolstof in het staal (uitgedrukt in permillage) + het symbool van het legeringselement + het gehalte van het legeringselement.
Als de massafractie van koolstof hoger is dan 1,0%, wordt dit niet aangegeven in de kwaliteit. Raadpleeg Tabel 1-9 voor voorbeelden van kwaliteiten, warmtebehandelingen en toepassingen van veelgebruikte gelegeerde gereedschapsstalen.
1) Gelegeerd snijgereedschapsstaal. Gelegeerd snijgereedschapsstaal wordt gebruikt om verschillende snijgereedschappen te maken, zoals draaibankgereedschap, frezen, boren, kranen, matrijzen, enz. De meest gebruikte staalsoorten voor gelegeerd snijgereedschap zijn laaggelegeerd snijgereedschapsstaal en hogesnelheidsgereedschapsstaal.
Laaggelegeerd snijgereedschapsstaal heeft meestal een koolstofmassafractie (wC) van 0,75% tot 1,45%. Het warmtebehandelingsproces bestaat uit afschrikken en ontlaten bij lage temperatuur. De maximale werktemperatuur van dit type staal is niet hoger dan 300°C.
Het wordt alleen gebruikt voor de productie van snijgereedschappen met lage snelheden of gereedschappen met hoge slijtvastheidsvereisten zoals schaven, tappen, matrijzen, boren, enz. Veel voorkomende soorten laaggelegeerd snijgereedschapsstaal zijn onder andere 9SiCr en CrWMn.
Hogesnelheidsgereedschapsstaal is een type hooggelegeerd koolstofstaal met een massafractie koolstof (wC) van 0,7% tot 1,6% en bevat een grote hoeveelheid W, Cr, Mo, V en andere legeringselementen. De warmtebehandeling van high-speed gereedschapsstaal bestaat uit afschrikken gevolgd door meervoudig temperen bij hoge temperatuur, wat resulteert in een getemperde martensiet + carbidestructuur.
Na normaal temperen is de hardheid over het algemeen 63~66HRC, wat een goede hittebestendigheid aantoont. Gereedschappen gemaakt van high-speed gereedschapsstaal behouden nog steeds een hoge hardheid van ongeveer 60HRC bij een snijtemperatuur van 600°C, waardoor ze geschikt zijn voor high-speed snijden. Gebruikelijke kwaliteiten zijn onder andere W18Cr4V, W6Cr5Mo4V2.
Tabel 1-9: Voorbeelden van veelvoorkomende gelegeerde gereedschapsstaalsoorten, warmtebehandelingscondities en toepassingen
| Soorten staal | Rangen | Warmtebehandeling en hardheid | Voorbeeld van gebruik | |||
| Doven | Temperen | |||||
| Verwarmingstemperatuur / ℃ | Hardheid HRC | Verwarmingstemperatuur / ℃ | Hardheid HRC | |||
| Laaggelegeerd gereedschapsstaal | 9SiCr CrWMn | 860~880 (olie doven) 820~840 (olie doven) | ≥62 ≥62 | 150~200 140~160 | 60~62 62~65 | Tappen, Drevels, Ruimers, enz. |
| Gereedschapsstaal met hoge snelheid | W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 | 1280 (Olieafkoeling) 1220 (Olieafkoeling) | 60~65 ≥64 | 560 560 | 63~66 64~66 | Frezen, draaigereedschap, boren, schaven, enz. |
| Warmgewalst matrijzenstaal | 5HNM 3Cr2W8V | 830~860 (olie doven) 1050~1100 (olieafkoeling) | ≥47 >50 | 530~550 560~580 | 30~47 45~48 | Groot SmeedmatrijzenMatrijzen voor hete persen, hete schaarmessen, matrijzen voor spuitgieten, enz. |
| Koudwerk matrijzenstaal | Cr12 Cr12MoV | 950~1000 (olie doven) 1020~1040 (olie doven) | 62~65 62~63 | 180~220 160~180 | 60~62 61~62 | Koud PonsmatrijzenBijwerkvormpjes, draadtrekvormpjes, randenvormpjes, kralenvormpjes, enz. |
2) Gelegeerd matrijzenstaal. Gelegeerd matrijzenstaal is onderverdeeld in warmwerkmatrijzenstaal en koudwerkmatrijzenstaal.
