Ocel, kov, litina – termíny a definice – GP Stalmash

Doba železná začala v 9. až 7. století př. n. l. a trvala až do 1. století n. l. Poté v Číně zvládnout primitivní výrobu litiny – slitiny železa a uhlíku. V Evropě a Rusku se s výrobou litiny začalo až ve 14., respektive 16. století. A výroba víceméně kvalitní vysoce uhlíkové oceli se stala možnou až v posledních 200 letech.

Zpočátku se všude používala měkká ocel. Před příchodem oceli s vysokým obsahem uhlíku se čepele zbraní záměrně ztlušťovaly, aby se zvýšila pevnost, a ostří se muselo často brousit. Pro ty, kteří pracovali v terénu, byl brousek nutností pro každodenní nošení. Nedalo se očekávat, že čepel zůstane dlouho ostrá.

Vysoce uhlíková ocel byl prvním typem oceli, který skutečně měl některé závažné výhody. Měl hluboký vliv jak na konstrukci nástrojů, tak na jejich použití. Armády, které měly přístup k vysoce uhlíkové oceli, měly značnou výhodu oproti nepřátelům, kteří takovou ocel dosud nezískali. Uhlíková ocel zásadním způsobem změnila svět oceli.

Časným příkladem oceli s vysokým obsahem uhlíku byl slavný Damašková ocelVýroba damaškové oceli byla přísně střeženým tajemstvím, předávaným z mistra na učedníka. Tajemství pravé damaškové oceli bylo nakonec kolem roku 1750 ztraceno. O tom si povíme jindy.

Samozřejmě, od té doby lidé vyvinuli nejen damašek, ale také se naučili používat jiné metody výroby vysoce uhlíkové oceli.

Co je to ocel s vysokým obsahem uhlíku?

Uhlíková ocel je slitina železa a uhlíku. Technicky vzato se ocel stává vysoce uhlíkovou, když obsah uhlíku překročí 0,55 %. Obsah uhlíku může dosáhnout 3,4 %, ale jeho výroba je obtížnější a dražší. Proto nejčastěji vysoce uhlíková ocel obsahuje 0,55 až 1 % uhlíku.

Historicky se termín „vysokouhlíková ocel“ používal konkrétně k označení nerezových ocelí s vysokým obsahem uhlíku. Moderní nerezové oceli však mohou mít stejné procento uhlíku jako nerezové oceli. V dnešním nožářském průmyslu je téměř veškerá ocel s vysokým obsahem uhlíku, až na několik výjimek, jako například vrhací nožeDodnes mnoho lidí používá termín „vysokouhlíková ocel“ pro označení nerezové oceli, takže je důležité umět tyto pojmy definovat při diskusi o druzích oceli.

Vysokouhlíková nerezová ocel

Jak jsme již zmínili, vysoce uhlíková ocel obsahuje železo a nejméně 0,55 % uhlíku. Pro zlepšení různých vlastností mohou být přidány i další kovy. Nevýhodou uhlíkové oceli je, že je velmi náchylná ke korozi – mnoho čepelí vyrobených z takové oceli má speciální povlaky, které korozi zabraňují. Pokud se o nože vyrobené z takové oceli řádně nepečuje, rez může čepel zničit a ocel zcela korodovat.

Historie nerezové oceli

V průběhu 1800. století přispěli vědci a průmyslníci z Británie, Francie a Německa k vývoji nerezové oceli. Pozorování a experimenty zaměřené na možná vylepšení oceli byly zaznamenány vědci již v roce 1820. Michael Faraday и Pierre BerthierZaznamenali schopnost slitiny chromu a železa odolávat kyselé korozi. Protože vědci dosud neznali roli nízkého obsahu uhlíku, nebyli schopni získat slitinu s vysokým obsahem chromu.

Jednu z nejvýznamnějších rolí v tom sehrál/a Harry Brearley z anglického města Sheffield. To není překvapivé, jelikož Sheffield vyráběl příbory již od šestnáctého století. Brearley byl jmenován hlavním výzkumníkem v Brown Firth Laboratories v roce 1908 a někdy mezi lety 1910 a 1914 vytvořil ocel s dostatečným množstvím chromu, aby ji bylo možné považovat za nerezovou. Datum se liší pramen od zdroje.

