Baja dan besi cor adalah paduan berbahan dasar besi. Besi murni secara teknis mengandung tidak lebih dari 0,04% karbon. Baja karbon termasuk dalam paduan sistem Fe–Fe 3 C. Menurut komposisi bajanya, letaknya pada diagram sampai titik E, dengan konsentrasi 2,14% C. Baja karbon industri termasuk dalam sistem multikomponen, Karena Selain karbon, mereka mengandung pengotor unsur lain. Kandungan pengotor individu dapat sepadan dengan kandungan karbonnya, namun karbon mempunyai pengaruh utama terhadap pembentukan struktur dan sifat baja, oleh karena itu analisis struktur baja karbon industri dapat dilakukan dengan menggunakan metode Fe–Fe 3. diagram fase C.
Besi cor murni industri (abu-abu, berkekuatan tinggi, mudah dibentuk, dengan grafit vermicular) termasuk dalam paduan karbon tinggi berdasarkan sistem Fe–C–Si, yang mengandung lebih dari 2,14% karbon.
Kristalisasi besi tuang tersebut terjadi menurut diagram Fe–C–Si atau Fe–Fe 3 C–Si yang stabil, bergantung pada komposisi dan kondisi pendinginan. Besi tuang putih mengkristal pada kondisi pendinginan yang dipercepat; diagram metastabil Fe–Fe 3 C dapat digunakan untuk membentuk strukturnya; besi tuang ini merupakan bahan awal untuk memproduksi besi tuang lunak.
Baja mengacu pada paduan berdasarkan besi dan karbon ( baja karbon). Baja juga disebut mengandung kromium, mangan, silikon, nikel, molibdenum, dan unsur lainnyabaja paduan .
Baja adalah paduan utama dan paling umum untuk pembuatan bagian struktural, perkakas, dan produk tujuan khusus. Paduan berbahan dasar besi memiliki kombinasi yang baik antara kekuatan tinggi, kekerasan, keuletan, ketangguhan, dan kemampuan manufaktur.
Berdasarkan komposisi kimianya menjadi diklasifikasikan menjadi karbon dan paduan.
Dengan sengaja menjadi dibagi menjadi baja struktural, perkakas dan baja tujuan khusus.
Menurut metode produksi produk Baja diklasifikasikan menjadi baja tempa dan baja tuang.
Menurut kualitas metalurgi tergantung pada kandungan pengotor berbahaya baja dibagi menjadi beberapa kategori: baja kualitas biasa (GOST 380-94), baja berkualitas tinggi (GOST 1050-88, dll.), berkualitas tinggi, terutama berkualitas tinggi.
Pengotor yang paling berbahaya dalam baja (Tabel 4.10) termasuk belerang dan fosfor. Belerang menyebabkan kerapuhan merah pada baja, mis. kerapuhan selama perlakuan tekanan panas. Mangan, yang dimasukkan ke dalam baja selama deoksidasi, menghilangkan efek berbahaya dari belerang. Fosfor menyebabkan kerapuhan dingin, mis. penggetasan pada suhu rendah.
Dengan metode deoksidasi dalam peleburan baja diklasifikasikan menjadi mendidih, tenang dan setengah tenang.
Deoksidasi adalah proses reduksi besi dari FeO, yang terjadi melalui reaksi kimia berikut:
FeO + Mn = Fe + MnO
2FeO + Si = 2Fe + SiO2
3FeO + 2Al = 3Fe + Al 2 O 3
Silikon dan mangan diperkenalkan dalam bentuk ferroalloy, aluminium - dalam bentuk murni. Baja mendidih hanya dideoksidasi dengan ferromangan. Dalam baja tersebut, FeO terlarut tetap ada, dan selama kristalisasi, proses perebusan berlanjut sesuai reaksi
FeO + C = Fe + CO
Gelembung gas tetap berada di badan ingot dan dilas selama penggulungan berikutnya. Baja mendidih memberikan hasil tertinggi dari logam yang dapat digunakan.
Tabel 4.10
Fraksi massa sulfur dan fosfor dalam baja karbon dan paduan
Baja yang tenang dideoksidasi dengan mangan, silikon, aluminium; Pada saat yang sama, oksigen terlarut dalam logam dihilangkan seluruhnya. Selama kristalisasi, proses perebusan berhenti dan baja menjadi tenang.
Baja karbon termasuk dalam paduan besi-karbon dengan kandungan karbon 0,05 hingga 1,35% C. Baja struktural karbon mengandung hingga 0,65% C, baja perkakas – lebih dari 0,65% C.
Selain klasifikasi di atas, baja karbon dibagi lagi menurut kandungan karbon, struktur, dan tujuannya.
Berdasarkan struktur baja dibagi menjadi hipoeutektoid - hingga 0,8% C, eutektoid - 0,8% C, hipereutektoid - lebih dari 0,8% C.
Baja karbon, sebagai yang termurah, paling berteknologi maju dan memiliki sifat mekanik yang cukup tinggi, digunakan untuk struktur logam keperluan umum, digunakan dalam struktur bangunan, untuk pembuatan suku cadang di bidang teknik mesin, dll.
Baja karbon dengan janji dibagi menjadi baja untuk aplikasi umum dan khusus. Baja tujuan khusus termasuk baja otomatis, boiler, konstruksi, dan baja deep drawing.
Pengaruh karbon, unsur paduan, pengotor terhadap sifat baja
Karbon merupakan unsur terpenting yang menentukan struktur dan sifat baja karbon. Bahkan dengan sedikit perubahan kandungan karbon, karbon mempunyai pengaruh yang nyata terhadap sifat baja. Ketika kandungan karbon dalam struktur baja meningkat, jumlah sementit pun meningkat. Dengan kandungan hingga 0,8% C, baja terdiri dari ferit dan perlit, dengan kandungan lebih dari 0,8% C, sementit sekunder bebas struktural muncul dalam struktur baja selain perlit. Ferit mempunyai kekuatan yang rendah, namun relatif ulet. Sementit mempunyai ciri kekerasan yang tinggi, namun rapuh. Oleh karena itu, dengan meningkatnya kandungan karbon, kekerasan dan kekuatan meningkat, namun ketangguhan dan keuletan baja menurun. Kekuatan meningkat ketika kandungan karbon dalam baja mencapai 0,8–1,0%. Ketika kandungan karbon dalam baja meningkat hingga lebih dari 0,8%, tidak hanya keuletannya, tetapi juga kekuatan bajanya menurun. Hal ini disebabkan terbentuknya jaringan sementit rapuh di sekitar koloni perlit, yang mudah hancur karena pembebanan. Oleh karena itu, baja hipereutektoid dikenai anil khusus, yang menghasilkan struktur perlit granular.
Karbon juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat teknologi baja - kemampuan las, kemampuan mesin, dan tekanan.
Baja karbon rendah memiliki kemampuan las yang baik dan kemampuan mesin bertekanan tinggi.
Pengotor permanen dalam baja karbon adalah mangan, silikon, belerang, fosfor, serta pengotor tersembunyi - gas: oksigen, nitrogen, hidrogen. Unsur-unsur seperti tembaga, nikel, kromium juga dapat dianggap pengotor (jika tidak termasuk dalam komposisi kadar baja dan kandungannya dibatasi oleh batas atas yang menunjukkan “tidak lebih”). Pengotor yang bermanfaat (zat tambahan teknologi) dalam baja karbon termasuk mangan, silikon, kromium; kontennya biasanya tidak melebihi satu persen.
Mangan dan silikon dimasukkan ke dalam baja selama deoksidasi, mereka memperkuat besi. Mangan meningkatkan kemampuan pengerasan (kemungkinan kedalaman lapisan yang mengeras) baja, dan juga mengurangi efek berbahaya dari belerang. Kandungan pengotor berbahaya - belerang dan fosfor - diatur oleh standar. Sumber utama sulfur dan fosfor dalam baja adalah bahan bakunya – besi cor. Belerang mengurangi keuletan dan ketangguhan baja, dan juga menyebabkan kerapuhan baja menjadi merah selama penggulungan dan penempaan. Ini membentuk senyawa FeS dengan besi - besi sulfida. Ketika blanko baja dipanaskan hingga suhu deformasi panas, inklusi FeS menyebabkan kerapuhan pada baja, dan sebagai akibat dari peleburan selama deformasi, robekan dan retakan terbentuk. Fosfor, yang larut dalam besi, mengurangi plastisitasnya. Oksigen dan nitrogen sedikit larut dalam ferit. Bahan-bahan tersebut mencemari baja dengan inklusi non-logam yang rapuh dan mengurangi ketangguhan dan keuletan baja. Peningkatan kandungan hidrogen melemahkan baja dan menyebabkan pembentukan retakan internal - serpihan.
Baja karbon
Klasifikasi baja karbon . Baja karbon adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon 0,05 hingga 1,35% karbon. Baja karbon dibagi menjadi struktural dan instrumental. Baja struktural mengandung hingga 0,65% C, baja perkakas – lebih dari 0,65% C.
Selain klasifikasi di atas, baja karbon dibagi lagi menurut kandungan karbon, struktur, tujuan, kualitas, dan metode produksi.
Berdasarkan struktur menjadi dibagi menjadi hipoeutektoid dengan kandungan karbon hingga 0,8% C, eutektoid - 0,8% C dan hipereutektoid - lebih dari 0,8% C.
Baja karbon, sebagai yang termurah, paling berteknologi maju dan memiliki sifat mekanik yang cukup tinggi, digunakan untuk struktur logam keperluan umum, digunakan dalam struktur bangunan, untuk pembuatan suku cadang di bidang teknik mesin, dll. Baja karbon dipasok sesuai dengan GOST 380-94 (baja berkualitas biasa), GOST 1050-88 (baja struktural karbon canai berkualitas tinggi).
Olehtujuan baja dibagi menjadi baja untuk aplikasi umum dan khusus. Baja tujuan khusus termasuk baja otomatis, boiler, konstruksi, dan baja deep drawing.
Olehkualitas Baja dibagi menjadi baja kualitas biasa, baja kualitas tinggi, dan baja kualitas tinggi.
Olehmetode produksi Baja dibagi menjadi baja tempa dan baja tuang.
Menurut diagram besi-karbon, baja termasuk paduan besi dengan kandungan karbon kurang dari 2,14% (semua paduan di sebelah kiri titik E). Karbon merupakan unsur terpenting yang menentukan struktur dan sifat baja karbon. Bahkan dengan sedikit perubahan kandungan karbon, karbon mempunyai pengaruh yang nyata terhadap sifat baja. Dengan meningkatnya kandungan karbon, kekerasan dan kekuatan meningkat, namun ketangguhan dan keuletan baja menurun.
Kekuatan meningkat ketika kandungan karbon dalam baja mencapai 0,8–1,0%. Ketika kandungan karbon dalam baja meningkat hingga lebih dari 0,8%, tidak hanya keuletannya, tetapi juga kekuatan bajanya menurun. Hal ini disebabkan terbentuknya jaringan sementit rapuh di sekitar koloni perlit, yang mudah hancur karena pembebanan.
Karbon juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat teknologi baja - kemampuan las, kemampuan mesin, dan tekanan.
