Baja: definisi, klasifikasi, komposisi kimia dan aplikasi

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Seberapa sering kita mendengar kata "baja". Dan itu diucapkan tidak hanya oleh para profesional di bidang produksi metalurgi, tetapi juga oleh penduduk kota. Tidak ada struktur yang kuat yang lengkap tanpa baja. Sebenarnya, ketika kita berbicara tentang sesuatu logam, yang kita maksud adalah produk yang terbuat dari baja. Mari kita cari tahu apa isinya dan bagaimana klasifikasinya.

Definisi

Baja mungkin merupakan paduan paling populer, yang berbahan dasar besi dan karbon. Selain itu, bagian yang terakhir berkisar dari 0,1 hingga 2,14%, sedangkan yang pertama tidak boleh lebih rendah dari 45%. Kemudahan produksi dan ketersediaan bahan baku sangat menentukan dalam pendistribusian logam ini ke semua bidang aktivitas manusia.

Karakteristik utama bahan bervariasi tergantung pada komposisi kimianya. Pengertian baja sebagai paduan yang terdiri dari dua komponen, besi dan karbon, tidak bisa disebut lengkap. Ini mungkin termasuk, misalnya, kromium untuk ketahanan panas, dan nikel untuk ketahanan korosi.

Komponen yang diperlukanbahan memberikan manfaat tambahan. Jadi, besi membuat paduan mudah ditempa dan mudah berubah bentuk dalam kondisi tertentu, dan karbon membuat kekuatan dan kekerasan bersamaan dengan kerapuhan. Itulah mengapa bagiannya sangat kecil dalam total massa baja. Penentuan metode produksi paduan menyebabkan kandungan mangan di dalamnya dalam jumlah 1% dan silikon - 0,4%. Ada sejumlah kotoran yang muncul selama peleburan logam dan yang mereka coba singkirkan. Seiring dengan fosfor dan belerang, oksigen dan nitrogen juga menurunkan sifat material, membuatnya kurang tahan lama dan mengubah keuletan.

Klasifikasi

Definisi baja sebagai logam dengan serangkaian karakteristik tertentu, tentu saja, tidak diragukan lagi. Namun, justru komposisinya yang memungkinkan untuk mengklasifikasikan material ke beberapa arah. Jadi, misalnya, logam dibedakan oleh fitur-fitur berikut:

tentang kimia;
struktural;
berdasarkan kualitas;
sebagaimana dimaksud;
menurut derajat deoksidasi;
dengan kekerasan;
tentang kemampuan las baja.

Definisi baja, penandaan dan semua karakteristiknya akan dijelaskan di bawah ini.

Menandai

Sayangnya, tidak ada penunjukan baja global, yang sangat memperumit perdagangan antar negara. Di Rusia, sistem alfanumerik didefinisikan. Huruf menunjukkan nama unsur dan metode deoksidasi, dan angka menunjukkan nomornya.

Komposisi kimia

Ada dua carapembagian baja dengan komposisi kimia. Definisi yang diberikan oleh buku teks modern memungkinkan untuk membedakan antara karbon dan bahan paduan.

Atribut pertama mendefinisikan baja sebagai karbon rendah, karbon sedang, dan karbon tinggi, dan yang kedua - paduan rendah, paduan sedang, dan paduan tinggi. Disebut logam rendah karbon, yang, menurut GOST 3080-2005, dapat mencakup, selain besi, komponen-komponen berikut:

Karbon - hingga 0,2%. Ini mempromosikan penguatan termal, karena kekuatan tarik dan kekerasan berlipat ganda.
Mangan dalam jumlah hingga 0,8% secara aktif masuk ke dalam ikatan kimia dengan oksigen dan mencegah pembentukan oksida besi. Logam ini lebih mampu menahan beban dinamis dan lebih tahan terhadap pengerasan termal.
Silikon – hingga 0,35%. Ini meningkatkan sifat mekanik seperti ketangguhan, kekuatan, kemampuan las.

Menurut GOST, definisi baja sebagai baja karbon rendah diberikan kepada logam yang mengandung, selain berguna, sejumlah kotoran berbahaya dalam jumlah berikut. Ini adalah:

Fosfor - hingga 0,08% bertanggung jawab atas munculnya kerapuhan dingin, merusak daya tahan dan kekuatan. Mengurangi ketangguhan logam.
Sulfur - hingga 0,06%. Ini memperumit pemrosesan logam dengan tekanan, meningkatkan kerapuhan temper.
Nitrogen. Mengurangi sifat teknologi dan kekuatan paduan.
Oksigen. Mengurangi kekuatan dan mengganggu alat pemotong.