Brearley původně nazýval slitinu svou nerezovou ocelí, ale jeho kolega Ernest Stewart navrhl Nerezová ocela název se uchytil.

Tato ocel se používala k výrobě stolních nožů, které měly být odolné vůči korozi. Bohužel, ačkoli nože byly odolné vůči korozi, neřezaly tak dobře, jak by se dalo doufat. A Brierley brzy si získal pověst vynálezce „nůž, který neřeže“Tato slitina se používala k výrobě stolních nožů 50 let, než se metalurgové naučili vyrábět nerezovou ocel, která by si dostatečně dlouho udržela ostří.

Teprve v 60. letech XNUMX. století se ve výrobě začala používat nerezová ocel s vysokým obsahem uhlíku. Švýcarské armádní nože. Brzy je následovala americká společnost Schradea pak každá další společnost vyrábějící nože ve Spojených státech.

Postupem času se znalosti lidstva o chemii a chemických vazbách rozšířily, byly vynalezeny lepší mikroskopy a lépe jsme porozuměli oceli. Metalurgie se v posledních několika desetiletích dramaticky zlepšila. A nyní je možné vytvářet fantastické oceli s vysokým obsahem uhlíku a nerezové oceli, které velmi dobře drží ostří.

Vysoce uhlíková nerezová ocel

Výzkum ukázal, že pokud ocel obsahuje alespoň 10 % chromu (Cr), chrání ji to před korozí. Volný chrom je přitahován a kombinován s molekulami kyslíku, čímž na povrchu oceli vytváří ochrannou vrstvu. Tato vrstva zabraňuje reakci kyslíku (O) se železem (Fe) za vzniku rzi (Fe2O). Naštěstí se tato vrstva sama obnovuje při poškrábání, řezání nebo promáčknutí. Nerezová ocel je také odolná vůči korozi při vystavení mnoha kyselinám. O tom jsme psali podrobněji. v samostatném článku.

Hlavní problémy, kterým výrobci čelí při výrobě nerezové oceli s vysokým obsahem uhlíku, jsou obsah uhlíku, popouštění a obsah chromu. Obsah uhlíku zvyšuje pevnost oceli, takže pokud se ho přidá příliš mnoho, slitina se stává křehkou. Pokud výrobci použijí příliš málo uhlíku, není ho dostatek k posílení oceli. Obsah chromu může mít také obrovský vliv na konečný výrobek. Chrom je přitahován k uhlíku, což znamená, že uhlík může „ukrást“ chrom z celkové slitiny. Když k tomu dojde, čepel se stává méně odolnou vůči korozi, než by měla být. Nesprávné kalení a popouštění může také čepel velmi zkřehnout. Nerezová ocel s vysokým obsahem uhlíku má obecně poměrně nízkou tepelnou toleranci a může se stát příliš křehkou pro použití.

Vysoce uhlíková nerezová ocel — je slitina obsahující železo, nejméně 0,55 % uhlíku a nejméně 13 % chromu. Díky tomu například ocel D2 technicky není nerezovou ocelí, protože obvykle obsahuje 11 % až necelých 13 % chromu.

Závěr

Stává se, že si lidé koupí nůž vyrobený z uhlíkové nerezové oceli a o dva týdny později ho přinesou zpět, protože se čepel po krájení ovoce zašpinila, nebo byl nůž (samozřejmě krátce a omylem) ponechán ve vodě a z nějakého důvodu (!) začal rezavět.

Existují různé oceli pro různé účely. Po zakoupení jakéhokoli nože z nerezové oceli byste neměli kolem čepele omotat plátky citronu, nechat ho přes noc v dřezu a pak se upřímně divit – proč je nůž rezavý, vždyť ocel je nerezová! Pokud například trávíte hodně času na moři, měli byste se blíže podívat na nože vyrobené z. Ocel H1.

Vysokouhlíkové oceli vyžadují náležitou péči – to je fakt. Zároveň se ale čepele z takových ocelí otupují mnohem pomaleji a mají agresivnější řez. Každý si sám určí, co je pro něj důležité.

V našem sekce věnovaná nožům, existuje speciální filtr – materiál čepele, kde si můžete vybrat ocel, kterou potřebujete, a dokonce si přečíst její popis kliknutím na malý otazník.

obsahuje mangan, uhlík a často i další legující prvky.

V uhlíkových a nízkolegovaných ocelích je maximální obsah uhlíku až 2,0 %;

u vysoce legované oceli až do přibližně 2,5 %.

Rozdíl mezi nízkolegovanými a vysocelegovanými ocelemi se obvykle považuje za hranici s obsahem přibližně 5 % kovových legujících prvků.

Obsah manganu je také hlavním rozlišovacím faktorem, přičemž ocel obvykle obsahuje alespoň 0,25 % Mn a komerčně čisté železo ho obsahuje podstatně méně.

Legující prvek.

Prvek přidaný do kovu a zadržený v něm, který mění jeho strukturu a chemické složení.

Legované oceli.

Obsahující určité množství legujících prvků (nejen uhlíku, ale také určité množství manganu, mědi, křemíku, síry a fosforu) v mezích požadovaných pro konstrukční legované oceli, za účelem změny jejich mechanických nebo fyzikálních vlastností.

Vysoce pevné nízkolegované oceli.

Ocel navržená tak, aby poskytovala lepší mechanické vlastnosti a vyšší odolnost vůči atmosférické korozi než uhlíková ocel. Tato ocel by neměla být klasifikována jako legovaná ocel, protože byla vyrobena pro speciální mechanické vlastnosti, nikoli pro speciální chemické složení (oceli HSLA mají mez kluzu vyšší než 275 MPa nebo 40 ksi). Chemické složení ocelí HSLA se může lišit v závislosti na požadované tloušťce a mechanických vlastnostech. Tyto oceli mají nízký obsah uhlíku (0,05–0,25 %), aby dosáhly dostatečné tvařitelnosti a svařitelnosti, a obsah manganu až 2,0 %. Malé množství chromu, niklu, molybdenu, mědi, dusíku, vanadu, niobu, titanu a zirkonia se používá v různých kombinacích.

Nízkolegované oceli.

Třída železných kovů, které vykazují pevnostní vlastnosti vyšší než u běžných uhlíkových ocelí v důsledku přidání legujících prvků, jako je nikl, chrom a molybden. Celkový obsah legujících prvků se může pohybovat od 2,07 % až po úroveň těsně pod úrovní nerezových ocelí, které obsahují minimálně 10 % Cr.

Tvárná litina.

Litina získaná prodlouženým žíháním bílé litiny, během kterého dochází k procesům oduhličení a grafitizace, které částečně nebo úplně eliminují cementit. Grafit je ve formě žíhacího uhlíku. Pokud převládá oduhličovací reakce, má produkt světlý lomový povrch – tvárná litina s bílým srdcem. Pokud je lomový povrch tmavý – tvárná litina s tmavým srdcem. Ve Spojených státech se vyrábí pouze tvárná litina s tmavým srdcem. Tvárná litina má převážně feritickou matrici; perlitická tvárná litina může obsahovat nodulární perlit nebo popouštěný martenzit, v závislosti na tepelném zpracování a požadované tvrdosti.

Šedá litina.

Široká třída železných slitin (litiny), která se typicky vyznačuje mikrostrukturou lamelárního grafitu v železné matrici. Šedá litina obvykle obsahuje 2,5 až 4 % C, 1 až 3 % křemíku a přísady manganu v závislosti na požadované mikrostruktuře (od 0,1 % Mn ve feritické šedé litině do 1,2 % v perlitické). Síra a fosfor jsou také přítomny v malém množství jako zbytkové nečistoty.

Litina.

Obecný termín pro velkou skupinu litinových slitin, ve kterých obsah uhlíku převyšuje rozpustnost uhlíku v austenitu při eutektické teplotě. Většina litin obsahuje alespoň 2 % uhlíku, plus křemík a síru a může obsahovat i další legující prvky. Viz také tvárná litina, temperovaná litina, šedá litina, tvárná litina a bílá litina.

Litina s vermikulárním grafitem.