Baja karbon rendah memiliki kemampuan las yang tinggi dan kemampuan mesin bertekanan tinggi.
Selain besi dan karbon (komponen utama), baja mengandung bahan tambahan teknologi (mangan, silikon) dan pengotor, yang utama dan paling berbahaya adalah belerang dan fosfor.
Sulfur Dan fosfor– pengotor berbahaya utama dalam baja. Fraksi massa belerang dalam baja semua tingkatan menurut GOST 380-94, kecuali St0, tidak boleh lebih dari 0,050%, fosfor - tidak lebih dari 0,040%, dalam baja kelas St0: belerang - tidak lebih dari 0,060%, fosfor - tidak lebih dari 0,070%. Selain itu, oksigen, hidrogen, dan nitrogen merupakan pengotor berbahaya pada baja. Kehadiran mereka menyebabkan penurunan plastisitas.
Oksigen dan nitrogen sedikit larut dalam ferit. Bahan-bahan tersebut mencemari baja dengan inklusi non-logam yang rapuh dan mengurangi ketangguhan dan keuletan baja. Peningkatan kandungan hidrogen melemahkan baja dan menyebabkan pembentukan retakan internal - serpihan.
Baja karbon tempa . Baja karbon yang dapat dideformasi dipasok oleh pabrik metalurgi dalam keadaan canai panas tanpa perlakuan panas tambahan, atau setelah pengerasan termal. Baja tersebut digunakan untuk memproduksi lembaran, strip, batang, saluran dan profil canai I, yaitu produk setengah jadi yang dapat dideformasi.
Penandaan dan kondisi teknis baja struktural dan baja perkakas karbon yang dapat dideformasi dengan kualitas biasa, serta baja berkualitas tinggi dan berkualitas tinggi, masing-masing ditentukan dalam Gost 380-94, Gost 1050-88, Gost 1435-90.
Baja karbon dengan kualitas biasa . Baja struktural dengan kualitas biasa, karena sifat teknologinya, ketersediaan dan kemampuan untuk memperoleh serangkaian sifat yang diperlukan, digunakan dalam pembuatan struktur logam yang diproduksi secara massal, serta bagian mesin dan instrumen dengan beban ringan.
Baja karbon sesuai dengan GOST 380-94 digunakan untuk produksi produk canai panas: bentuk panjang, berbentuk, lembaran tebal, lembaran tipis, pita lebar dan lembaran tipis canai dingin, serta ingot, mekar, lempengan, bulat, digulung dan terus menerus dicetak billet, pipa, tempa dan stempel, pita, kawat, perangkat keras, dll.
Baja canai panas karbon dengan kualitas biasa menurut GOST 380-94 “Baja karbon kualitas biasa” diproduksi dalam tingkatan berikut: St0, St1kp, St1ps, St2kp, St2ps, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp, St4kp, St4ps , St4sp, St5ps, St5sp , St5Gps, St6ps, St6sp (Tabel 4.14).
Tabel 4.14
Nilai dan komposisi kimia baja karbon dengan kualitas biasa menurut GOST 380-94
Huruf St berarti “Baja”, angka tersebut merupakan angka konvensional tingkatan tergantung pada komposisi kimia baja tersebut, huruf “kp” berarti mendidih, “ps” berarti setengah tenang, “sp” berarti tenang – metode deoksidasi baja. Fraksi massa pengotor berbahaya dalam baja dari semua tingkatan kecuali St0 tidak boleh lebih dari 0,050%, fosfor - tidak lebih dari 0,040%, dalam baja kelas St0 belerang - tidak lebih dari 0,060%, fosfor - tidak lebih dari 0,070%. Fraksi massa karbon dalam baja berkisar antara 0,06 hingga 0,49%, fraksi massa mangan - dari 0,25 hingga 0,80%. Baja semi-tenang dan tenang dapat mengandung lebih banyak mangan (hingga 1,20%), kemudian huruf “G” ditambahkan pada penunjukan kadarnya, misalnya St5Gps. Dalam baja mendidih, fraksi massa silikon tidak lebih dari 0,05%, pada baja semi-tenang - dari 0,05 hingga 0,15%, pada baja tenang - dari 0,15 hingga 0,3%.
Baja diperbolehkan memiliki kandungan pengotor berbahaya yang tinggi, saturasi gas dan kontaminasi dengan inklusi non-logam, sehingga baja ini termasuk baja termurah.
Baja mendidih berbeda dari baja tenang dan baja semi tenang karena memiliki ketangguhan impak yang lebih rendah. Ambang batas kerapuhan dingin (suhu di mana baja bertransisi dari keadaan ulet ke keadaan getas) untuk baja mendidih adalah 30–40 derajat lebih tinggi dibandingkan baja tenang. Untuk struktur kritis, yang terbaik adalah menggunakan baja ringan. Namun, baja rebus, karena kandungan silikonnya yang rendah, memiliki tingkat kekuatan luluh dan elastisitas yang rendah. Hal ini menjelaskan tingginya kemampuan baja mendidih untuk meregang selama deformasi.
Kerugian menggunakan baja kualitas biasa adalah kekuatannya yang rendah dan ketahanan dingin yang rendah.
Baja kualitas biasa St2ps, St2kp, St3kp digunakan untuk elemen struktur las yang tidak kritis dan memiliki beban ringan. Baja St4ps, St5sp digunakan untuk pembuatan suku cadang struktur paku keling, baut, mur, sproket, tuas dan produk lainnya.
Baja struktural kualitas karbon . Standar GOST 1050-88 “Batang canai, dikalibrasi, dengan finishing permukaan khusus dari baja struktural karbon berkualitas tinggi” menetapkan kondisi teknis untuk produk panjang canai panas dan tempa dari baja mutu 05kp, 08kp, 08ps, 08, 10kp, 10ps, 10 , 11kp, 15kp , 15ps, 15, 18kp, 20kp, 20pc, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55pp), 60 dengan diameter atau ketebalan hingga 250 mm. Baja karbon berkualitas tinggi, menurut GOST 1050-88, ditandai dengan huruf dan angka. Angka dua digit menunjukkan kandungan karbon dalam seperseratus persen. Penunjukan huruf berikutnya menunjukkan derajat deoksidasi: s - baja tenang, ps - baja semi-tenang, kp - baja mendidih. Apabila tidak ada surat peruntukannya maka baja tersebut tergolong baja ringan. Kandungan karbon dalam baja karbon struktural berkisar antara 0,05 hingga 0,65%, mangan - dari 0,25 hingga 0,80%, silikon - dari 0,03 hingga 0,37%, tergantung pada tingkat deoksidasi dan kandungan karbon. Dilihat dari kandungan karbonnya, baja 05kp, 08, 08kp, 10, 15, 20, 25 tergolong baja karbon rendah, 30, 35, 40, 45, 50 tergolong baja karbon sedang, 55, 60 tergolong baja karbon tinggi baja.
Keuntungan utama baja berkualitas tinggi menurut GOST 1050-88 adalah kandungan sulfurnya yang lebih rendah (tidak lebih dari 0,035%) dan fosfor (tidak lebih dari 0,040%).
Sifat mekanik produk canai yang terbuat dari baja struktural karbon berkualitas tinggi menurut GOST 1050-88 diberikan dalam tabel. 4.15. Sesuai dengan grade baja, peningkatan kandungan karbon menyebabkan peningkatan kekuatan (σ in dan σ t) dan penurunan keuletan (δ dan Ψ).
Tabel 4.15
Sifat mekanik baja canai menurut Gost 1050-88
Baja dengan titik didih rendah karbon mempunyai kekuatan luluh yang rendah, karena praktis tidak mengandung silikon. Baja karbon rendah tipe 05kp, 08, 08kp, 10kp, 10 digunakan tanpa perlakuan panas, mudah dicap dalam keadaan anil dan digunakan dalam industri otomotif untuk pembuatan produk dengan bentuk kompleks: sayap, pintu, kap mesin , bagian tubuh yang tidak menahan beban.
Baja berkualitas tinggi menurut GOST 1050-88 dimaksudkan untuk pembuatan berbagai macam produk, produk setengah jadi, struktur logam dalam konstruksi, teknik mesin, dan industri lainnya.
Baja 15, 20, 25 dikeraskan. Baja ini digunakan untuk produk yang beroperasi dalam kondisi peningkatan keausan dan beban dinamis, namun tidak mengalami tekanan yang signifikan. Baut, sekrup, flensa, tuas, spindel, katup pendingin, kumparan, dan bagian lain yang beroperasi pada suhu dari –40 hingga +125 °C terbuat dari baja yang diperkeras kotak 15kp, 20, 25, 20kp.
Baja dari 30 hingga 60 - dapat ditingkatkan. Bagian-bagian yang dibuat darinya mengalami pengerasan dan temper tinggi, yang memberi mereka sifat mekanik yang beragam. Mereka tidak rentan terhadap kerapuhan, murah, tetapi memiliki kemampuan pengerasan yang rendah. Diameter kritis yang menjamin kemampuan pengerasan tidak lebih dari 12 mm. Baja yang ditingkatkan 30, 35, 40, 45 digunakan untuk pembuatan suku cadang berukuran sedang dengan konfigurasi sederhana, yang tunduk pada peningkatan persyaratan kekuatan: roller, roller, bushing, poros engkol, sproket, gandar, ring, batang penghubung, roda gigi, baut, dll.
Baja dengan kandungan karbon lebih dari 0,6% (60, 65, 70, 75, 80), serta baja dari kelas yang sama, tetapi juga mengandung silikon atau mangan dalam jumlah yang lebih banyak (65G, 60S2, 70S3), adalah digunakan untuk pembuatan pegas dan pegas. Dalam hal ini, baja tersebut mengalami perlakuan panas, yang terdiri dari pengerasan dan temper suhu sedang, setelah itu pegas dan pegas memperoleh karakteristik elastis yang tinggi dari sifat mekanik dan batas daya tahan yang tinggi. Baja karbon tinggi digunakan setelah normalisasi, pengerasan, temper atau pengerasan permukaan. Mereka memiliki kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi, serta batas elastis yang tinggi.
Baja adalah bahan logam utama yang digunakan dalam produksi mesin, peralatan dan peralatan. Penggunaannya yang luas dijelaskan oleh adanya bahan ini dari berbagai macam sifat teknologi, mekanik dan fisikokimia yang berharga. Selain itu, baja memiliki harga yang relatif murah dan dapat diproduksi dalam jumlah banyak. Proses produksi bahan ini terus ditingkatkan, berkat sifat dan kualitas baja yang dapat memastikan pengoperasian mesin dan perangkat modern tanpa masalah pada parameter operasi tinggi.
Prinsip umum untuk mengklasifikasikan mutu baja
Karakteristik klasifikasi utama baja: komposisi kimia, tujuan, kualitas, tingkat deoksidasi, struktur.
- Menjadi berdasarkan komposisi kimia dibagi menjadi karbon dan paduan. Berdasarkan fraksi massa karbon, baja golongan pertama dan kedua dibagi menjadi: karbon rendah (kurang dari 0,3% C), karbon sedang (konsentrasi C pada kisaran 0,3-07%), karbon tinggi karbon - dengan konsentrasi karbon lebih dari 0,7%.
Baja paduan adalah baja yang mengandung, selain pengotor permanen, bahan tambahan yang ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik bahan ini.
Kromium, mangan, nikel, silikon, molibdenum, tungsten, titanium, vanadium dan banyak lainnya digunakan sebagai aditif paduan, serta kombinasi unsur-unsur ini dalam berbagai persentase. Berdasarkan jumlah aditif Baja dibagi menjadi paduan rendah (elemen paduan kurang dari 5%), paduan sedang (5-10%), dan paduan tinggi (mengandung lebih dari 10% aditif).
- Sesuai dengan tujuannya Baja dapat berupa material struktural, perkakas, dan tujuan khusus dengan sifat khusus.
Kelas yang paling luas adalah baja struktural, yang dimaksudkan untuk pembuatan struktur bangunan, bagian dari perangkat dan mesin. Pada gilirannya, baja struktural dibagi menjadi tipe pegas, peningkatan, semen dan kekuatan tinggi.
Baja perkakas dibedakan tergantung pada tujuan alat yang dihasilkan darinya: pengukuran, pemotongan, cetakan deformasi panas dan dingin.
Baja tujuan khusus dibagi menjadi beberapa kelompok: tahan korosi (atau tahan karat), tahan panas, tahan panas, listrik.
- Berdasarkan kualitas Baja memiliki kualitas biasa, berkualitas tinggi, berkualitas tinggi, dan terutama berkualitas tinggi.
Kualitas baja dipahami sebagai kombinasi sifat-sifat yang ditentukan oleh proses pembuatannya. Ciri-ciri tersebut antara lain: homogenitas struktur, komposisi kimia, sifat mekanik, kemampuan manufaktur. Kualitas baja tergantung pada kandungan gas dalam bahan - oksigen, nitrogen, hidrogen, serta kotoran berbahaya - fosfor dan belerang.
- Menurut tingkat deoksidasi dan sifat proses pemadatan, baja bersifat tenang, setengah tenang dan mendidih.
Deoksidasi adalah operasi menghilangkan oksigen dari baja cair, yang memicu patah getas material selama deformasi panas. Baja ringan dideoksidasi dengan silikon, mangan, dan aluminium.
- Berdasarkan struktur Mereka memisahkan baja dalam keadaan anil (kesetimbangan) dan dalam keadaan normal. Bentuk struktur baja adalah ferit, perlit, sementit, austenit, martensit, ledeburit dan lain-lain.
Pengaruh unsur karbon dan paduan terhadap sifat baja
Baja industri adalah paduan besi dan karbon yang kompleks secara kimia. Selain unsur-unsur dasar ini, serta komponen paduan dalam baja paduan, bahan tersebut mengandung pengotor permanen dan acak. Karakteristik utama baja bergantung pada persentase komponen tersebut.
Cara melindungi bangunan Anda dari: pencegahan, perawatan, saran ahli Mesin untuk memotong dan membengkokkan tulangan: Anda akan mempelajari kegunaannya, cara menggunakannya, dan kegunaannya di lokasi konstruksi.
Dalam daftar harga kami, Anda dapat mengetahui apa yang terkini di St. Petersburg dan wilayah Leningrad.
Karbon mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap sifat-sifat baja. Setelah anil, struktur material ini terdiri dari ferit dan sementit, yang kandungannya meningkat sebanding dengan peningkatan konsentrasi karbon. Ferit adalah struktur berkekuatan rendah dan ulet, sedangkan sementit keras dan rapuh. Oleh karena itu, peningkatan kandungan karbon menyebabkan peningkatan kekerasan dan kekuatan serta penurunan keuletan dan ketangguhan. Karbon mengubah karakteristik teknologi baja: kemampuan kerja dengan tekanan dan pemotongan, kemampuan las. Peningkatan konsentrasi karbon menyebabkan penurunan kemampuan mesin karena pengerasan dan penurunan konduktivitas termal. Pemisahan serpihan dari baja berkekuatan tinggi meningkatkan jumlah panas yang dihasilkan, yang menyebabkan penurunan umur perkakas. Tetapi baja karbon rendah dengan viskositas rendah juga diproses dengan buruk, karena akan terbentuk serpihan yang sulit dihilangkan.
Baja dengan kandungan karbon 0,3-0,4% memiliki kemampuan mesin pemotongan terbaik.
Peningkatan konsentrasi karbon menyebabkan penurunan kemampuan baja untuk berubah bentuk dalam keadaan panas dan dingin. Untuk baja yang dimaksudkan untuk pembentukan dingin kompleks, jumlah karbon dibatasi hingga 0,1%.
Baja karbon rendah mempunyai kemampuan las yang baik. Untuk pengelasan baja karbon sedang dan tinggi, pemanasan, pendinginan lambat, dan operasi teknologi lainnya digunakan untuk mencegah terjadinya retakan dingin dan panas.
Untuk memperoleh sifat kekuatan tinggi, jumlah komponen paduan harus rasional. Paduan yang berlebihan, tidak termasuk masuknya nikel, menyebabkan penurunan cadangan ketangguhan dan memicu patah getas.
- Kromium merupakan komponen paduan yang tidak kekurangan dan mempunyai efek positif terhadap sifat mekanik baja jika kandungannya mencapai 2%.
- Nikel adalah aditif paduan yang paling berharga dan langka, dimasukkan dalam konsentrasi 1-5%. Ini paling efektif mengurangi ambang kerapuhan dingin dan membantu meningkatkan cadangan suhu viskositas.
- Mangan, sebagai komponen yang lebih murah, sering digunakan sebagai pengganti nikel. Meningkatkan kekuatan luluh, namun mungkin membuat baja sensitif terhadap panas berlebih.
- Molibdenum dan tungsten adalah elemen mahal dan langka yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan panas baja berkecepatan tinggi.
Prinsip penandaan baja menurut sistem Rusia
Tidak ada produk logam di pasar modern sistem umum penandaan baja, yang secara signifikan mempersulit operasi perdagangan, menyebabkan seringnya kesalahan saat memesan.
Di Rusia, sistem penunjukan alfanumerik telah diadopsi, di mana nama unsur yang terkandung dalam baja ditandai dengan huruf, dan jumlahnya ditandai dengan angka. Surat-surat itu juga menunjukkan metode deoksidasi. Penandaan “KP” menunjukkan baja mendidih, “PS” – baja semi-tenang, dan “SP” – baja tenang.
- Baja kualitas biasa memiliki indeks St, setelah itu ditunjukkan nomor mutu bersyarat dari 0 hingga 6. Kemudian derajat deoksidasi ditunjukkan. Nomor golongan ditempatkan di depan: A – baja dengan sifat mekanik yang terjamin, B – komposisi kimia, C – kedua sifat tersebut. Sebagai aturan, indeks grup A tidak ditetapkan. Contoh Penunjukan – B Pasal 2 KP.
- Untuk menunjuk baja karbon struktural berkualitas tinggi, angka dua digit menunjukkan kandungan C dalam seperseratus persen ditunjukkan di depan. Pada akhirnya - tingkat deoksidasi. Misalnya baja 08KP. Baja karbon perkakas berkualitas tinggi memiliki huruf U di depan, dan kemudian konsentrasi karbon dua digit dalam sepersepuluh persen - misalnya, baja U8. Baja berkualitas tinggi memiliki huruf A di akhir kelasnya.
- Pada baja paduan, huruf menunjukkan elemen paduan: “H” adalah nikel, “X” adalah kromium, “M” adalah molibdenum, “T” adalah titanium, “B” adalah tungsten, “Y” adalah aluminium. Pada baja paduan struktural, kandungan C ditunjukkan dalam seperseratus persen di bagian depan. Pada baja paduan perkakas, karbon ditandai dalam sepersepuluh persen, jika kandungan komponen ini melebihi 1,5%, konsentrasinya tidak disebutkan.
- Baja perkakas berkecepatan tinggi ditandai dengan indeks P dan indikasi kandungan tungsten dalam persen, misalnya P18.
Penandaan baja menurut sistem Amerika dan Eropa
Apakah Anda berencana membeli logam canai? Kami menawarkan harga dan kualitas yang wajar dari produsen.
Di Amerika Serikat, terdapat beberapa sistem penandaan baja yang dikembangkan oleh berbagai organisasi standar. Untuk baja tahan karat, sistem AISI paling sering digunakan, yang juga berlaku di Eropa. Menurut AISI, baja ditandai dengan tiga angka, dalam beberapa kasus diikuti dengan satu huruf atau lebih. Angka pertama menunjukkan golongan baja, jika 2 atau 3 maka termasuk golongan austenitik, jika 4 termasuk feritik atau martensit. Dua digit berikutnya menunjukkan nomor urut materi dalam kelompok. Huruf-huruf itu melambangkan:
- L – fraksi massa karbon rendah, kurang dari 0,03%;
- S – konsentrasi C normal, kurang dari 0,08%;
- N berarti nitrogen telah ditambahkan;
- LN – kandungan karbon rendah dikombinasikan dengan penambahan nitrogen;
- F – peningkatan konsentrasi fosfor dan belerang;
- Se – baja mengandung selenium, B – silikon, Cu – tembaga.
Di Eropa, sistem EN digunakan, yang berbeda dari sistem Rusia karena sistem ini pertama-tama mencantumkan semua elemen paduan, dan kemudian, dalam urutan yang sama, fraksi massanya ditunjukkan dalam angka. Angka pertama adalah konsentrasi karbon dalam seperseratus persen.
Jika baja paduan, struktural dan perkakas, kecuali baja kecepatan tinggi, mengandung lebih dari 5% dari setidaknya satu aditif paduan, huruf “X” ditempatkan di depan kandungan karbon.
Negara-negara UE menggunakan tanda EN, dalam beberapa kasus menunjukkan tanda nasional secara paralel, tetapi dengan tanda “usang”.
Analog internasional dari baja tahan korosi dan tahan panas
Baja tahan korosi
|
Eropa (EN) |
Jerman (DIN) |
Amerika Serikat (AISI) |
Jepang (JIS) |
CIS (GOST) |
| 1.4000 | X6Cr13 | 410S | SUS 410 S | 08Х13 |
| 1.4006 | X12CrN13 | 410 | SUS 410 | 12Х13 |
| 1.4021 | X20Cr13 | (420) | SUS 420 J1 | 20Х13 |
| 1.4028 | X30Cr13 | (420) | SUS 420 J2 | 30Х13 |
| 1.4031 | X39Cr13 | SUS 420 J2 | 40Х13 | |
| 1.4034 | X46Cr13 | (420) | 40Х13 | |
| 1.4016 | X6Cr17 | 430 | SUS 430 | 12Х17 |
| 1.4510 | X3CrTi17 | 439 | SUS 430 LX | 08Х17Т |
| 1.4301 | X5CrNI18-10 | 304 | SUS 304 | 08Х18Н10 |
| 1.4303 | X4CrNi18-12 | (305) | SUS 305 | 12Х18Н12 |
| 1.4306 | X2CrNi19-11 | 304 liter | SUS 304 L | 03Х18Н11 |
| 1.4541 | X6CrNiTi18-10 | 321 | SUS 321 | 08Х18Н10Т |
| 1.4571 | X6CrNiMoTi17-12-2 | 316 Ti | SUS 316 Ti | 10Х17Н13М2Т |
Nilai baja tahan panas
|
Eropa (EN) |
Jerman (DIN) |
Amerika Serikat (AISI) |
Jepang (JIS) |
CIS (GOST) |
| 1.4878 | X12CrNiTi18-9 | 321 jam | 12Х18Н10Т | |
| 1.4845 | X12CrNi25-21 | 310 S | 20Х23Н18 |
Nilai baja kecepatan tinggi
|
kualitas baja |
Analoginya dalam standar AS |
||
|
Negara-negara CIS Gost |
Euronorm |
||
|
R0 M2 SF10-MP |
|||
|
R2 M10 K8-MP |
|||
|
R6 M5 K5-MP |
|||
|
R6 M5 F3-MP |
|||
|
R6 M5 F4-MP |
|||
|
R6 M5 F3 K8-MP |
|||
|
R10 M4 F3 K10-MP |
|||
|
R6 M5 F3 K9-MP |
|||
|
R12 M6 F5-MP |
|||
|
R12 F4 K5-MP |
|||
|
R12 F5 K5-MP |
|||
Baja struktural
|
kualitas baja |
Analoginya dalam standar AS |
||
|
Negara-negara CIS Gost |
Euronorm |
||
Kisaran dasar nilai baja tahan karat
|
CIS (GOST) |
Euronorm (EN) |
Jerman (DIN) |
Amerika Serikat (AISI) |
|
03 X17 N13 M2 |
X2 CrNiMo 17-12-2 |
||
|
03 X17 N14 M3 |
X2 CrNiMo 18-4-3 |
||
|
03 X18 N10 TU |
|||
|
06 Januari 28 MDT |
X3 NiCrCuMoTi 27-23 |
||
|
08 X17 N13 M2 |
X5CrNiMo 17-13-3 |
||
|
08 X17 N13 M2 T |
Х6 CrNiMoTi 17-12-2 |
||
|
X6 CrNiTi 18-10 |
|||
|
20 Х25 Н20 С2 |
X56 CrNiSi 25-20 |
||
|
03 X19 N13 M3 |
|||
|
02 X18 M2BT |
|||
|
02 X28 N30 MDB |
X1 NiCrMoCu 31-27-4 |
||
|
03 X17 N13 AM3 |
X2 CrNiMoN 17-13-3 |
||
|
03 X22 N5 AM2 |
X2 CrNiMoN 22-5-3 |
||
|
03 X24 N13 G2 S |
|||
|
08 X16 N13 M2 B |
X1 CrNiMoNb 17-12-2 |
||
|
08 X18 N14 M2 B |
1,4583 X10 CrNiMoNb |
X10 CrNiMoNb 18-12 |
|
|
X8 rNiAlTi 20-20 |
|||
|
X3 CrnImOn 27-5-2 |
|||
|
Х6 CrNiMoNb 17-12-2 |
|||
|
X12 CrMnNiN 18-9-5 |
|||
Baja bantalan
Baja pegas
|
kualitas baja |
Analoginya dalam standar AS |
||
|
Negara-negara CIS Gost |
Euronorm |
||
Baja tahan panas
|
kualitas baja |
Analoginya dalam standar AS |
||
|
Negara-negara CIS Gost |
Euronorm |
||
Peringkat Bintang GD
sistem peringkat WordPress
Berdasarkan komposisi kimianya, baja karbon dan baja paduan dibedakan.
Baja paduan adalah baja yang, selain karbon dan pengotor, satu atau lebih elemen paduan sengaja dimasukkan untuk memastikan kekuatan, keuletan, ketangguhan, dan sifat teknologi dan operasional lainnya yang diperlukan. Paduan dilakukan dengan tujuan untuk mengubah sifat mekanik (kekuatan, keuletan, viskositas), sifat fisik (konduktifitas listrik, sifat kemagnetan, ketahanan radiasi) dan sifat kimia (ketahanan korosi).
Elemen paduan adalah elemen yang secara khusus dimasukkan ke dalam baja untuk mengubah struktur dan sifat-sifatnya. Konsentrasi unsur paduan bisa berbeda, termasuk. dan sangat kecil. Ketika konsentrasi suatu unsur kurang dari 0,1%, doping biasa disebut microalloying.
Unsur paduan utama adalah kromium (Cr), nikel (Ni), mangan (Mn), silikon (Si), molibdenum (Mo), vanadium (V), boron (B), tungsten (W), titanium (Ti), aluminium (Al), tembaga (Cu), niobium (Nb), kobalt (Co).
Baja karbon merupakan paduan besi dan karbon yang mengandung karbon (C) hingga 2,14% dengan kandungan unsur lain yang rendah. Mereka memiliki keuletan yang tinggi dan mudah berubah bentuk. Karbon sangat mempengaruhi sifat-sifat baja walaupun dengan sedikit perubahan pada kandungannya. Baja karbon dapat diklasifikasikan menurut beberapa parameter: kandungan karbon, tujuan, kualitas, derajat deoksidasi dan struktur dalam keadaan setimbang.
Menurut mutu bajanya, dibedakan menjadi baja mutu biasa dan baja karbon mutu tinggi.Bergantung pada tujuannya, ada tiga kelompok baja mutu biasa: A, B dan C.
Grup A disuplai hanya untuk sifat mekanik; komposisi kimia baja kelompok ini tidak diatur, hanya ditunjukkan dalam sertifikat pabrikan. Baja dalam kelompok ini biasanya digunakan pada produk dalam kondisi seperti yang dikirim tanpa perlakuan tekanan atau pengelasan.
Grup B hanya disuplai dengan komposisi kimia yang terjamin. Semakin tinggi nomor referensi baja, semakin tinggi kandungan karbonnya. Baja-baja ini selanjutnya dapat mengalami deformasi (penempaan, pengecapan, dll.), dan dalam beberapa kasus, perlakuan panas. Namun, struktur asli dan sifat mekaniknya tidak dipertahankan.
Baja grup B dapat dilas. Mereka dilengkapi dengan komposisi kimia yang terjamin dan sifat yang terjamin. Baja ini memiliki sifat mekanik yang sesuai dengan nomor golongan A, dan komposisi kimianya sesuai dengan nomor golongan B, dikoreksi dengan metode deoksidasi.
Baja karbon berkualitas tinggi - baja karbon kelas ini diproduksi sesuai dengan GOST 1050-74. Baja berkualitas tinggi dipasok baik dari segi komposisi kimia maupun sifat mekaniknya, dan tunduk pada persyaratan yang lebih ketat untuk kandungan pengotor berbahaya (belerang tidak lebih dari 0,04%, fosfor tidak lebih dari 0,035%), inklusi non-logam dan gas, struktur makro dan mikro.
Baja berkualitas tinggi dibagi menjadi dua kelompok: dengan kandungan mangan normal (hingga 0,8%) dan dengan kandungan mangan tinggi (hingga 1,2%). Mangan meningkatkan sifat pengerasan dan kekuatan, namun sedikit mengurangi keuletan dan ketangguhan baja.
Untuk produk penting, digunakan baja berkualitas tinggi dengan kandungan sulfur dan fosfor yang lebih rendah. Rendahnya kandungan pengotor berbahaya dalam baja berkualitas tinggi semakin meningkatkan biaya dan kompleksitas produksinya. Oleh karena itu, biasanya baja yang berkualitas tinggi bukanlah baja karbon, melainkan baja paduan. Baja karbon yang mengandung 0,7-1,3% C digunakan untuk pembuatan alat tumbuk dan pemotong.
Menurut metode deoksidasi, baja dibagi menjadi tiga kelompok: mendidih (mengandung hingga 0,05% silikon, dideoksidasi oleh mangan. Mereka memiliki heterogenitas kimia yang nyata dalam ingot), semi-tenang (mengandung 0,05-0,15% silikon, dideoksidasi oleh mangan dan aluminium, hasil produk yang sesuai - 90-95%), tenang (mengandung 0,15-0,35% silikon, dideoksidasi oleh silikon, mangan dan aluminium. Hasil sekitar 85%, namun logam memiliki struktur yang lebih padat dan a komposisi kimia yang seragam.).
Menurut tujuannya, baja diklasifikasikan menjadi struktural dan instrumental. Baja struktural mewakili kelompok paling luas yang ditujukan untuk pembuatan struktur bangunan, suku cadang mesin, dan instrumen. Baja-baja ini termasuk baja yang dikeraskan, ditempa, berkekuatan tinggi, dan pegas-pegas. Baja perkakas dibagi menjadi baja untuk pemotongan, perkakas ukur, cetakan deformasi dingin dan panas (hingga 200 0 C).
Menurut strukturnya dalam keadaan setimbang, baja dibagi menjadi: 1) hipoeutektoid, memiliki struktur ferit dan perlit; 2) eutektoid, yang strukturnya terdiri dari perlit; 3) hipereutektoid, memiliki struktur perlit dan sementit sekunder.
Baja yang digunakan dalam struktur logam yang dilas berbeda dalam sejumlah karakteristik, yang mencerminkan produksi, sifat layanan, dan ruang lingkup penerapannya. Yang paling penting dari tanda-tanda ini adalah:
· metode peleburan dan pengecoran baja;
· tingkat deoksidasi;
· komposisi kimia;
· status pengiriman;
· tingkat (kelas) kekuatan;
Dengan metode peleburan Baja yang digunakan dalam struktur logam yang dilas dapat dibagi menjadi baja perapian terbuka, baja pengubah oksigen, dan baja listrik.
Hingga tahun 1960, baja yang dilebur dalam tungku perapian terbuka digunakan hampir secara eksklusif untuk struktur logam. Pada periode berikutnya, metode peleburan konverter oksigen yang paling produktif, menggunakan oksigen dengan kemurnian tinggi setidaknya 99,5% O 2 untuk meniup logam cair, tersebar luas di seluruh dunia. Kualitas baja pengonversi oksigen tidak kalah dengan kualitas baja perapian terbuka, dan sejak tahun 1971 baja jenis ini tidak dipisahkan.
Dengan diperkenalkannya tungku busur listrik besar dengan massa leleh 100-250 ton atau lebih, produksi baja di tungku listrik meningkat. Baja ini dibedakan dari peningkatan kemurniannya dalam hal kandungan pengotor berbahaya - belerang dan fosfor.
Dalam proses peleburan kembali elektroslag, billet awal (lempengan) dari baja perapian terbuka, baja pengonversi oksigen, atau baja listrik dilebur kembali dengan pemanasan. sengatan listrik di bawah lapisan campuran terak cair dengan komposisi kimia khusus. Pada saat yang sama, kandungan belerang dan oksigen berkurang 2-3 kali lipat. Inklusi nonlogam yang masih tersisa di dalam ingot berukuran kecil dan tersebar merata ke seluruh volume.
Menurut tingkat deoksidasi baja dibagi:
mendidih (kp);
·semi-tenang (ps);
tenang (sp).