Perlu diperhatikan bahwa rendah ataubaja karbon rendah sangat lunak dan ulet. Mereka berubah bentuk dengan baik baik panas maupun dingin.

Definisi baja karbon menengah serta komposisinya tentu berbeda dengan material yang dijelaskan di atas. Dan perbedaan terbesar adalah jumlah karbon, yang berkisar antara 0,2 hingga 0,45%. Logam seperti itu memiliki ketangguhan dan keuletan yang rendah bersama dengan sifat kekuatan yang sangat baik. Baja karbon sedang biasanya digunakan untuk suku cadang yang digunakan pada beban daya normal.

Jika kandungan karbonnya lebih dari 0,5%, maka baja tersebut disebut baja karbon tinggi. Ini telah meningkatkan kekerasan, mengurangi viskositas, keuletan, dan digunakan untuk alat stamping dan bagian dengan deformasi panas dan dingin.

Selain mengidentifikasi karbon yang ada dalam baja, penentuan karakteristik material dimungkinkan melalui adanya pengotor tambahan di dalamnya. Jika, selain elemen biasa, kromium, nikel, tembaga, vanadium, titanium, nitrogen dalam keadaan terikat secara kimia sengaja dimasukkan ke dalam logam, maka itu disebut doping. Aditif semacam itu mengurangi risiko patah getas, meningkatkan ketahanan dan kekuatan korosi. Jumlahnya menunjukkan tingkat paduan baja:

paduan rendah - memiliki aditif paduan hingga 2,5%;
paduan sedang - dari 2,5 hingga 10%;
sangat paduan - hingga 50%.

Apa artinya ini? Misalnya, peningkatan properti apa pun mulai diberikan sebagai berikut:

Menambahkan kromium. positifmempengaruhi karakteristik mekanik sudah sebesar 2% dari total.
Pengenalan nikel dari 1 hingga 5% meningkatkan margin suhu viskositas. Dan mengurangi kerapuhan dingin.
Mangan bekerja dengan cara yang sama seperti nikel, meskipun jauh lebih murah. Namun, ini membantu meningkatkan kepekaan logam terhadap panas berlebih.
Tungsten adalah aditif pembentuk karbida yang memberikan kekerasan tinggi. Karena mencegah pertumbuhan butir saat dipanaskan.
Molibdenum adalah aditif yang mahal. Yang meningkatkan ketahanan panas baja kecepatan tinggi.
Silikon. Meningkatkan ketahanan asam, elastisitas, ketahanan skala.
Titanium. Dapat meningkatkan struktur butiran halus bila dikombinasikan dengan kromium dan mangan.
Tembaga. Meningkatkan sifat anti-korosi.
Aluminium. Meningkatkan ketahanan panas, penskalaan, ketangguhan.

Struktur

Menentukan komposisi baja tidak lengkap tanpa mempelajari strukturnya. Namun, tanda ini tidak konstan, dan mungkin bergantung pada sejumlah faktor, seperti: mode perlakuan panas, laju pendinginan, tingkat paduan. Menurut aturan, struktur baja harus ditentukan setelah anil atau normalisasi. Setelah anil, logam dibagi menjadi:

struktur pro-eutektoid - dengan kelebihan ferit;
eutektoid, yang terdiri dari perlit;
hypereutektoid - dengan karbida sekunder;
ledeburite - dengan karbida primer;
austenitic - dengan kisi kristal yang berpusat pada wajah;
feritik - dengan kisi berpusat badan kubik.

Menentukan kelas baja dimungkinkan setelah normalisasi. Ini dipahami sebagai jenis perlakuan panas, yang meliputi pemanasan, penahanan, dan pendinginan selanjutnya. Di sini, nilai perlit, austenitik dan feritik dibedakan.

Kualitas

Menentukan jenis menjadi mungkin dalam hal kualitas dalam empat cara. Ini adalah:

Kualitas biasa - ini adalah baja dengan kandungan karbon hingga 0,6%, yang dilebur dalam tungku perapian terbuka atau dalam konverter menggunakan oksigen. Mereka dianggap yang termurah dan memiliki karakteristik yang lebih rendah daripada logam dari kelompok lain. Contoh baja tersebut adalah St0, St3sp, St5kp.
Kualitas. Perwakilan terkemuka dari jenis ini adalah baja St08kp, St10ps, St20. Mereka dilebur menggunakan tungku yang sama, tetapi dengan persyaratan yang lebih tinggi untuk biaya dan proses produksi.
Baja berkualitas tinggi dilebur dalam tungku listrik, yang menjamin peningkatan kemurnian bahan untuk inklusi non-logam, yaitu peningkatan sifat mekanik. Bahan-bahan ini termasuk St20A, St15X2MA.
Terutama berkualitas tinggi - dibuat sesuai dengan metode metalurgi khusus. Mereka mengalami peleburan kembali electroslag, yang memberikan pemurnian dari sulfida dan oksida. Baja jenis ini termasuk St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Baja struktural