Het staal van de heet-werkmatrijs wordt gebruikt om diverse hete smeedmatrijzen, hete extrusiematrijzen, en matrijzen van het matrijzenafgietsel, enz. te vervaardigen, met de temperatuur van de holteoppervlakte die boven 600℃ tijdens verrichting bereikt; het staal van de koud-werkmatrijs wordt gebruikt om diverse koude ponsenmatrijzen, koude rubriekmatrijzen, koude extrusiematrijzen, en draadtrekkenmatrijzen, enz. te vervaardigen, met de het werk temperatuur niet hoger dan 300℃.
Koudbewerkt gietstaal heeft een koolstofmassafractie wc ≥1.0% en de toegevoegde legeringselementen kunnen de matrix versterken, carbiden vormen en de hardheid en slijtvastheid van het staal verbeteren. Na afschrikken en ontlaten bij lage temperatuur verkrijgt het koudwerkmatrijzenstaal een ontlaten martensiet en een korrelige carbidestructuur. Veel gebruikte koudwerkmatrijzen zijn Cr12, Cr12MoV, enz.
De koolstofmassafractie van warmwerkmatrijzenstaal is over het algemeen 0,3%~0,6% en de toegevoegde legeringselementen kunnen de hardbaarheid, hittebestendigheid en weerstand tegen thermische vermoeidheid van het staal verbeteren.
Na afschrikken en ontlaten bij hoge temperatuur of ontlaten bij middelhoge temperatuur, verkrijgt het staal van de warmwerkmatrijs een ontlaten sorbiet of ontlaten troostietstructuur. Veel gebruikte staalsoorten voor warmwerkmatrijzen zijn 5CrNiMo, 3Cr2W8V, enz.
(5) Speciaal prestatiestaal
Speciale staalsoorten verwijzen naar staalsoorten met unieke gebruikseigenschappen. Er zijn veel soorten staal met speciale eigenschappen, maar in dit gedeelte worden alleen de meest gebruikte staalsoorten in de mechanische industrie besproken: roestvast staal, hittebestendig staal en slijtvast staal.
1) Roestvrij staal.
Roestvrij staal verwijst naar staal dat bestand is tegen atmosferische of corrosieve media. Veel voorkomende soorten zijn 12Cr13 martensitisch roestvast staal, 10Cr17 ferritisch roestvast staal en 18-8 chroomnikkel austenitisch roestvast staal.
Martensitisch roestvast staal wordt vaak gebruikt voor producten die hoge mechanische eigenschappen en een relatief lage corrosieweerstand vereisen; ferritisch roestvast staal wordt veel gebruikt in salpeterzuur, stikstofmeststof, fosforzuurindustrie en ook als oxidatiebestendig materiaal bij hoge temperaturen; austenitisch roestvast staal is het meest gebruikte type roestvast staal in de industrie, maar interkristallijne corrosie moet worden voorkomen.
2) Hittebestendig staal.
Hittebestendig staal verwijst naar staal dat een hoge chemische stabiliteit en thermische sterkte behoudt bij hoge temperaturen. Chemische stabiliteit verwijst naar het vermogen van staal om weerstand te bieden aan verschillende chemische corrosies bij hoge temperaturen, terwijl thermische sterkte verwijst naar de sterkteprestaties van staal bij hoge temperaturen.
Veelgebruikte hittebestendige staalsoorten zijn onder andere parelitisch hittebestendig staal, martensitisch hittebestendig staal en austenitisch hittebestendig staal.
Pearlitisch hittebestendig staal werkt bij temperaturen van 450-550°C en wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van onderdelen met een kleine belasting in elektrische apparaten, zoals stalen buizen voor boilers; martensitisch hittebestendig staal werkt bij temperaturen van 550-600°C en wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van turbineschoepen, uitlaatkleppen voor dieselmotoren, etc.; austenitisch hittebestendig staal werkt bij temperaturen van 600-700°C, en kan oplopen tot 850°C, en wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van straalmotorturbines en uitlaatpijpen. Veel voorkomende hittebestendige staalsoorten zijn 12Cr1MoV, 42Cr9Si2 en 4Cr13N8Mn8MoVNb.
3) Slijtvast staal.
Slijtvast staal verwijst over het algemeen naar hoogmangaanstaal dat onder schokbelastingen slagharding ondergaat. De belangrijkste componenten zijn: w c =1,0%-1,3%, w Mn =11%-14%. Het wordt in vorm gegoten en krijgt na warmtebehandeling een volledig austenitische structuur, die goed taai en slijtvast is.
Gangbare staalsoorten met hoog mangaangehalte zijn ZGMn13, ZGMn13Cr2, enz. Hoog mangaanstaal wordt veel gebruikt bij de productie van onderdelen die grote schokken of druk kunnen verdragen, zoals graafmachinebakken, tankrupsen, enz. Bovendien is hoog mangaanstaal niet bros in koude klimaten, waardoor het geschikt is voor gebruik in frigide gebieden.
Non-ferrometalen en -legeringen
Aluminium en aluminiumlegeringen
Zuiver aluminium heeft een zilverwitte kleur, een gezichtsgecentreerde kubische kristalstructuur en geen allotrope transformatie. Het wordt gekenmerkt door een laag smeltpunt (660 ℃), lage dichtheid (2,7g/cm3), lage sterkte (σb=80MPa), hoge plasticiteit (ψ=80%) en uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid.
Zuiver aluminium is daarom niet geschikt voor dragende constructies. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van draden, kabels, gebruiksvoorwerpen met lage sterktevereisten en verschillende aluminiumlegeringen. Zuiver aluminium is chemisch actief en heeft de neiging om een stevige en dichte oxidelaag op het oppervlak te vormen, waardoor het goed bestand is tegen corrosie in lucht en zoet water.
Aluminiumlegeringen kunnen worden onderverdeeld in vervormde aluminiumlegeringen en gegoten aluminiumlegeringen op basis van hun verwerkingseigenschappen. Figuur 1-41 toont een classificatieschema van aluminiumlegeringen. Legeringen links van punt D bestaan bij verhitting als eenfasige vaste oplossingen met een goede plasticiteit, geschikt voor drukverwerking.
Deze worden vervormde aluminiumlegeringen genoemd. Legeringen rechts van punt D, die een grotere massafractie legeringselementen bevatten en eutectische structuren hebben, hebben lagere smelttemperaturen en een goede vloeibaarheid, waardoor ze geschikt zijn om te gieten. Deze worden aangeduid als gegoten aluminium legeringen.
Vervormde aluminiumlegeringen worden meestal verwerkt tot verschillende halffabrikaten zoals platen, staven, buizen, draden, profielen en smeedstukken. Van de vervormde aluminiumlegeringen hebben de legeringen uit de Al-Mg en Al-Mn series meestal een eenfasestructuur en kunnen niet worden versterkt door warmtebehandeling. Ze worden gekenmerkt door een goede corrosiebestendigheid, lasbaarheid en plasticiteit en uitstekende prestaties bij lage temperaturen.
Deze eigenschappen maken ze veelbelovend op gebieden zoals lucht- en ruimtevaart. Al-Cu-Mg en Al-Cu-Mn serielegeringen hebben een sterk verouderd uithardingsvermogen en hoge sterkte, maar hun corrosiebestendigheid en lasbaarheid zijn inferieur. Ze worden voornamelijk gebruikt als structurele componenten. Al-Mg-Cu-Zn legeringen hebben de hoogste kamertemperatuursterkte onder de aluminiumlegeringen, maar ze worden snel zacht bij hoge temperaturen en hebben een slechte corrosiebestendigheid.
Ze worden voornamelijk gebruikt voor belangrijke structuren en onderdelen die zwaar worden belast. Al-Mg-Si-Cu en Al-Cu-Mg-Fe-Ni serielegeringen hebben een goede thermoplasticiteit, gietbaarheid en relatief hoge mechanische eigenschappen. Ze worden vooral gebruikt voor complexe onderdelen voor de ruimtevaart en instrumenten en kunnen ook worden gebruikt als hittebestendige legeringen.
Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn, Al-Mg-Cu-Zn, Al-Mg-Si-Cu en Al-Cu-Mg-Fe-Ni aluminiumlegeringen kunnen allemaal worden versterkt door warmtebehandeling. Voorbeelden van veelgebruikte vervormde aluminiumlegeringen, hun chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingen staan in Tabel 1-10.
Tabel 1-10: Voorbeelden van veelgebruikte vervormde aluminiumlegeringen, inclusief hun benamingen, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingen
| Categorie | Code | Chemische samenstelling (%) | Warmtebehandeling Theorie | Mechanische eigenschappen | Voorbeelden van toepassingen | |||||
| WCu | WMg | WMn | WZn | σb/MPa | δ(%) | Hardheid HBW | ||||
| Roestbestendige aluminiumlegering | 5A05 | 4.5~5.5 | 0.3~0.6 | M | 270 | 23 | 70 | Middelzware onderdelen, klinknagels en gelaste olietanks, olieleidingen enz. | ||
| 3A21 | 1.0~1.6 | 130 | 23 | 30 | ||||||
| Harde aluminiumlegering | 2A01 | 2.2~3.0 | 0.2~0.5 | CZ | 300 | 24 | 70 | Middelmatige sterkte en werktemperatuur onder 100°C klinknagelmateriaal | ||
| 2A11 | 3.8~4.8 | 0.4~0.8 | 0.4~0.8 | 420 | 18 | 100 | Constructiedelen en componenten met gemiddelde sterkte, zoals frames, propellerbladen, klinknagels, enz. | |||
| 2A12 | 3.8~4.9 | 1.2~1.8 | 0.3~0.9 | 470 | 17 | 105 | Componenten met hoge sterkte en onderdelen die werken bij temperaturen lager dan 150°C, zoals frames, balken, enz. | |||
| Superharde aluminiumlegering | 7A04 | 1.4~2.0 | 1.8~2.8 | 0.2~0.6 | 5~7 | CS | 600 | 12 | 150 | Hoofddraagconstructies, zoals vliegtuigbalken, spanten, verstevigingsframes en landingsgestellen, enz. |
| Gesmede aluminiumlegering | 2A50 | 1.8~2.6 | 0.4~0.8 | 0.4~0.8 | 420 | 13 | 105 | Complexe vormen en smeedstukken met gemiddelde sterkte en matrijssmeedwerk enz. | ||
| 2A70 | 1.9~2.7 | 1.4~1.8 | 440 | 12 | 120 | Complexe smeedstukken en structurele onderdelen die bij hoge temperaturen werken, zuigers van verbrandingsmotoren enz. | ||||
| 2A14 | 3.9~4.8 | 0.4~0.8 | 0.4~1.0 | 480 | 19 | 135 | Eenvoudige vormen en smeedstukken met hoge belasting en matrijssmeedstukken enz. | |||
Opmerking: M-uitharding; CZ-uitharding + natuurlijke veroudering; CS-uitharding + kunstmatige veroudering.
Koper en koperlegeringen
Zuiver koper heeft een dichtheid van 8,94g/cm³ en een smeltpunt van 1083℃. Het heeft een face-centered cubic kristalstructuur en geen allotropie. Zuiver koper heeft een goede elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid. Hoewel zuiver koper goed vervormbaar is, zijn de sterkte en hardheid laag, waardoor het ongeschikt is voor direct gebruik als constructiemateriaal.
Het wordt vaak gebruikt voor de productie van geleidende en warmtegeleidende materialen, corrosiebestendige apparaten en het kan ook dienen als grondstof voor het maken van koperlegeringen. Zuiver koper kan niet worden versterkt door warmtebehandeling. Afhankelijk van de verschillende chemische samenstellingen kunnen koperlegeringen worden onderverdeeld in drie categorieën: messing, brons en wit koper.
(1) Messing
Koperlegeringen met zink als belangrijkste legeringselement worden messing genoemd. Afhankelijk van de chemische samenstelling kan messing worden onderverdeeld in gewoon messing en speciaal messing. Gewoon messing is een binaire legering van koper en zink. Als de massafractie van zink tussen 30% en 32% ligt, is de structuur een face-centered cubic α vaste oplossing, bekend als eenfasig messing.
Dit type messing kan uitstekend worden gesmeed en gelast en kan goed vertind worden. Als de zinkmassa meer dan 32% bedraagt (maar niet meer dan 45%), is de structuur een α+β tweefasenstructuur, bekend als tweefasenmessing.
Dit messing heeft een goede ductiliteit bij hoge temperaturen en is geschikt voor hete verwerking. De aanduiding van gewoon messing bestaat uit "H+nummer", waarbij H staat voor messing en het nummer de massafractie koper aangeeft. H80 is bijvoorbeeld gewoon messing met 80% koper en 20% zink.