Ketika baja dilebur dalam tungku terbuka atau konverter dari besi kasar yang mengandung 3-4% karbon, oksidasi karbon (hingga kandungan 0,06-0,25% C dalam baja) dikaitkan dengan pembentukan produk gas CO dan CO 2, menyebabkan mendidihnya penangas logam. Jika deoksidasi tidak dilakukan, maka perebusan dilanjutkan setelah lelehan dilepaskan ke dalam sendok dan setelah dituangkan ke dalam cetakan sampai ingot mengeras. Baja ini disebut mendidih.
Pelepasan produk gas selama kristalisasi ingot baja yang mendidih menyebabkan peningkatan tajam heterogenitas kandungan C, S dan P, yang disebut segregasi. Bagian kepala (atas) dan inti ingot diperkaya dengan kotoran. Zona kandungan maksimum unsur-unsur segregasi dalam batangan baja yang mendidih terletak pada jarak 5-15% tinggi batangan dari atasnya; segregasi untuk karbon mencapai 400% dan untuk belerang 900% dari rata-rata kandungan tersebut. elemen dalam lelehan.
Bagian kepala dari batangan baja mendidih (pemangkasan) yang terbuang selama penggulungan membentuk 4-10% dari massanya. Namun pada sisa ingot setelah penggulungan terdapat zona segregasi yang luas dengan kandungan C hingga 0,3-0,4% dan sulfur hingga 0,15% dengan kandungan leleh rata-rata C = 0,12-0,22% dan S<= 0,05%. В результате разные листы и профили, входящие в одну партию (плавку) кипящей стали, но изготовленные из разных частей слитка (головной, средней или донной), неодинаковы по содержанию C, S и P.
Tenang baja terdeoksidasi di unit peleburan baja, serta di sendok ketika meninggalkan tungku. Pada saat yang sama, di logam cair deoxidizer energik diperkenalkan: mangan, silikon. aluminium, terkadang kalsium atau titanium. Unsur-unsur ini memiliki afinitas yang jauh lebih besar terhadap oksigen daripada karbon, sehingga oksidasi karbon berhenti dan baja berhenti mendidih. Berkat ini, batangan baja tenang memiliki komposisi kimia yang jauh lebih homogen daripada baja mendidih. Pencairan karbon hanya 60%, dan sulfur 110% lebih tinggi dari kandungan titik leleh rata-rata unsur-unsur tersebut.
Pada saat yang sama, pemadatan batangan baja yang tenang dikaitkan dengan pembentukan rongga susut yang besar. Untuk mendapatkan badan ingot yang bebas cacat, baja dituangkan ke dalam cetakan dengan ekstensi yang menguntungkan untuk insulasi panas. Rongga penyusutan terbentuk di bagian atas ingot yang terisolasi, yang dikeluarkan sebelum digulung. Trimnya membentuk 12-16% dari massa ingot. Oleh karena itu, hasil produk canai yang sesuai dari batangan baja tenang lebih sedikit dibandingkan dari batangan baja yang direbus. Akibatnya, dan juga karena durasi peleburan yang lebih lama akibat operasi deoksidasi, tambahan konsumsi ferroalloy dan aluminium, baja tenang lebih mahal dibandingkan baja rebus.
Rendahnya kualitas baja rebus dan rendahnya efisiensi teknis dan ekonomi dari baja tenang menjadi insentif untuk mengembangkan varian dengan tingkat deoksidasi menengah - setengah tenang menjadi. Ini dilebur seolah-olah direbus, tetapi dalam sendok atau ketika dituangkan ke dalam cetakan, ia diolah dengan sedikit deoxidizer, jauh lebih sedikit dibandingkan saat melebur baja yang tenang. Deoksidasi kompleks dengan ferrosilikon dan aluminium biasanya digunakan. Penghentian cepat pendidihan dan pemadatan kepala ingot mencegah berkembangnya heterogenitas kimia yang besar. Pada saat yang sama, segregasi dalam batangan baja semi-tenang ditandai dengan kelebihan kandungan karbon titik leleh rata-rata sebesar 80% dan sulfur sebesar 150%. Jarak zona segregasi aksial dari bagian atas ingot adalah 15-30% dari tingginya; trim kepala - 3-5% dari massa ingot.
Produksi baja semi-ringan ditandai dengan efisiensi teknis dan ekonomi yang tinggi. Dibandingkan dengan produksi baja biasa, hasil produk canai yang sesuai dari ingot adalah 8-10% lebih tinggi, konsumsi ferrosilikon untuk deoksidasi berkurang 2-5 kali lipat, aluminium 5 kali lipat, dan jumlah cetakan berkurang secara signifikan. . Biaya dan harga produk canai yang terbuat dari baja semi-quenched 2-9% lebih rendah dibandingkan produk canai yang terbuat dari baja ringan. Pada saat yang sama, dalam hal kualitas dalam hal homogenitas komposisi kimia, struktur mikro dan sifat mekanik, ketahanan terhadap patah getas dan indikator kekuatan, baja canai semi-tenang lebih rendah daripada baja ringan canai, menempati posisi perantara.
Komposisi kimia baja- ciri utamanya. Dia mendefinisikan mereknya. Dalam hal ini, kandungan unsur kimia untuk suatu mutu baja tertentu tidak ditentukan secara terpisah, tetapi dengan interval tertentu di mana terjadi perubahan kimia. komposisi tidak boleh disertai dengan penghapusan properti di luar batas kadar yang dijamin. Lebar interval berhubungan dengan kemampuan pembuatan baja untuk mempertahankan komposisi tertentu.
Baja yang tidak mengandung bahan tambahan khusus pada unsur paduan atau hanya memiliki sedikit unsur paduan, karena teknologi peleburan, disebut baja karbon.
- rendah karbon(hingga 0,25%C);
- karbon sedang(0,3-0,6%C);
- karbon tinggi(lebih dari 0,6% C).
Untuk struktur logam yang dilas, terutama digunakan baja karbon rendah. Mereka dipasok sesuai dengan Gost 380-88, Gost 14637-89 dan Gost 27772-88, serta baja sesuai dengan gost 1050-88, terutama dalam bentuk pipa.
Baja yang bahan tambahan unsur paduannya dimasukkan secara khusus untuk memastikan sifat yang diperlukan disebut didoping. Mereka mungkin mengandung satu, dua, tiga atau lebih unsur paduan. Dengan demikian, perbedaan dibuat antara mangan, kromium, silikon-mangan, kromium-nikel, kromium-nikel-molibdenum dan baja paduan lainnya.
Baja paduan dengan kandungan unsur paduan yang rendah, biasanya tidak melebihi 2-3% berat, dan dengan kandungan karbon rendah, digunakan dalam konstruksi, teknik mesin, pembuatan kapal untuk pembuatan struktur logam yang dilas, dialokasikan ke dalam kelompok khusus, mereka disebut paduan rendah. Baja paduan rendah canai untuk struktur logam dipasok sesuai dengan Gost 19281-89 (bagian dan bentuk), gost 19282-73 (lembaran dan strip lebar), gost 6713-91, gost 27772-88 dan spesifikasi lainnya.
Baja dengan kandungan total elemen paduan dari 3 hingga 10% - paduan sedang.
Nilai baja
Penandaan semua baja paduan adalah sama: dua digit pertama menunjukkan kandungan karbon dalam seperseratus persen; huruf - simbol unsur paduan; angka setelah huruf adalah perkiraan kandungan unsur paduan (nilai satu dan lebih rendah tidak ditunjukkan); huruf “A” di akhir merek menunjukkan bahwa baja tersebut berkualitas tinggi dan memiliki kandungan sulfur dan fosfor yang rendah.
Berdasarkan struktur:
< С, тем >perlit, baja lebih kuat.
Berdasarkan tujuan:
1)
PERTANYAAN 14. Klasifikasi baja menurut metode produksi dan kualitasnya.
Menurut metode produksinya:
1) Metode asam;
2) Cara utama adalah baja KP tidak terdeoksidasi, SP tenang, jika setelah merek tidak ada huruf, maka baja tenang, jika tidak terdeoksidasi sempurna, maka ps.
Berdasarkan kualitas:
Tergantung pada kandungan pengotor berbahaya: belerang dan fosfor, baja dibagi menjadi:
Baja kualitas biasa, kandungan belerang hingga 0,06% dan fosfor hingga 0,07%. Baja kualitas biasa juga dibagi menjadi 3 kelompok berdasarkan persediaannya:
1. baja grup A dipasok ke konsumen berdasarkan sifat mekanik (baja tersebut mungkin memiliki kandungan sulfur atau fosfor yang tinggi);
2. baja grup B - berdasarkan komposisi kimia;
3. baja Grup B- dengan sifat mekanik dan komposisi kimia yang terjamin.
1. Kualitas tinggi- hingga 0,035% sulfur dan fosfor masing-masing secara terpisah.
2. Kualitas tinggi- hingga 0,025% sulfur dan fosfor.
3. Terutama berkualitas tinggi, hingga 0,025% fosfor dan hingga 0,015% belerang.
Baja paduan. Elemen paduan. Menandai l/dtk.
Baja paduan banyak digunakan dalam teknik traktor dan pertanian, dalam industri otomotif, teknik berat dan transportasi, dan pada tingkat lebih rendah dalam pembuatan peralatan mesin, perkakas dan jenis industri lainnya. Baja ini digunakan untuk struktur logam dengan beban berat.
Baja yang jumlah total unsur paduannya tidak melebihi 2,5% diklasifikasikan sebagai paduan rendah, yang mengandung 2,5-10% adalah paduan, dan lebih dari 10% diklasifikasikan sebagai paduan tinggi (kandungan besi lebih dari 45%).
Baja paduan rendah paling banyak digunakan dalam konstruksi, dan baja paduan paling banyak digunakan dalam teknik mesin.
Baja struktural paduan ditandai dengan angka dan huruf. Angka dua digit yang tertera di awal merek menunjukkan kandungan karbon rata-rata dalam seperseratus persen; huruf di sebelah kanan angka menunjukkan unsur paduannya. Misalnya baja 12Х2Н4А mengandung 0,12% C, 2% Cr, 4% Ni dan tergolong mutu tinggi, ditandai dengan huruf IАI di akhir kelasnya.
Konstruksi baja paduan rendah
Baja paduan rendah adalah baja yang mengandung tidak lebih dari 0,22% C dan sejumlah kecil unsur paduan tidak kekurangan: hingga 1,8% Mn, hingga 1,2% Si, hingga 0,8% Cr, dan lain-lain.
Baja tersebut antara lain baja 09G2, 09GS, 17GS, 10G2S1, 14G2, 15HSND, 10KHNDP dan masih banyak lainnya. Baja dalam bentuk lembaran dan bagian berbentuk digunakan dalam konstruksi dan teknik mesin untuk struktur yang dilas, terutama tanpa perlakuan panas tambahan. Baja karbon rendah paduan rendah dapat dilas.
Untuk pembuatan pipa berdiameter besar digunakan baja 17GS (s0.2=360MPa, sв=520MPa).
Untuk pembuatan suku cadang yang diperkuat dengan karburisasi, digunakan baja rendah karbon (0,15-0,25% C). Kandungan unsur paduan dalam baja tidak boleh terlalu tinggi, tetapi harus memberikan kemampuan pengerasan yang diperlukan pada lapisan permukaan dan inti.
