>
Eshop roka 2025 s vykurovacou technikou
Zákaznická podpora:0917 133 662info@atria.sk
    Domů / Slovník pojmů / ocel

    ocel

    Ocel je zliatina železa s uhlíkom a legovacími prvky (mangán, chróm, volfrám, kremík a iné), v které obsah uhlíka je menší než je jeho maximální rozpustnost v austenitu, což je 2,14%. Zliatina železa s uhlíkom a jinými prvky s obsahem uhlíka větším než 2,14% se nazývá liatina. Uhlík se železem vytváří různé strukturní součásti, např. ferit, austenit, cementit, perlit, ledeburit nebo martenzit.

     

    Vlastnosti

    Celkovo

    Hustota oceli je 7,85 g/cm3. Pevnost v tahu Rm je běžně od 300 N.mm-2 do 1500 N.mm-2.

    Ocel je nejvíce používaný konstrukční materiál. Existují materiály tvrdší, pevnější, odolnější, žárupevnější ... ale žádný nemá také vyvážené vlastnosti, - tvrdost, pružnost, pevnost a jednoduchost obrábění a recyklace. Žádný jiný materiál (s danými mechanickými a pevnostními vlastnostmi) se nedá tak dobře obrábět a tvarovat.

     
    C/Fe fázový diagram, s podmínkami na vytváření jednotlivých fáz. Pro nekonečně pomalé změny teploty.
     

    Železo a uhlík

    Uhlík je nejvýznamnější legura. Kvalita oceli nezávisí jen od obsahu uhlíka, ale také od způsobu tepelné úpravy.

    Na obrázku jsou jednotlivé fáze:

    1. α - čisté železo - alfa železo
    2. γ - austenit
    3. * - ledeburit
    4. po † - ferit
    5. nad † - perlit
    6. I - tavenina

    Na grafu je vidět tzv. V-čkovou charakteristiku, ta se vyskytuje při systémech, které jsou úplně rozpustné jen tekutém stavu a málo rozpustné ve stavu tuhém (pozri eutektikum).

    V podstatě se tento diagram dá rozložit na části:

    • Eutektická - pod taveninou, s eutektikálou na 1150 °C, obsah uhlíka 4,3 %
    • Eutektoidní - tuhá přeměna fází, pod γ-oblastí, s eutektoidou na 723 °C, obsah uhlíka 0,8 %
    • Peritektická - poměrně malá oblast vlevo nahoře (delta krystaly) s peritektoidou kolem 1430 °C.

    Tyto fáze se ale objevují jen při nekonečně pomalém ochlazování/ohřevu. Při rychlém ochlazování (kalení) vzniká např. martenzit, který zvyšuje tvrdost. Při pomalém ochlazování u austenitických ocelí se obyčejně zvyšuje houževnatost.

    Pro dynamické průběhy se používají TTT diagramy. Poloha TTT diagramů se dá představit tak, že kolmo na binární diagram dáme ještě časovou osu ("vystupuje" z obrázku). Ty se dosti silně mění podle obsahu uhlíka a legur. V těch se objevují i mezistupně jako např. bainit.

    Výrazný vliv má mangán, který dělá ocel austenitickou i při větším obsahu uhlíka a podporí tvorbu martenzitu i při pomalém ochlazování.

    Příliš mnoho uhlíka obecně zvyšuje křehkost, t. j. snižuje vrubovou houževnatost, tento problém se netýká tvárné liatiny.

    Přidává se buď ve formě nauhličovadí do taveniny nebo se nechá povrchově nasáknu do austenitizované oceli (např. při cementaci).

    Legovací prvky

    Bližší informace v hlavním článku: Legování

    Při výrobě různých druhů ocelí (podle účelu) se používají různé legovací prvky (legury), které se přidávají do taveniny za účelem úpravy vlastností oceli. Legury se přidávají většinou přímo vhoděním do železné taveniny. Někdy se legura taví těžší než železo nebo opačně. Tam se buď používají triky, jako eutektizace, při které ale nevznikne čistá zliatina. V případě nedostatečné rozpustnosti legury v tavenině oceli je nezbytné použít práškovou metalurgii. Hovorí se tomu i sinter.