Litina s grafitem v přechodné formě mezi vločkovým tvarem typickým pro šedou litinu a kulovitým tvarem tvárné litiny. Struktura postrádá vločkový grafit, ale skládá se z 20 % kuličkového grafitu a 80 % vermikulárního grafitu (ASTM A247, typ IV). Vermikulární grafit, známá také jako CG litina, je podobná lité temperované litině, ale používá se technika k potlačení tvorby kuličkového grafitu. Typické nominální složení CG litiny obsahuje 3,1 až 4,0 % C, 1,7 až 3,0 % křemíku a 0,1 až 0,6 % manganu.

Polotichá ocel.

Povrchový stav poloklidného ocelového ingotu se blíží povrchu lemované oceli. Zbývající vlastnosti jsou mezi lemovanou a klidnou ocelí.

Klidná ocel.

Ocel, která byla ošetřena silným deoxidačním činidlem, jako je křemík nebo hliník, aby se snížil obsah kyslíku na takovou úroveň, že během krystalizace nedochází k žádné reakci mezi uhlíkem a kyslíkem.

Uhlíková ocel.

Ocel obsahující maximálně 1,65 % manganu, 0,60 % křemíku a 0,60 % mědi – a pouze nevýznamné množství jakýchkoli dalších prvků kromě uhlíku, křemíku, manganu, mědi, síry a fosforu. Nízkouhlíkové oceli obsahují až 0,30 % uhlíku, středněuhlíkové oceli obsahují 0,30 až 0,60 % uhlíku a vysokouhlíkové oceli obsahují 0,60 až 1,00 % uhlíku.

Legované litiny.

Litiny obsahující více než 3 % legujících prvků. Rozlišují se legované bílé litiny, šedé litiny a temperované litiny.

Legovaná slitina.

Slitina obohacená jedním nebo více požadovanými legujícími prvky, které se přidávají do roztaveného kovu za účelem dosažení požadované koncentrace.

Ložiskové oceli.

Legované oceli používané k výrobě valivých ložisek. Obvykle se vyrábějí z ocelí s vysokým obsahem uhlíku (1,00 %) a nízkým obsahem uhlíku (0,20 %). Vysokouhlíkové oceli se používají po indukčním povrchovém kalení. Nízkouhlíkové oceli se cementují, aby se dosáhlo potřebné povrchové tvrdosti při zachování základních vlastností.

Nástrojová ocel.

Kterákoli z tříd uhlíkových a legovaných ocelí běžně používaných k výrobě nástrojů. Nástrojové oceli se vyznačují vysokou tvrdostí a odolností proti oděru a zároveň si zachovávají vysokou tvrdost i při zvýšených teplotách. Těchto vlastností se obvykle dosahuje vysokým obsahem uhlíku a legováním.

Kov.

1) Neprůhledná, lesklá elementární látka, která je dobrým vodičem tepla a elektřiny a po vyleštění se vyznačuje dobrým odrazem světla. Většina kovů je tvárná a tvárná a má vyšší hustotu než jiné elementární látky.

2) Kovy se od nekovů liší svou strukturou meziatomovými vazbami a elektronovým potenciálem. Atomy kovů mají tendenci ztrácet elektrony ze svých drah. Takto vzniklé kladné ionty jsou drženy pohromadě elektronovým plynem. Schopnost těchto „volných elektronů“ nést elektrické náboje a skutečnost, že tyto schopnosti klesají se zvyšující se teplotou, určují hlavní rozdíly mezi kovovými pevnými látkami.

3) Chemicky elementární látka, jejíž hydroxid je alkalický.

Válcování.

Jakýkoli technický produkt válcovny.

Hlavní rozdíly mezi litinou a ocelí:
Litina je lehčí než ocel
Litina má nižší bod tání.
Ocel se snáze zpracovává (svařuje, řeže, válcuje, kuje).
Litinové výrobky jsou poréznější a jejich tepelná vodivost je výrazně nižší.
Litina má nízkou tepelnou vodivost, zatímco ocel ji má vyšší.
Litina je primárním produktem železné metalurgie a ocel je konečným produktem.
Litina se nekalí, ale některé druhy oceli musí podstoupit proces kalení.
Litinové výrobky jsou pouze odlévané, zatímco ocelové výrobky jsou kované a svařované.