Baja kromium 15X, 20X dimaksudkan untuk pembuatan produk kecil berbentuk sederhana, disemen hingga kedalaman 1,0-1,5 mm. Baja kromium, dibandingkan dengan baja karbon, memiliki sifat kekuatan yang lebih tinggi dengan keuletan yang lebih rendah pada inti dan kekuatan yang lebih baik pada lapisan semen.
Produksi baja.
Dibandingkan dengan besi tuang, baja mengandung lebih sedikit karbon, silikon, sulfur dan fosfor. Untuk memproduksi baja dari besi tuang, perlu dilakukan pengurangan konsentrasi zat melalui peleburan oksidatif.
Dalam industri metalurgi modern, baja dilebur terutama dalam tiga unit: konvektor, tungku perapian terbuka, dan tungku listrik.
Produksi baja di konverter.
Konverter adalah wadah berbentuk buah pir. Bagian atasnya disebut visor atau helm. Ia memiliki leher di mana besi cor cair, baja, dan terak dikeringkan. Bagian tengahnya berbentuk silinder. Pada bagian bawah terdapat bagian bawah yang terpasang, yang akan diganti dengan yang baru jika sudah aus. Sebuah kotak udara terpasang di bagian bawah, tempat udara bertekanan masuk.
Kapasitas konvektor modern adalah 60 - 100 ton atau lebih, dan tekanan ledakan udara 0,3-1,35 Mn/m. Jumlah udara yang dibutuhkan untuk mengolah 1 ton besi cor adalah 350 meter kubik.
Sebelum menuangkan besi tuang, konvektor diputar ke posisi horizontal, dimana lubang tuyere berada di atas permukaan besi tuang yang dituangkan. Kemudian perlahan-lahan dikembalikan ke posisi vertikal dan pada saat yang sama dilakukan ledakan, yang mencegah logam menembus lubang tuyere ke dalam kotak udara. Dalam proses meniupkan udara melalui besi cor cair, silikon, mangan, karbon dan sebagian besi terbakar.
Ketika konsentrasi karbon yang dibutuhkan tercapai, konvektor dikembalikan ke posisi horizontal dan pasokan udara dihentikan. Logam yang sudah jadi dideoksidasi dan dituangkan ke dalam sendok.
Proses Bessemer. Besi cor cair dengan kandungan silikon yang cukup tinggi (hingga 2,25% dan lebih tinggi), mangan (0,6-0,9%), dan jumlah sulfur dan fosfor yang minimum dituangkan ke dalam konverter.
Berdasarkan sifat reaksi yang terjadi, proses Bessemer dapat dibagi menjadi tiga periode. Periode pertama dimulai setelah ledakan dimulai di konverter dan berlangsung 3-6 menit. Tetesan kecil besi cor cair terbang keluar dari leher konverter bersama dengan gas, membentuk percikan api. Selama periode ini, silikon, mangan dan sebagian besi dioksidasi menurut reaksi:
2Mn + O2 = 2MnO,
2Fe + O2 = 2FeO.
Oksida besi yang dihasilkan sebagian larut dalam logam cair, mendorong oksidasi lebih lanjut silikon dan mangan. Reaksi-reaksi ini terjadi dengan pelepasan sejumlah besar panas, yang menyebabkan logam memanas. Terak tersebut ternyata bersifat asam (40-50% SiO2).
Periode kedua dimulai setelah silikon dan mangan hampir habis terbakar. Logam cair dipanaskan dengan cukup baik sehingga tercipta kondisi yang menguntungkan untuk oksidasi karbon melalui reaksi C + FeO = Fe + CO, yang terjadi dengan penyerapan panas. Pembakaran karbon berlangsung 8-10 menit dan disertai dengan sedikit penurunan suhu logam cair. Karbon monoksida yang dihasilkan terbakar di udara. Nyala api terang muncul di atas leher konvektor.
Ketika kandungan karbon dalam logam berkurang, nyala api di atas leher berkurang dan periode ketiga dimulai. Berbeda dengan periode sebelumnya pada munculnya asap berwarna coklat di atas leher konverter. Hal ini menunjukkan bahwa silikon, mangan, dan karbon hampir seluruhnya terbakar habis dari besi tuang dan oksidasi besi yang sangat kuat telah dimulai. Periode ketiga berlangsung tidak lebih dari 2-3 menit, setelah itu konvektor dibalik ke posisi horizontal dan zat deoksidasi (ferromangan, ferrosilikon atau aluminium) dimasukkan ke dalam bak untuk mengurangi kandungan oksigen dalam logam. Reaksi terjadi pada logam
FeO + Mn = MnO + Fe,
2FeO + Si = SiO2 + Fe,
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.
Baja yang sudah jadi dituangkan dari konvektor ke dalam sendok dan kemudian dikirim untuk dituang.
Untuk mendapatkan baja dengan jumlah karbon yang telah ditentukan (misalnya, 0,4 - 0,7% C), peniupan logam dihentikan pada saat karbon belum habis terbakar, atau Anda dapat membiarkan karbon terbakar habis, dan kemudian menambahkan sejumlah besi tuang atau karbon yang mengandung ferroalloy dalam jumlah tertentu.
Kebanyakan tungku perapian terbuka dipanaskan dengan campuran tanur sembur, kokas, dan gas generator. Gas alam juga digunakan. Tungku perapian terbuka yang menggunakan bahan bakar minyak memiliki generator hanya untuk memanaskan udara.
Bahan pengisi (besi tua, besi tuang, fluks) dimasukkan ke dalam tungku dengan mesin pengisi melalui jendela pengisi. Pemanasan muatan, peleburan logam dan terak dalam tungku terjadi di ruang peleburan ketika bahan bersentuhan dengan obor gas panas. Logam jadi dikeluarkan dari tungku melalui lubang yang terletak di bagian paling bawah perapian. Selama peleburan, lubang keluar tersumbat dengan tanah liat tahan api.
Proses peleburan di tungku perapian terbuka bisa bersifat asam atau basa. Dalam proses asam, pasangan bata tahan api pada tungku terbuat dari batu bata silika. Bagian atas perapian dilas dengan pasir kuarsa dan diperbaiki setelah setiap pencairan. Selama proses peleburan diperoleh terak asam dengan kandungan silika tinggi (42-58%).
Selama proses peleburan utama, perapian dan dinding tungku terbuat dari batu bata magnesit, dan atapnya terbuat dari batu bata silika atau kromium-magnesit. Lapisan atas perapian dilas dengan bubuk magnesit atau dolomit dan diperbaiki setelah setiap pencairan. Pada proses peleburan diperoleh terak asam dengan kandungan CaO yang tinggi yaitu 54 – 56%.
Proses dasar perapian terbuka. Sebelum memulai peleburan, jumlah bahan baku (besi kasar, baja tua, batu kapur, bijih besi) dan urutan pemuatannya ke dalam tungku ditentukan. Dengan menggunakan mesin penuangan, cetakan (kotak khusus) dengan poros dimasukkan ke dalam ruang peleburan tungku dan dibalik, sebagai akibatnya muatan dituangkan ke bagian bawah tungku. Pertama, skrap kecil dimasukkan, kemudian skrap yang lebih besar dan kemudian kapur bongkahan (3 - 5% dari berat logam). Setelah memanaskan material yang dimuat, sisa potongan baja dan besi tuang diumpankan dalam dua atau tiga bagian.
Untuk memasok oksigen ke rendaman logam secara lebih intensif, bijih besi dimasukkan ke dalam terak. Oksigen terlarut dalam logam mengoksidasi silikon, mangan, fosfor dan karbon sesuai dengan reaksi yang dibahas di atas.
Pada saat seluruh muatan meleleh, sebagian besar fosfor masuk ke dalam terak, karena terak mengandung oksida besi dan kapur dalam jumlah yang cukup. Untuk menghindari transisi balik fosfor menjadi logam, sebelum bak mulai mendidih, keluarkan 40 - 50% terak primer dari tungku.
Setelah terak primer diunduh, kapur dimasukkan ke dalam kiln untuk membentuk terak baru yang lebih mendasar. Beban panas tungku meningkat sehingga kapur tahan api cepat berubah menjadi terak, dan suhu penangas logam meningkat. Setelah beberapa waktu, 15-20 menit, bijih besi dimasukkan ke dalam tungku, yang meningkatkan kandungan oksida besi dalam terak dan menyebabkan reaksi oksidasi karbon pada logam.
[C] + (FeO) = gas Co.
Karbon monoksida terbentuk dan dilepaskan dari logam dalam bentuk gelembung, menimbulkan kesan mendidih, yang berkontribusi pada pencampuran logam, pelepasan inklusi logam dan gas terlarut, serta pemerataan suhu di seluruh permukaan. kedalaman bak mandi. Untuk merebus bak mandi dengan baik, panas perlu diberikan, karena reaksi ini disertai dengan penyerapan panas. Durasi periode perebusan rendaman tergantung pada kapasitas tungku dan kualitas baja, dan berkisar antara 1,25 hingga 2,5 jam atau lebih.
Biasanya, bijih besi ditambahkan ke tungku selama periode perebusan pertama, yang disebut pemolesan logam. Laju oksidasi karbon selama periode ini di tungku perapian terbuka modern berkapasitas besar adalah 0,3–0,4% per jam.
Selama paruh kedua periode perebusan, bijih besi tidak dimasukkan ke dalam bak mandi. Logam mendidih dalam gelembung-gelembung kecil karena oksida besi yang terakumulasi dalam terak. Tingkat pembakaran karbon selama periode ini adalah 0,15 - 0,25% per jam. Selama masa perebusan, kebasaan dan fluiditas terak dipantau.
Ketika kandungan karbon dalam logam sedikit lebih rendah dari yang dibutuhkan untuk baja jadi, tahap terakhir peleburan dimulai - periode penyelesaian dan deoksidasi logam. Sejumlah gumpalan ferromangan (12% Mn) dimasukkan ke dalam tungku, dan kemudian setelah 10 - 15 menit ferrosilikon (12-16% Si). Mangan dan silikon berinteraksi dengan oksigen terlarut dalam logam, akibatnya reaksi oksidasi karbon terhenti. Tanda eksternal pelepasan logam dari oksigen adalah terhentinya pelepasan gelembung karbon monoksida pada permukaan terak.
Selama proses peleburan utama, penghilangan sebagian belerang dari logam terjadi melalui reaksi
+ (CaO) = (CaO) + (FeO).
Hal ini memerlukan suhu tinggi dan kebasaan terak yang cukup.
Proses perapian terbuka asam. Proses ini terdiri dari periode yang sama dengan periode utama. Muatan yang digunakan sangat murni dalam hal fosfor dan belerang. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa terak asam yang dihasilkan tidak dapat menahan pengotor berbahaya tersebut.
Tungku biasanya beroperasi dengan muatan padat. Jumlah skrap sama dengan 30–50% massa muatan logam. Tidak lebih dari 0,5% Si diperbolehkan dalam tagihan. Bijih besi tidak dapat dimasukkan ke dalam tungku, karena dapat berinteraksi dengan silika tungku dan menghancurkannya sebagai akibat dari pembentukan senyawa 2FeO*SiO2 dengan titik leleh rendah. Untuk mendapatkan terak primer, sejumlah kuarsit atau terak perapian terbuka dimasukkan ke dalam tungku. Setelah itu, muatan dipanaskan oleh gas tungku; besi, silikon, mangan teroksidasi, oksidanya menyatu dengan fluks dan membentuk terak asam yang mengandung hingga 40–50% SiO2. Dalam terak ini, sebagian besar oksida besi berbentuk silikat, sehingga sulit berpindah dari terak ke logam. Perebusan rendaman selama proses asam dimulai lebih lambat dibandingkan dengan proses utama, dan terjadi lebih lambat bahkan dengan pemanasan logam yang baik. Selain itu, terak asam mengalami peningkatan viskositas, yang berdampak negatif pada pembakaran karbon.
Karena baja dilebur di bawah lapisan terak asam dengan kandungan oksida besi bebas yang rendah, terak ini melindungi logam dari oksigenasi. Sebelum meninggalkan tungku, baja mengandung lebih sedikit oksigen terlarut dibandingkan baja yang dilebur pada proses utama.
Untuk mengintensifkan proses perapian terbuka, udara diperkaya dengan oksigen, yang dimasukkan ke dalam nyala api. Hal ini memungkinkan untuk memperoleh suhu nyala api yang lebih tinggi, meningkatkan emisivitasnya, mengurangi jumlah produk pembakaran dan dengan demikian meningkatkan daya termal tungku.
Oksigen juga dapat dimasukkan ke dalam bak tungku. Memasukkan oksigen ke dalam obor dan ke dalam bak tungku mengurangi periode peleburan dan meningkatkan produktivitas tungku sebesar 25-30%. Produksi kubah kromium-magnesit sebagai pengganti kubah dinas memungkinkan untuk meningkatkan daya termal tungku, meningkatkan periode perbaikan sebanyak 2-3 kali lipat dan meningkatkan produktivitas sebesar 6-10%.
Pelelehan berkas elektron pada logam. Untuk mendapatkan logam dan paduan murni, peleburan berkas elektron digunakan. Pelelehan didasarkan pada penggunaan energi kinetik elektron bebas yang dipercepat dalam medan listrik tegangan tinggi. Aliran elektron diarahkan ke logam, menyebabkannya memanas dan meleleh.
Peleburan berkas elektron memiliki sejumlah keuntungan: berkas elektron memungkinkan diperolehnya kepadatan energi pemanasan yang tinggi, mengatur kecepatan peleburan dalam batas yang luas, menghilangkan kontaminasi lelehan oleh bahan wadah, dan menggunakan muatan dalam bentuk apa pun. Panas berlebih pada logam cair dikombinasikan dengan kecepatan leleh yang rendah dan ruang hampa yang dalam akan tercipta kondisi efektif untuk membersihkan logam dari berbagai kotoran.
Peleburan kembali elektroslag. Metode yang sangat menjanjikan untuk menghasilkan logam berkualitas tinggi adalah peleburan kembali electroslag. Tetesan logam yang terbentuk selama peleburan kembali benda kerja melewati lapisan logam cair dan dimurnikan. Saat memproses logam dengan terak dan mengarahkan kristalisasi ingot dari bawah ke atas, kandungan belerang dalam benda kerja berkurang 30–50%, dan kandungan inklusi non-logam berkurang dua hingga tiga kali lipat.
Menyedot baja. Peleburan vakum banyak digunakan untuk menghasilkan baja berkualitas tinggi. Ingot tersebut mengandung gas dan sejumlah inklusi non-logam. Mereka dapat dikurangi secara signifikan jika Anda menggunakan evakuasi baja selama peleburan dan pengecorannya. Dalam metode ini, logam cair disimpan dalam ruang tertutup, tempat udara dan gas lainnya dikeluarkan. Evakuasi baja dilakukan dalam centong sebelum dituang ke dalam cetakan. Hasil terbaik diperoleh ketika baja, setelah dievakuasi dalam sendok, dituangkan ke dalam cetakan juga dalam ruang hampa. Peleburan logam dalam ruang hampa dilakukan dalam tungku induksi tertutup.
Pemurnian baja dalam sendok dengan terak sintetis cair. Inti dari metode ini adalah baja dimurnikan dari inklusi belerang, oksigen dan non-logam dengan mencampurkan baja secara intensif dalam sendok dengan terak yang sebelumnya dituangkan ke dalamnya, disiapkan dalam tungku peleburan terak khusus. Baja setelah diolah dengan terak cair memiliki sifat mekanik yang tinggi. Dengan mengurangi periode pemurnian di tungku busur, yang produktivitasnya dapat ditingkatkan sebesar 10 - 15%. Tungku perapian terbuka yang diolah dengan terak sintetik memiliki kualitas yang mendekati kualitas baja yang dilebur dalam tungku listrik.
Baja (dari bahasa Jerman Stahl) adalah paduan (larutan padat) besi dengan karbon (dan unsur lainnya), yang ditandai dengan transformasi eutektoid. Kandungan karbon pada baja tidak lebih dari 2,14%. Karbon memberi kekuatan dan kekerasan pada paduan besi, mengurangi keuletan dan ketangguhan.
Mengingat unsur paduan dapat ditambahkan pada baja, maka baja adalah paduan besi dengan karbon dan unsur paduan yang mengandung paling sedikit 45% besi (baja paduan, baja paduan tinggi).
Aplikasi
Baja dengan sifat elastis tinggi banyak digunakan dalam pembuatan mekanik dan instrumen. Dalam teknik mesin, mereka digunakan untuk pembuatan pegas, peredam kejut, dan pegas listrik untuk berbagai keperluan, dalam pembuatan instrumen - untuk berbagai elemen elastis: membran, pegas, pelat relai, bellow, penyangga, suspensi.
Pegas, pegas mesin, dan elemen elastis perangkat dicirikan oleh berbagai bentuk, ukuran, dan kondisi pengoperasian yang berbeda. Keunikan pekerjaan mereka adalah bahwa di bawah beban statis, siklik atau kejut yang besar, deformasi sisa tidak diperbolehkan di dalamnya. Dalam hal ini, semua paduan pegas, selain sifat mekanik yang melekat pada semua bahan struktural (kekuatan, keuletan, ketangguhan, daya tahan), harus memiliki ketahanan yang tinggi terhadap deformasi plastis kecil. Dalam kondisi pembebanan statis jangka pendek, ketahanan terhadap deformasi plastis kecil ditandai dengan batas elastis, dan dalam kondisi pembebanan statis atau siklik jangka panjang, ketahanan relaksasi ditandai.
Klasifikasi
Baja dibagi menjadi struktural Dan instrumental. Salah satu jenis baja perkakas adalah baja kecepatan tinggi.
Menurut komposisi kimianya, baja dibagi menjadi karbon dan paduan; termasuk berdasarkan kandungan karbon - menjadi karbon rendah (hingga 0,25% C), karbon sedang (0,3-0,55% C) dan karbon tinggi (0,6-2% C); Baja paduan, menurut kandungan elemen paduannya, dibagi menjadi paduan rendah - hingga 4% elemen paduan, paduan sedang - hingga 11% elemen paduan dan paduan tinggi - lebih dari 11% elemen paduan.
Baja, tergantung pada metode produksinya, mengandung jumlah inklusi non-logam yang berbeda-beda. Kandungan pengotor menjadi dasar klasifikasi baja berdasarkan kualitas: kualitas biasa, kualitas tinggi, kualitas tinggi dan terutama kualitas tinggi.
Karakteristik baja
Kepadatan: 7700-7900 kg/m³,
Berat jenis: 75500-77500 N/m³ (7700-7900 kgf/m³ dalam sistem MKGSS),
Kapasitas kalor jenis pada 20 °C: 462 J/(kg °C) (110 kal/(kg °C)),
Titik lebur: 1450-1520 °C,
Panas spesifik peleburan: 84 kJ/kg (20 kkal/kg, 23 Wh/kg),
Koefisien konduktivitas termal pada suhu 100 °C. Baja krom-nikel-tungsten 15,5 W/(m K)
Baja kromium 22,4 W/(mK)
Baja molibdenum 41,9 W/(mK)
Baja karbon(kelas 30) 50,2 W/(m K)
Baja karbon (kelas 15) 54,4 W/(mK)
Koefisien ekspansi termal linier pada suhu sekitar 20 °C: baja St3 (kelas 20) 1/°C
baja tahan karat 1/°C
Baja rel 690-785 MPa
Produksi baja
Inti dari proses pengolahan besi cor menjadi baja adalah mengurangi kandungan karbon dan pengotor berbahaya - fosfor dan belerang hingga konsentrasi yang diperlukan, yang membuat baja rapuh dan rapuh. Tergantung pada metode oksidasi karbon, ada berbagai metode untuk mengolah besi tuang menjadi baja: konverter, perapian terbuka, dan elektrotermal.
Metode Bessemer
Metode Bessemer mengolah besi tuang yang mengandung sedikit fosfor dan belerang serta kaya akan silikon (minimal 2%). Ketika oksigen dihembuskan, silikon pertama kali teroksidasi, melepaskan sejumlah besar panas. Akibatnya, suhu awal besi tuang dari sekitar 1300°C dengan cepat naik menjadi 1500-1600°C. Pembakaran 1% Si menyebabkan peningkatan suhu sebesar 200°C. Pada suhu sekitar 1500°C, pembakaran karbon intensif dimulai. Bersamaan dengan itu, besi juga teroksidasi secara intensif, terutama menjelang akhir pembakaran silikon dan karbon:
Si + O2 = SiO2
2C + O2 = 2CO
2Fe + O2 = 2FeO
Besi monoksida FeO yang dihasilkan larut dengan baik dalam besi tuang cair dan sebagian berubah menjadi baja, dan sebagian bereaksi dengan SiO2 dan dalam bentuk besi silikat FeSiO3 berubah menjadi terak:
FeO + SiO2 = FeSiO3
Fosfor berpindah sepenuhnya dari besi tuang ke baja, sehingga P2O5 dengan kelebihan SiO2 tidak dapat bereaksi dengan oksida basa, karena SiO2 bereaksi lebih kuat dengan oksida basa. Oleh karena itu, besi cor fosfor tidak dapat diolah menjadi baja dengan metode ini.