Ini mungkin tanda yang paling sederhana dan mudah dipahami oleh orang awam. Ada baja struktural, perkakas dan baja tujuan khusus. Struktural biasanya dibagi menjadi:

Baja konstruksi adalah baja karbon dengan kualitas biasa dan mewakili seri paduan rendah. Mereka tunduk pada beberapa persyaratan, yang utamanya adalah kemampuan las pada tingkat yang cukup tinggi. Contohnya adalah StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
Bahan yang disemen digunakan untuk membuat produk yang beroperasi di bawah kondisi keausan permukaan dan secara bersamaan mengalami beban dinamis. Ini termasuk baja karbon rendah St15, St20, St25 dan beberapa baja paduan: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
Untuk stempel dingin, digunakan daun gulung dari sampel rendah karbon berkualitas tinggi. Seperti St08Yu, St08ps, St08kp.
Baja yang dapat dirawat yang ditingkatkan melalui proses pendinginan dan tempering tinggi. Ini adalah baja karbon sedang (St35, St40, St45, St50), kromium (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), serta kromium-silikon-mangan, kromium-nikel-molibdenum dan kromium-nikel.
Pegas pegas memiliki sifat elastis dan menahannya untuk waktu yang lama, karena memiliki tingkat ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan dan kerusakan. Ini adalah perwakilan karbon dari St65, St70 dan baja paduan (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
Sampel kekuatan tinggi adalah sampel yang memiliki kekuatan dua kali lipat dari baja struktural lainnya, yang dicapai dengan perlakuan panas dan komposisi kimia. Dalam jumlah besar, ini adalah baja karbon menengah paduan, misalnya, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
Bantalan bolabaja dicirikan oleh daya tahan khusus, tingkat ketahanan aus dan kekuatan yang tinggi. Mereka diharuskan memenuhi persyaratan untuk tidak adanya berbagai macam inklusi. Sampel ini termasuk baja karbon tinggi dengan kandungan kromium dalam komposisi (StSHKh9, StSHKh15).
Definisi baja otomatis adalah sebagai berikut. Ini adalah sampel untuk digunakan dalam pembuatan produk non-kritis seperti baut, mur, sekrup. Suku cadang seperti itu biasanya dikerjakan dengan mesin. Oleh karena itu, tugas utama adalah meningkatkan kemampuan mesin bagian, yang dicapai dengan memasukkan telurium, selenium, belerang, dan timbal ke dalam bahan. Aditif semacam itu berkontribusi pada pembentukan keripik rapuh dan pendek selama pemesinan dan mengurangi gesekan. Perwakilan utama baja otomatis ditunjuk sebagai berikut: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
Baja tahan korosi adalah baja paduan dengan kandungan kromium sekitar 12%, karena membentuk lapisan oksida pada permukaan yang mencegah korosi. Perwakilan dari paduan ini adalah St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
Sampel tahan aus digunakan dalam produk yang beroperasi di bawah gesekan abrasif, guncangan, dan tekanan kuat. Contohnya adalah bagian dari rel kereta api, crusher dan mesin ulat, seperti St110G13L.
Baja tahan panas dapat bekerja pada suhu tinggi. Mereka digunakan dalam pembuatan pipa, suku cadang turbin gas dan uap. Ini terutama sampel rendah karbon paduan tinggi, yang tentu saja mengandung nikel, yang mungkin mengandung aditif dalam bentukmolibdenum, nobium, titanium, tungsten, boron. Contohnya adalah St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
Tahan panas sangat tahan terhadap kerusakan kimia di udara, gas dan tungku, lingkungan pengoksidasi dan karburasi, tetapi menunjukkan creep di bawah beban berat. Perwakilan dari tipe ini adalah St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Baja perkakas

Dalam kelompok ini, alloy dibagi menjadi die, untuk alat potong dan ukur. Ada dua jenis baja mati.