    • Tvrdost
    Tvrdost se zvyšuje legurami: vanád - díky karbidaci, volfrám - extrémně tvrdé karbidy, dokážou ještě reziat i žeravé do červena
    • Pevnost
    Pevnost se zvyšuje legurami mangán, chróm, nikel, ale i dodatečnými mechanickými úpravami např. studené valcování a tepelnými úpravami např. kalení. Teoretická pevnost železa při ideální krystalické mřížce (vypočítaná hodnota) je okolo 40000 N.mm-2. Nejpevnější ocel na trhu má 1500 N.mm-2.
    • Oteruvzdornost
    Tato vlastnost je potřeba pro součásti namáhané odíráním (např. šachtové spoje) nebo při obráběcích nástrojích kde se opotřebuje ostrie. Na zlepšení této vlastnosti využíváme legury: Uhlík - martenzit, ale i cementit, Kobalt, Vanád, Volfrám
    • Žiaruvzdornost, žiarupevnost
    Obyčejná ocel stráca při tepelném zatížení (už při 300 °C) vlastnosti - hlavně tvrdost a pevnost (motory, turbíny ...). Žiarupevnost se zlepší po přidaní legur: nikel, volfrám, chróm, molybdén, vanád. Nominální pracovní teplota pro také oceli je od 300 °C do 550 °C. Oceli nad 550 °C jsou už vysokoteplotní oceli. Nad 800 °C je už většina ocelí nepoužitelná. V laboratorních podmínkách se dá vyrobit ocel, která eště při 1000 °C má cca 500 N.mm-2, ale vyrábí se extrémně těžko (na viacero výrobných krokov a po tvrdom vymustrovaní).
    Elasticita je vlastnost, která udává, pokiaž možno ocel deformovat tak, aby se vrátila do původního stavu. Tuto vlastnost využíváme např. pružinách. Pro zlepšení elasticity se ocel leguje kremíkem.
    • Špeciálne legúry
    Horčík - podporuje tvorbu guľôčkového grafitu pri tvárnych liatinách (liatinách vlastnostmi podobných oceli), Berýlium - Cu-Be- zliatiny oceli, spomaľuje únavu materiálu (pri opakovanej zmene zaťaženia), napr. pri pružinách

     

    Rozdělení oceli

    Podle obsahu uhlíka

    • Podeutektoidní - s obsahem uhlíka pod 0,8 %
    • Eutektoidní - 0,8 % uhlíka
    • Nadeutektoidní - mezi 0,8 % a 2,06 %

    Podle legování

    • Nízkolegové
    • Vysokolegové - nad 5% legovacích prvků

    Podle upokojení

    • Upokojené - kyslík byl odstraněn
    • Neupokojené

    Podle použití

    1. Automatové oceli - oceli určené na dodatečné trieskové obrábaní
    2. Oceli na zušľachtení - oceli určené na dodatečné tepelné spracování
    3. Cementační oceli - oceli určené na spevnění opotřebovaných dílců. Málo legované nebo nelegované oceli s méně než 0,25% uhlíka, na povrchu se cementují (nauhličí) a zakalují. I po zakalení mají dobré plastické vlastnosti.
    4. Konstrukční oceli - oceli pro stavební konstrukce a stroje, pro použití je rozhodující i ekonomickost
    5. Nitridační oceli - extrémně tvrdé a oteruvzdorné. Tvrdost 750 HV až 1200 HV.
    6. Pružinové oceli - vysoká hranice elasticity.
    7. Nekrehnoucí oceli (kryoocele) - oceli, co pro nízké teploty nekrehnou. Nelegované do -60 °C, nízkolegové do -120 °C a vysokolegové do -250 °C.
    8. Ložiskové oceli
    9. Nástrojové oceli - oceli na výrobu nástrojů, či už na trieskové obrábaní nebo ruční nářadí
    10. Potravinářské oceli - špeciálne ušľachtilé oceli s nulovým obsahem ťažkých kovov a škodlivých prímesí
    11. Hlbokoťažné oceli - oceli na lisované plechy, např. karosérie aut. Většinou nízkouhlíkové oceli.

     

    Súčasnost

    Výroba

    Základ

    V současnosti se ocel vyrábí dvěma způsoby - buď se jako první ocel (jen jej základ) vyrábí ve vysokých pecích. Vlastně jen surové železo - to se potom skujňuje a upokojuje a potom se přidávají legury. Tu se používá LD-Konvertor nebo v poslední době Corex.

    Siemensové-Martinovy pece jsou dnes už beznádejně zastaralé.

    Nebo se ocel přesně namíchá v elektrických pecích. Tato metoda je malo- a střednosériové produkcii dosti často používaná pro svou ekonomickou flexibilitu.

    Donawitzova metoda (LD-Konvertor)

    Do taveniny konvertora se dlouhou tenkou trubkou - kopijou - fúká 98% kyslík. Eště se přidává šrot a ruda, aby se zredukoval podíl surového železa. Kyslík reaguje se železem a vzniká přitom oxid železa FeO, který spaluje nežádoucí příměsi a to v tomto pořadí:

    • Kremík - 2FeO + Si → SiO2 +2Fe
    • Mangán - FeO + Mn → MnO + Fe
    • Uhlík - FeO + C → CO + Fe
    • Fosfor - 5 FeO + 2P → P2O5 + 5Fe
    • Síra - 2 FeO + S → SO2 + 2 Fe

    Při této metodě musí být ale ještě dodávaná tavenina, aby dávka nevychladla. Hotová ocel se potom vyleje z konvertora do panvy na další spracování. Max. kapacita konvertora je cca. 250t.

    Cenově skoro nejvýhodnější způsob výroby oceli pro velké množství.

     

     

     

    Vytvořil Shoptet | Design Shoptak.cz.