Semua proses dalam konverter berlangsung cepat - dalam waktu 10-20 menit, karena oksigen udara yang dihembuskan melalui besi tuang bereaksi dengan zat yang sesuai di seluruh volume logam sekaligus. Saat meniup dengan udara yang kaya oksigen, prosesnya dipercepat. Karbon monoksida CO, terbentuk ketika karbon terbakar, berdeguk ke atas dan terbakar di sana, membentuk nyala api ringan di atas leher konverter, yang mengecil seiring dengan pembakaran karbon dan kemudian menghilang sepenuhnya, yang berfungsi sebagai tanda berakhirnya proses. Baja yang dihasilkan mengandung sejumlah besar besi monoksida terlarut FeO, yang sangat mengurangi kualitas baja. Oleh karena itu, sebelum pengecoran, baja harus dideoksidasi menggunakan berbagai bahan deoksidasi - ferrosilikon, feromangan, atau aluminium:
2FeO + Si = 2Fe + SiO2
FeO + Mn = Fe + MnO
3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3
Mangan monoksida MnO sebagai oksida utama bereaksi dengan SiO2 membentuk mangan silikat MnSiO3, yang berubah menjadi terak. Aluminium oksida, sebagai zat yang tidak larut dalam kondisi ini, juga mengapung ke atas dan berubah menjadi terak. Meskipun sederhana dan produktivitasnya tinggi, metode Bessemer saat ini kurang tersebar luas karena memiliki sejumlah kelemahan yang signifikan. Jadi, besi cor untuk metode Bessemer harus memiliki kandungan fosfor dan sulfur paling rendah, yang tidak selalu memungkinkan. Dengan metode ini, terjadi pembakaran logam yang sangat besar, dan hasil baja hanya 90% dari massa besi tuang, dan juga banyak bahan deoksidasi yang dikonsumsi. Kerugian seriusnya adalah ketidakmampuan mengatur komposisi kimia baja.
Baja bessemer biasanya mengandung karbon kurang dari 0,2% dan digunakan sebagai besi industri untuk produksi kawat, baut, besi atap, dll.
metode Thomas
Metode Thomas mengolah besi cor dengan kandungan fosfor yang tinggi (hingga 2% atau lebih). Perbedaan utama antara metode ini dan metode Bessemer adalah lapisan konverter terbuat dari magnesium dan kalsium oksida. Selain itu, hingga 15% CaO ditambahkan ke besi tuang. Akibatnya, zat pembentuk terak mengandung banyak oksida dengan sifat basa.
Dalam kondisi ini, fosfat anhidrida P2O5, yang timbul selama pembakaran fosfor, berinteraksi dengan kelebihan CaO untuk membentuk kalsium fosfat dan berubah menjadi terak:
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2
Reaksi pembakaran fosfor merupakan salah satu sumber panas utama dalam metode ini. Ketika 1% fosfor dibakar, suhu konverter naik 150 °C. Belerang dilepaskan ke dalam terak dalam bentuk kalsium sulfida CaS, tidak larut dalam baja cair, yang terbentuk sebagai hasil interaksi FeS yang larut dengan CaO menurut reaksinya:
FeS + CaO = FeO + CaS
Semua proses terakhir terjadi dengan cara yang sama seperti metode Bessemer. Kelemahan metode Thomas sama dengan kelemahan metode Bessemer. Baja Thomas juga rendah karbon dan digunakan sebagai besi teknis untuk produksi kawat, besi atap, dll.
Tungku perapian terbuka
Metode perapian terbuka berbeda dengan metode konverter karena pembakaran kelebihan karbon pada besi tuang terjadi tidak hanya karena oksigen atmosfer, tetapi juga oksigen dari oksida besi, yang ditambahkan dalam bentuk bijih besi dan skrap besi berkarat.
Tungku perapian terbuka terdiri dari bak peleburan yang dilapisi dengan lengkungan batu bata tahan api dan ruang regenerator khusus untuk memanaskan udara dan gas yang mudah terbakar. Regenerator diisi dengan kemasan batu bata tahan api. Ketika dua regenerator pertama dipanaskan oleh gas tungku, gas dan udara yang mudah terbakar dihembuskan ke dalam tungku melalui regenerator ketiga dan keempat yang sangat panas. Setelah beberapa waktu, ketika dua regenerator pertama memanas, aliran gas diarahkan ke arah yang berlawanan, dan seterusnya.
Bak peleburan tungku perapian terbuka yang kuat memiliki panjang hingga 16 m, lebar hingga 6 m, dan tinggi lebih dari 1 m.Kapasitas bak mandi tersebut mencapai 500 ton baja. Besi tua dan bijih besi dimasukkan ke dalam bak peleburan. Batu kapur juga ditambahkan ke dalam campuran sebagai fluks. Suhu oven dijaga pada 1600-1650° C ke atas. Pembakaran pengotor karbon dan besi cor pada periode pertama peleburan terjadi terutama karena kelebihan oksigen dalam campuran yang mudah terbakar dengan reaksi yang sama seperti pada konverter, dan ketika lapisan terak terbentuk di atas besi cor cair - karena oksida besi
4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2
2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5
FeO + C = Fe + CO
Karena interaksi oksida basa dan asam, silikat dan fosfat terbentuk, yang berubah menjadi terak. Belerang juga berubah menjadi terak dalam bentuk kalsium sulfida:
MnO + SiO2 = MnSiO3
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2
FeS + CaO = FeO + CaS
Tungku perapian terbuka, seperti konverter, beroperasi secara berkala. Setelah baja dituang, tungku diisi kembali dengan muatan, dll. Proses pengubahan besi tuang menjadi baja di tungku terbuka terjadi relatif lambat selama 6-7 jam. Berbeda dengan konverter, dalam tungku perapian terbuka Anda dapat dengan mudah menyesuaikan komposisi kimia baja dengan menambahkan besi tua dan bijih ke besi tuang dalam satu proporsi atau lainnya. Sebelum akhir peleburan, pemanasan tungku dihentikan, terak dikeringkan, dan kemudian ditambahkan oksida asam. Baja paduan juga dapat diproduksi di tungku terbuka. Untuk melakukan hal ini, logam atau paduan yang sesuai ditambahkan ke baja pada akhir proses peleburan.
Metode elektrotermal
Metode elektrotermal memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan metode perapian terbuka dan khususnya metode konverter. Cara ini memungkinkan diperolehnya baja dengan sangat baik Kualitas tinggi dan secara tepat mengatur komposisi kimianya. Akses udara ke tungku listrik tidak signifikan, oleh karena itu, besi monoksida FeO yang terbentuk jauh lebih sedikit, yang mencemari baja dan mengurangi sifat-sifatnya. Suhu dalam tungku listrik tidak lebih rendah dari 2000° C. Hal ini memungkinkan baja dilebur menggunakan terak yang sangat basa (yang sulit dicairkan), di mana fosfor dan belerang dihilangkan seluruhnya. Selain itu, karena suhu yang sangat tinggi dalam tungku listrik, baja dapat dipadukan dengan logam tahan api - molibdenum dan tungsten. Namun tungku listrik mengkonsumsi banyak listrik - hingga 800 kW/jam per 1 ton baja. Oleh karena itu, metode ini hanya digunakan untuk memproduksi baja khusus berkualitas tinggi.
Tungku listrik tersedia dalam berbagai kapasitas - mulai dari 0,5 hingga 180 ton Lapisan tungku biasanya terbuat dari bahan utama (dengan CaO dan MgO). Komposisi muatannya mungkin berbeda. Kadang-kadang terdiri dari 90% besi tua dan 10% besi tuang, kadang-kadang didominasi oleh besi tuang dengan bahan tambahan bijih besi dan besi tuam dalam proporsi tertentu. Batu kapur atau kapur juga ditambahkan ke dalam campuran sebagai fluks. Proses kimia selama peleburan baja di tungku listrik sama dengan proses di tungku terbuka.
Sifat baja
Properti fisik
kepadatan ρ ≈ 7,86 g/cm3; koefisien muai panas linier α = 11 ... 13 10−6 K−1;
koefisien konduktivitas termal k = 58 W / (m K);
Modulus Young E = 210 IPK;
modulus geser G = 80 GPa;
Rasio Poisson = 0,28...0,30;
resistivitas (20 °C, 0,37-0,42% karbon) = 1,71 · 10−7 ohm·m
Perlit adalah campuran eutektoid dari dua fase - ferit dan sementit, mengandung 1/8 sementit sehingga memiliki kekuatan dan kekerasan yang meningkat dibandingkan ferit. Oleh karena itu, baja hipoeutektoid jauh lebih ulet dibandingkan baja hipereutektoid.
Baja mengandung hingga 2,14% karbon. Landasan ilmu baja, sebagai paduan besi dan karbon, adalah diagram fase paduan besi-karbon - tampilan grafis keadaan fase paduan besi-karbon tergantung pada komposisi kimia dan suhunya. Untuk meningkatkan karakteristik mekanik dan baja lainnya, paduan digunakan. Tujuan utama paduan sebagian besar baja adalah untuk meningkatkan kekuatan dengan melarutkan unsur paduan dalam ferit dan austenit, membentuk karbida dan meningkatkan kemampuan pengerasan. Selain itu, unsur paduan dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi, tahan panas, tahan panas, dll. Unsur seperti kromium, mangan, molibdenum, tungsten, vanadium, dan titanium membentuk karbida, tetapi nikel, silikon, tembaga, dan aluminium tidak membentuk karbida. Selain itu, elemen paduan mengurangi laju pendinginan kritis selama pendinginan, yang harus diperhitungkan saat menetapkan mode pendinginan (suhu pemanasan dan media pendingin). Dengan sejumlah besar elemen paduan, struktur dapat berubah secara signifikan, yang mengarah pada pembentukan kelas struktural baru dibandingkan dengan baja karbon.
Pengolahan baja
Jenis perlakuan panas
Baja pada keadaan awalnya cukup plastis, dapat diproses dengan cara deformasi: ditempa, digulung, dicap. Ciri khas baja adalah kemampuannya untuk mengubah sifat mekaniknya secara signifikan setelah perlakuan panas, yang intinya adalah mengubah struktur baja selama pemanasan, penahanan, dan pendinginan, sesuai dengan rezim khusus. Jenis perlakuan panas berikut ini dibedakan:
anil;
normalisasi;
pengerasan;
Liburan.
Semakin kaya karbon suatu baja, semakin keras baja tersebut setelah perlakuan panas. Baja dengan kandungan karbon hingga 0,3% (besi teknis) praktis tidak dapat dikeraskan.
Karburisasi (C) meningkatkan kekerasan permukaan baja ringan karena meningkatnya konsentrasi karbon pada lapisan permukaan.
PERTANYAAN 13. Klasifikasi baja berdasarkan struktur dan tujuannya.
Berdasarkan struktur:
1) hipoeutektoid (karbon 0-0,8) ditemukan dalam struktur ini. Ferit dan perlit. Bagaimana< С, тем >perlit, baja lebih kuat.
2) eutektoid (C=0,8). Mereka hanya memiliki perlit dalam strukturnya, bajanya kuat.
3) avtektoid (C 0.8-2.14). Mereka memiliki P dan C kedua dalam strukturnya, mereka menjadi sangat keras, kurang kental dan plastis.
Berdasarkan tujuan:
1) konstruksi (C 0.8-2.14) baja ini cukup kuat, dapat digulung dan dilas dengan baik.
2) Teknik mesin (C 0,3-0,8). Mereka memiliki lebih banyak perlit, sehingga lebih banyak TV daripada bahan konstruksi, meskipun viskositas dan keuletannya berkurang.
3) Instrumental (C dari 0.7-1.3). Ini adalah baja karbon tinggi, sangat keras, tidak ulet.
4) Baja tuang - paduan digunakan untuk pengecoran baja. C=0,035. baja karbon rendah.