Bahan untuk pembentukan dingin harus memiliki tingkat kekerasan, kekuatan, ketahanan aus, tahan panas yang tinggi. Tetapi memiliki viskositas yang cukup (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
Bahan pembentuk panas memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik. Seiring dengan ketahanan aus dan ketahanan skala (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Baja alat pengukur, selain ketahanan aus dan kekerasan, harus stabil secara dimensi dan mudah digiling. Kaliber, staples, templat, penggaris, timbangan, ubin terbuat dari paduan ini. Contohnya adalah paduan StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Menentukan kelompok baja untuk alat pemotong cukup mudah. Paduan tersebut harus memiliki kemampuan pemotongan dan kekerasan yang tinggi untuk waktu yang lama, bahkan ketika mengalami panas. Ini termasuk alat karbon dan paduan, sertabaja kecepatan tinggi. Di sini Anda dapat menyebutkan perwakilan terkemuka berikut: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Deoksidasi paduan

Penentuan baja dengan tingkat deoksidasi menyiratkan tiga jenisnya: tenang, setengah tenang dan mendidih. Konsep ini mengacu pada penghilangan oksigen dari paduan cair.

Baja yang tenang hampir tidak mengeluarkan gas selama pemadatan. Hal ini disebabkan penghilangan total oksigen dan pembentukan rongga penyusutan di atas ingot, yang kemudian terputus.

Dalam baja semi-tenang, sebagian gas dilepaskan, yaitu, lebih banyak dari pada baja tenang, tetapi lebih sedikit daripada dalam yang mendidih. Tidak ada cangkang di sini, seperti pada kasus sebelumnya, tetapi gelembung terbentuk di bagian atas.

Paduan pendidih melepaskan sejumlah besar gas saat dipadatkan, dan pada penampang cukup untuk melihat perbedaan komposisi kimia antara lapisan atas dan bawah.

Kekerasan

Konsep ini mengacu pada kemampuan material untuk menahan penetrasi yang lebih keras ke dalamnya. Penentuan kekerasan menjadi mungkin dengan menggunakan tiga metode: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

Menurut metode Brinell, bola baja yang dikeraskan ditekan ke permukaan tanah sampel. Dengan mempelajari diameter cetakan, tentukan kekerasannya.

Metode penentuan kekerasan baja menurut Rockwell. Ini didasarkan pada penghitungan kedalaman penetrasi ujung kerucut berlian 120 derajat.

Menurut Vickers dalam sampel ujipiramida berlian tetrahedral ditekan. Dengan sudut 136 derajat pada wajah yang berlawanan.

Apakah mungkin menentukan kadar baja tanpa analisis kimia? Spesialis di bidang metalurgi mampu mengenali kelas baja dengan percikan api. Penentuan konstituen logam dimungkinkan selama pemrosesannya. Jadi misalnya:

Baja CVG memiliki percikan merah tua dengan titik-titik kuning-merah dan jumbai. Di ujung utas bercabang, bintang merah terang muncul dengan butiran kuning di tengahnya.
Baja P18 juga ditandai dengan percikan merah tua dengan jumbai kuning dan merah di awal, namun ulirnya lurus dan tidak memiliki garpu. Di ujung bundel ada bunga api dengan satu atau dua butir kuning muda.
Tingkat baja,, 15, 9 memiliki bunga api kuning dengan bintang-bintang terang. Dan butiran merah di dahan.
Baja U12F dibedakan oleh percikan kuning muda dengan bintang-bintang besar dan padat. Dengan beberapa jumbai merah dan kuning.
Baja 15 dan 20 memiliki percikan kuning muda, banyak garpu dan bintang. Tapi sedikit jumbai.

Penentuan baja dengan percikan api adalah metode yang cukup akurat untuk spesialis. Namun, orang biasa tidak dapat mengkarakterisasi logam dengan hanya memeriksa warna percikannya.

Kemampuan las

Sifat logam untuk membentuk sambungan di bawah dampak tertentu disebut kemampuan las baja. Penentuan indikator ini dimungkinkan setelah kandungan besi dan karbon terdeteksi.

Diyakini bahwa mereka terhubung dengan baik dengan pengelasanbaja karbon rendah. Ketika kandungan karbon melebihi 0,45%, kemampuan las memburuk dan menjadi lebih buruk ketika kandungan karbon tinggi. Hal ini juga terjadi karena ketidakhomogenan material meningkat, dan inklusi sulfida menonjol pada batas butir, yang mengarah pada pembentukan retakan dan peningkatan tegangan internal.

Komponen paduan juga bekerja, memperburuk koneksi. Yang paling tidak menguntungkan untuk pengelasan adalah unsur-unsur kimia seperti kromium, molibdenum, mangan, silikon, vanadium, fosfor.

Namun, kepatuhan terhadap teknologi saat bekerja dengan baja paduan rendah memberikan persentase kemampuan las yang baik tanpa menggunakan tindakan khusus. Penentuan kemampuan las dimungkinkan setelah mengevaluasi sejumlah kualitas material yang penting, termasuk: