Są to parametry charakteryzujące przydatność stali w gospodarce. Ich wielkość uzależniona jest od składu stopu i obróbki. Podane poniżej wartości są charakterystyczne dla stali stosowanych w budownictwie.
Granica sprężystości określa maksymalne naprężenia po ustąpieniu których materiał wraca do swoich pierwotnych wymiarów. Wytrzymałość na rozciąganie określana wielkością naprężenia wywołanego w przekroju próbki przez siłę powodującą jej zerwanie. Badane są także inne parametry określające naprężenia w próbkach stali, takie jak wytrzymałość na ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcenie. Podczas badania próbki stali na zerwanie określane są także:
naprężenie rozrywające, czyli rzeczywista wartość naprężenia w miejscu przewężenia rozciąganej próbki bezpośrednio przed jej zerwaniem (jest to wartość siły powodującej zerwanie w odniesieniu do przekroju zerwanej próbki w jej najwęższym miejscu);
wydłużenie względne, czyli procentowy przyrost długości zerwanej próbki w stosunku do jej początkowej długości, o przewężenie względne, czyli procentowe zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego zerwanej próbki w miejscu zerwania do jej przekroju pierwotnego.
Sprężystość rozumiana jako zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej postaci po zaprzestaniu działania na niego sił powodujących odkształcenie. W zakresie naprężeń sprężystych obowiązuje prawo Hooke'a. Sprężystość materiału określa:
o współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E, który dla stali ma wartość w granicach od 205 do 210 GPa (Gigapaskali)
o współczynnik sprężystości poprzecznej G (moduł Kirchhoffa), który dla stali ma wartość 80GPa
Plastyczność, czyli zdolność materiału do zachowania postaci odkształconej na skutek naprężeń od obciążeń po zaprzestaniu ich działania. Są to odkształcenia trwałe, które powstają po przekroczeniu wartości tzw. granicy plastyczności, po przekroczeniu której następuje znaczny przyrost wydłużenia rozciąganej próbki, nawet bez wzrostu a często przy spadku wartości siły rozciągającej. Umownie przyjmuje się granicę plastyczności dla wartości naprężenia, przy którym trwałe wydłużenie próbki wynosi 0,2%.
Ciągliwość – zdolność materiału pozwalająca na zachowanie jego właściwości podczas obróbki polegającej na jego tłoczeniu, zginaniu lub prostowaniu itp. Właściwość ta wykorzystywana jest podczas produkcji wyrobów (np. blach trapezowych, ościeżnic itp.).
Udarność, czyli odporność na obciążenia dynamiczne.
Twardość, czyli zdolność przeciwstawienia się materiału przy próbie wciskania przedmiotów twardszych. Twardość stali związana jest z zawartością węgla, manganu, chromu itp.
Spawalność, to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przez spawanie
Odporność na działanie środowiska: - odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur - odporność na działanie czynników powodujących korozję chemiczną i atmosferyczną
Korozja metali i jej zwalczanie
18.07.2008.
Korozją nazywamy stopniowe niszczenie tworzyw z skutek działania środowiska. Nazwa pochodzi pod łacińskiego wyrazu corrodere – zżerać. Pojęcie korozji dotyczy przede wszystkim metali i stopów, choć stosuje się je również do tworzyw niemetalowych, jak betony, materiały ceramiczne i tworzywa sztuczne. Przyczyną korozji są różnorodne procesy chemiczne, elektrochemiczne, biologiczne i mechaniczne.
Korozja chemiczna Korozja chemiczna polega na reakcjach z tlenem (atmosferycznym), chlorem, tlenkami siarki i azotu. Główny typ zjawisk korozyjnych w przypadku metali i ich stopów stanowi korozja elektrochemiczna. Produkt korozji żelaza i jego stopów nosi nazwę rdzy. Warunkiem koniecznym do powstania rdzy jest obecność tlenu i wody. Żelazo powstające w kontakcie z wodą i tlenem przechodzi powoli w trudno rozpuszczalny tlenek wodorotlenek żelaza (II), który może utleniać się dalej do, a oba wodorotlenki przechodzą częściowo w tlenki lub węglany. Na powierzchni żelaza tworzy się rdza, będąca mieszaniną wodorotlenków, tlenków i węglanów. Korozja czystego żelaza przebiega stosunkowo powoli, natomiast takie stopy żelaza, jak różnorodne stale niszczeją znacznie szybciej, ponieważ procesy chemiczne przebiegają na ich powierzchni według mechanizmu elektrochemicznego.
Korozja elektrochemiczna Korozja elektrochemiczna polega na tworzeniu się ogniwa galwanicznego o schemacie: gdzie – metal roztwarzający się, a więc niszczony, - metal, którego obecność powoduje korozję. W przypadku gdy metalem niszczonym jest żelazo (główny składnik stali), wówczas rolę metalu powodującego korozję spełnia węgiel zawarty w stali w postaci ziaren grafitu lub węglik żelaza
Szybkość procesu korozji może ulec zmniejszeniu lub zwiększeniu pod wpływem różnych czynników. Np. szybciej koroduje blacha w obecności chlorku sodu. Wyraźne zahamowanie reakcji następuje w obecności zasady, ponieważ jony , zgodnie z regułą Le Chateliera, przesuwają równowagę reakcji w lewo.
Korozja stali jest szybsza w roztworach o odczynie kwaśnym (pH=0), a wolniejsza w roztworach zasadowych (pH=14). Z tego też powodu, na przykład, płyny do napełniania chłodnic samochodowych mają odczyn lekko zasadowy. Z kolei kwaśne deszcze, spadające na drogi, przyspieszają korozję samochodów.
Korozja stali jest szybsza w wodnych roztworach soli, a powolna w czystej wodzie. Dlatego też stosowanie soli do posypywania jezdni zimą w celu zwalczania gołoledzi powoduje niestety, przyspieszoną korozję nadwozi samochodowych.
Znajomość mechanizmu korozji i czynników wpływających na jej szybkość umożliwia stosowanie różnorodnych czynników zabezpieczających wyroby stalowe przed korodującym działaniem środowiska. Do najważniejszych z nich należą đ Niemetaliczne powłoki ochronne. Zadaniem powłok niemetalicznych jest izolowanie powierzchni metali od dostępu tlenu i wilgoci. Konstrukcje stalowe (np. mosty) maluje się farbami olejnymi i lakierami, a niekiedy nakłada minię, smołę lub asfalt. Naczynia z blachy stalowej i żeliwa pokrywa się emaliami. Narzędzia i trące o siebie części maszyn można chronić jedynie przez nałożenie warstwy smaru. Skuteczną lecz drogą metodą jest pokrywanie wyrobów metalowych cienką warstewką tlenku. Niektóre metale, wśród nich glin, samorzutnie pokrywają się na powietrzu warstwą tlenku, który chroni metal przed dalszą korozją. Zjawisko to jest nazywane pasywacją. Metaliczne powłoki ochronne z metali o niższym od żelaza potencjale standardowym. Przez zanurzenie w ciekłym metalu, natryskiwanie lub osadzanie elektrolityczne uzyskuje się powierzchnię ochronną, izolującą metal od wpływu wilgoci i powietrza. Nawet jeśli powłoka ulegnie uszkodzeniu, do roztworu nie będzie przechodziło żelazo, tylko metal tworzący powłokę. Metaliczne powłoki ochronne z metali o wyższym od żelaza potencjale standardowym. Działanie powłoki wykonanej z miedzi, cyny lub niklu jest czysto mechaniczne i powłoka spełnia swoje zadanie tylko wtedy, gdy jest zupełnie szczelna. Z chwilą jej uszkodzenia proces korozji staje się intensywniejszy niż bez powłoki. đ Ochrona katodowa. Elementy konstrukcji narażone na korozję łączy się z ujemnym biegunem źródła prądu stałego o napięciu rzędu 1-2 V. Dodatni biegun łączy się z grafitową płytką przylegającą do konstrukcji. Ponieważ elektrony doprowadzane do źródła prądu zobojętniłyby powstające jony, proces nie zachodzi. Ochrona protektorowa. Do chronionego rurociągu lub kadłuba okrętu przytwierdza się tzw. protektory – bloki z metalu o niższym od żelaza potencjale standardowym (np. z magnezu, cynku). Protektor stanowi anodę zwartego ogniwa i sam zużywa się, przechodząc do roztworu (wody gruntowej lub morskiej). Elementy ochronne muszą być co pewien czas wymieniane. Dodawanie inhibitorów. W kotłach parowych (np. centralnego ogrzewania) i instalacjach chłodniczych (np. samochodowych) ciecz znajdująca się w zamkniętym obiegu stanowi środowisko sprzyjające korozji. Dodawanie niewielkich ilości substancji silnie absorbujących się na powierzchni metalu i blokujących dostęp jonów wodorowych opóźnia znacznie procesy korozyjne.
Ogólnie o stali
18.07.2008.
Stal - Stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.
Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.
Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia – stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie wysokiej jakości stali.
Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych – wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.
Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali, węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali, im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej – co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem – głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.