Speciaal messing wordt gevormd door andere legeringselementen toe te voegen aan de koper-zinklegering. Naast zink zijn veel voorkomende legeringselementen lood, aluminium, mangaan, tin, ijzer, nikkel, silicium enz. De toevoeging van deze legeringselementen verbetert de sterkte, corrosiebestendigheid en slijtvastheid van het messing.
Afhankelijk van de toegevoegde primaire legeringselementen kan speciaal messing worden onderverdeeld in loodmessing, aluminiummessing, mangaanmessing enz. De aanduiding van speciaal messing bestaat uit "H+ symbool primair legeringselement + massafractie koper + massafractie primair legeringselement".
HPb59-1 staat bijvoorbeeld voor speciaal messing met een massafractie van 59% koper en 1% lood, de rest is zink. De benamingen, chemische samenstellingen, mechanische eigenschappen en toepassingsvoorbeelden van veelgebruikt messing staan in Tabel 1-11.
(2) Brons
Brons verwijst naar koperlegeringen met andere belangrijke legeringselementen dan Zn en Ni. De benaming is samengesteld uit "Q+ symbool primair legeringselement + massafractie primair legeringselement". Als het om gegoten brons gaat, wordt er een "Z" voor de benaming gezet. Brons kan onderverdeeld worden in gewoon brons en speciaal brons.
Tabel 1-11: Representatieve benamingen, chemische samenstellingen, mechanische eigenschappen en voorbeeldtoepassingen van veelgebruikte vervormde aluminiumlegeringen
| Categorie | Rang | Chemische samenstelling (%) | Mechanische eigenschappen | Toepassingsvoorbeelden | |||||||
| WCu | WPb | WSi | WAl | WMn | σb/MPa | δ(%) | Hardheid HBW | ||||
| Messing | H90 | 88~91 | 320 | 52 | 53 | Coatings en versieringen, enz. | |||||
| H68 | 67~70 | 660 | 3 | 150 | Behuizingen voor cartridges, condensatorbuizen, enz. | ||||||
| H62 | 60.5~63.5 | 600 | 3 | 164 | Sluitringen, veren, schroeven, enz. | ||||||
| Speciaal messing | Messing lood | HPb59-1 | 57~60 | 0.8~1.9 | 650 | 16 | 140 | Pennen, schroeven en andere gestampte of bewerkte onderdelen | |||
| Aluminium Messing | HAl59-3-2 | 57~60 | 2.5~3.5 | 650 | 15 | 150 | Chemisch stabiele onderdelen met hoge sterkte | ||||
| Mangaan Messing | HMn58-2 | 57~60 | 1.0~2.0 | 700 | 10 | 175 | Onderdelen voor schepen en zwakstroom | ||||
Gewoon brons verwijst naar tinbrons, met tin (Sn) als het primaire legeringselement. De massafractie van Sn is bepalend voor de prestaties van tinbrons. Tinbrons met een Sn-massafractie van 5% tot 7% heeft de beste plasticiteit, geschikt voor koude en warme vervorming. Tinbrons met een Sn-massafractie van meer dan 10% heeft een hoge sterkte maar een slechte plasticiteit, en is alleen geschikt voor gieten.
Tinbrons vertoont een uitstekende corrosieweerstand in de atmosfeer, zeewater en anorganische zoutoplossingen, maar een slechtere corrosieweerstand in ammoniak, zoutzuur en zwavelzuur.
Speciaal brons verwijst naar brons dat geen Sn bevat. Afhankelijk van het primaire legeringselement, kan het worden onderverdeeld in aluminiumbrons, berylliumbrons, siliciumbrons, etc. Aluminiumbrons heeft een aluminiummassafractie van 5% tot 10%, hoge chemische stabiliteit, goede corrosie- en slijtvastheid, hogere sterkte en plasticiteit, en goede verwerkbaarheid.
Het wordt voornamelijk gebruikt voor slijtvaste onderdelen met hoge sterkte die in zeewater of bij hoge temperaturen werken. Berylliumbrons heeft een berylliummassafractie van 1,7% tot 2,5%. Het kan oplossingsversterking en verouderingsharding ondergaan en bezit een hoge sterkte, slijtvastheid, corrosiebestendigheid en elektrische en thermische geleidbaarheid.
Het heeft ook speciale eigenschappen zoals antimagnetisme en geen vonkvorming bij impact, voornamelijk gebruikt voor elastische elementen in precisie-instrumenten en explosieveilige onderdelen in motoren. Siliciumbrons heeft een siliciummassafractie van 3% tot 4,6%, met hogere mechanische eigenschappen dan tinbrons en goede prestaties bij het gieten en koud/warm verwerken.
Het toevoegen van nikkel aan siliciumbrons kan de sterkte en slijtvastheid aanzienlijk verbeteren, en wordt voornamelijk gebruikt in de luchtvaartindustrie en voor langeafstandstelefoonlijnen, hoogspanningsleidingen, etc. Het merknummer, de chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en voorbeeldtoepassingen van veelgebruikt brons staan in Tabel 1-12.
(3) Nikkel zilver
Nikkelzilver, ook bekend als wit koper, verwijst naar een categorie koperlegeringen die voornamelijk bestaan uit nikkel. Het is onderverdeeld in twee soorten: gewoon nikkelzilver en speciaal nikkelzilver.
Tabel 1-12: Voorbeelden van veelvoorkomende bronssoorten, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en gebruik
| Categorie | Rang | Chemische samenstelling (%) | Mechanische eigenschappen | Voorbeeldgebruik | ||||||
| WSn | WAl | WSi | Anderen | σb/MPa | δ(%) | Hardheid | ||||
| Gewoon brons | QSn4-3 | 3.5~4.5 | Zn: 2.7~3.3 | 350~550 | 4~40 | 60~160 HBW | Elastische elementen, slijtvast, anti Magnetische onderdelen | |||
| QSn6,5-0,1 | 6.0~7.0 | P: 0.10~0.25 | 350~450 | 60~70 | 70~90 HBW | Contactstukken, veren, slijtvaste onderdelen | ||||
| Speciaal brons | Beryllium brons | QBe2 | Be:1.8~2.1 Nikkel: 0,2 ~ 0,5 | 500~850 | 3~40 | 90~250 HV | Belangrijke veren, elastische elementen Lagers, enz. | |||
| Siliciumbrons | QSi3-1 | 2.7~ 3.5 | Mn: 1~1.5 | 80~180 HV | Veren en onderdelen die in corrosieve media werken | |||||
Gewoon nikkelzilver, dat alleen koper en nikkel bevat, heeft een goede sterkte en een uitstekende plasticiteit. Het kan zowel koud als warm onder druk worden verwerkt. De corrosieweerstand is uitstekend en het heeft een hoge elektrische weerstand met een kleine temperatuurscoëfficiënt van de weerstand.
Het wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van onder andere onderdelen van scheepsinstrumenten, onderdelen van chemische machines en medische apparatuur. De rang van nikkel zilver is samengesteld uit "B + gemiddelde massafractie van Ni". B19 staat bijvoorbeeld voor gewoon nikkelzilver met een nikkelgehalte van 19%.
Speciaal nikkelzilver wordt geproduceerd door aan nikkelzilver andere legeringselementen toe te voegen. De eigenschappen en toepassingen van nikkelzilver variëren afhankelijk van het type legeringselement dat is toegevoegd. Mangaannikkelzilver met een hoge massafractie mangaan kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de productie van thermokoppeldraden, meetinstrumenten, enz. BZn15-20 is bijvoorbeeld speciaal nikkelzilver met een siliciumgehalte van 15% en een zinkgehalte van 20%.
Titaan en titaanlegeringen
Zuiver titaan heeft een dichtheid van 4,5 g/cm³ en een smeltpunt van 1667 °C, waarbij allotropie optreedt. Onder 882,5 °C heeft puur titaan een dichte hexagonale kristalstructuur, bekend als α-Ti. Boven 882,5 °C heeft het een lichaam-gecentreerde kubische kristalstructuur, bekend als β-Ti.
Zuiver titaan (α-Ti) heeft een relatief lage elasticiteitsmodulus, een goede slagvastheid, een hoge specifieke sterkte en een uitstekende plasticiteit, maar de mechanische eigenschappen zijn extreem gevoelig voor onzuiverheden.
De belangrijkste kenmerken van titaanlegeringen zijn hoge sterkte, lage dichtheid, goede hittebestendigheid en corrosiebestendigheid. Ze zijn echter slecht bewerkbaar, slijtagegevoelig en relatief duur. Titaanlegeringen worden ingedeeld in α-type (TA), β-type (TB) en α+β-type (TC) op basis van hun gegloeide structuren.
Voorbeelden van kwaliteiten, chemische samenstellingen, mechanische eigenschappen en toepassingen van veelgebruikte titaanlegeringen staan in Tabel 1-13.
(1) α-type titaanlegeringen
De gegloeide structuur van α-type titaanlegeringen is een eenfasige α vaste oplossing, en ze kunnen niet worden versterkt door warmtebehandeling. Deze legeringen hebben een stabiele structuur, uitstekende corrosiebestendigheid, goede plasticiteit en vervormbaarheid. Ze vertonen ook uitstekende lasprestaties en eigenschappen bij lage temperaturen.
Ze worden vaak gebruikt om vliegtuighuiden, frames, motorcompressorschijven en -bladen, turbinebehuizingen en ultra-lage temperatuur containers te maken.
Tabel 1-13: Voorbeelden van veelgebruikte titaniumlegeringen, hun chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en toepassingen
| Categorie | Rang | Chemische samenstellingsgroep | Warmtebehandeling | Mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur | Mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen | Voorbeelden van gebruik | |||
| σb/MPa | δ(%) niet minder dan | Testtemperatuur/℃ | Onmiddellijk Sterkte /MPa | Uithoudingsvermogen ① /MPa | |||||
| Alpha titaniumlegering | TA28 | Ti-3Al | Gloeien | 700 | 12 | Werken onder 500℃ Onderdelen zoals raketbrandstof Tanks, omhulsels van vliegtuigturbines, enz. | |||
| TA5 | Ti-4Al-0.005B | Gloeien | 700 | 15 | |||||
| TA6 | Ti-5Al | Gloeien | 700 | 12~20 | 350 | 430 | 400 | ||
| Beta titaniumlegering | TB2 | Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al | Doven | 1000 | 20 | Werken onder 350℃ Onderdelen zoals compressorbladen Assen, schijven en andere zwaar belaste roterende onderdelen, vliegtuigonderdelen, enz. | |||
| Afschrikken + veroudering | 1350 | 8 | |||||||
| Alfa + beta titaniumlegering | TC1 | Ti-2Al-1,5Mn | Gloeien | 600~800 | 20~25 | 350 | 350 | 350 | Werken onder 400℃ Onderdelen zoals motoronderdelen met een bepaalde sterkte bij hoge temperaturen, raketbrandstoftanks voor vloeibare waterstof bij lage temperaturen, enz. |
| TC2 | Ti-4Al-1,5Mn | Gloeien | 700 | 12~15 | 350 | 430 | 400 | ||
| TC3 | Ti-5Al-4V | Gloeien | 900 | 8~10 | 500 | 450 | 200 | ||
| TC4 | Ti-6Al-4V | Gloeien | 950 | 10 | 400 | 630 | 580 | ||
| Afkoeling + Veroudering | 1200 | 8 | |||||||
①持久强度表示材料在给定温度下经过100h后，试样发生断裂时的应力值。
(2) Beta titaanlegeringen
Bèta titaanlegeringen hebben een bèta fase gegloeide structuur. Door afschrikken kunnen metastabiele titaanlegeringen met bètafase worden verkregen. Deze legeringen kunnen een warmtebehandeling ondergaan om hun sterkte te verbeteren, hebben een hoge sterkte bij kamertemperatuur en goede koudvervormende eigenschappen. Deze legeringen hebben echter een hoge dichtheid, hun structuur is niet stabiel genoeg en ze hebben een slechte hittebestendigheid. Beta titaanlegeringen worden voornamelijk gebruikt om vliegtuigonderdelen te maken die geen hoge temperaturen vereisen maar wel een hoge sterkte, zoals veren, bevestigingsmiddelen en onderdelen met een dikke doorsnede.
(3) Alfa + Beta titaniumlegeringen
De gegloeide structuur van alfa + bèta titaanlegeringen is de (alfa + bèta) fase, die de eigenschappen van alfa en bèta titaanlegeringen combineert. Ze hebben uitstekende uitgebreide mechanische eigenschappen en zijn de meest gebruikte titaanlegeringen. TC4 (Ti-6Al-4V) wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in de ruimtevaart en andere industriële sectoren.
Nederlands 
English 
العربية 
Bahasa Indonesia 
Deutsch 
Español 
Français 
Italiano 
日本語 
한국어 
Português 
Português do Brasil 
Русский 
Polski 
Türkçe