Acél

Szakemberek gyakran beszélnek az acélról, mint a gyártás bizonyos stádiumában lévő anyagról (ebben az esetben cementit, ledeburit, perlit, ausztenit, ferrit α), melyek le vannak írva a vas-szén fázisdiagramban, több struktúrában (cementit, troosztit, szorbit, martenzit, bainit), amelyeket úgynevezett IRA (vagy ARA) diagramok írnak le.

Általában azonban a technikai és kémiai gyakorlatban a „vas” kifejezést csak a kémiai elem meghatározására használják, illetve kémiailag tiszta vasra. Ha azonban a műszaki ötvözetekről beszélünk, akkor ezekről mindig „acélokként” illetve „öntöttvasakként” beszélünk (ezek a fogalmak jól ismertek laikusok és felhasználók körében is).

Hogyan készül az acél?

Az ókor és a középkor után a modern idők számos változást hoztak ebbe a folyamatba is. Ez ma ismét egy metallurgiai folyamat, amely során az úgynevezett „nyers vasból” (amelyet, mint ismert, magas kemencében állítanak elő) végül szén, vas és más kémiai elemek ötvözetét állítják elő. A folyamat során a szén és a szennyeződések (elsősorban kén és foszfor) tartalma egy bizonyos szintre csökken + hozzáadnak további ötvöző elemeket, amelyek tovább javítják az acél tulajdonságait (nikkel, króm, alumínium, mangán, szilícium stb.).

Mi az a Kémiai-hőkezelési eljárás az acéllal?

A kémiai-hőkezelési eljárás folyamata sokféle további feldolgozási stílust tartalmaz, amelynek során az acél felületét további elemekkel telítik. Ezáltal a kémiai összetétel megváltozik az adott acél alkatrész felső rétegeiben (általában magasabb hőmérsékleten és egy másik elem, például szén vagy nitrogén segítségével – vagy akár ezek kombinációjával). A logikus cél az, hogy az adott acéltipusnál elérjék a gyártó által kívánt paramétereket: különösen a fáradás és kopás ellenállás növelése, korrózióállóság, hőállóság, keménység, stb.

Ma a leggyakoribb kémiai-hőkezelési módszerek a következők:

• Karbonitridelés
• Bór eljárás
• Szulfonnitridelés – az acél felületének egyidejű dúsítása nitrogénnel és kénnel.
• Nitridelés – kizárólag nitrogénnel történő felületi dúsítást foglal magában.
• Nitrocementálás – itt nitrogénnel és szénnel történő felületi dúsításról van szó.
• Hexing – ez az acél alkatrészek cinkkel történő felületi dúsítása.
• Szulfidálás – kizárólag kénnel történő felületi dúsítás.
• Cementálás – ez a szén (de csak 0,25%-ig) felhasználásával történő alacsony széntartalmú acél felületi dúsítás.

Milyen tulajdonságai vannak az acélnak?

Mindenki tudja, hogy az acél (és közvetve a vas is) a mi civilizációnk leggyakoribb fém típusú anyaga. Amikor szénnel vagy valamilyen más anyaggal ötvözünk (és szorgalmazzuk a hőmechanikai és hőkezelési folyamatokat), az acélok azonnal más tulajdonságokat nyernek. És ez váratlanul széles tartományban lehetséges. Ez természetesen széles teret ad a gyártóknak, hogy saját acél termékeiket valódi tökéletességre fejlesszék (másképpen szólva, minden egyes acél típus és altípus csak arra a felhasználásra alkalmazható, ahol valóban kiváló).

Milyen (átlagos) fizikai tulajdonságai vannak az acéloknak?

Ha az acél strukturális komponenseit vizsgáljuk először, akkor ezeket a hagyományosan a vas-szén bináris diagramja írja le. Az acél szabványos sűrűsége 7850 kg/m³. A fűtőkapacitása (az az energia, ami egy kilogramm anyag hőmérsékletének egy fokkal való növeléséhez szükséges) körülbelül 469 J·kg-1·K-1 (erősen függ a további szennyező tartalomtól). Az acél olvadáspontja körülbelül 1539 °C.

Az acél fizikai tulajdonságai

Ezek az acél tömegétől, valamint a széntartalomtól is nagyban függnek, tehát az itt megadott értékek nem minden körülmények között érvényesek – csupán iránymutatók.

• Poisson-szám – v = 0,3
• Rugalmassági modulus – E = 210 000 MPa
• Rugalmassági modulus a nyírásban – G = 81 000 MPa

Milyen acél típusokat gyártanak és használnak ma?

Ha a mai napig gyártott acélok számáról beszélünk, az nagyon magas (összesen körülbelül 2500 típus és változat!). Ezeket további specifikációkkal határozzák meg és kategorizálják az egyes szabványokon belül (DIN, ČSN, ...) a típus (tehát a kémiai összetétel), a struktúra, valamint a fizikai és mechanikai tulajdonságok szerint.

Különösen a további kémiai összetételük szerint az acélok a következő csoportokra oszthatók:

Ötvözetlen acélok

Gyakran „szénacéloknak” is nevezik őket. Ezekben az ötvöző elemek tartalma kisebb, mint a táblázatosan megadott maximális érték az adott elemre. Igaz, hogy a legtöbb esetben a megcélzott elemek tömegarányi tartalma körülbelül 2% alatt van. A szénacélok mechanikai tulajdonságait hőkezeléssel lehet tovább finomítani: hőkezelési (lágyítás, edzés, izzítás), termomechanikai és termokémiai (nitridálás és cementálás) módszerekkel.

Alacsony ötvözetű acélok

Ezeknél a szén kivételével a széntartalom kevesebb lehet, mint 5%. Tulajdonságaikban nagyon hasonlóak az ötvözetlen acélokhoz, de további hőkezelésre is alkalmasak (hőkezeléssel ugyanis tovább lehet változtatni mechanikai tulajdonságaikat). Ahogy nő a széntartalom, a keménység is nő a hőkezelés után (és ez egészen 0,85% széntartalomig tart). A további hőkezelés már nem jár haszonnal, mert a keménység már nem nő tovább. A széntartalom azonban az acél szilárdságára is hatással van (itt érvényes az egyenes arányosság = minél több szénnel, annál szilárdabb az acél).

Például korábban a mi országunkban 11700-as típusú acélból készült ekepárok gyártásánál az volt az állítás, hogy nem szükséges edzeni, mert ez a széntartalmú acél önmagában elég kemény.

Magasan ötvözött acélok

Ha az ötvözött elemek tartalma együttesen meghaladja az 5%-ot, az acélt magasan ötvözöttnek nevezik. Itt minden egyes elem befolyásolja a végtermék tulajdonságait.

Hogyan osztályozhatóak az acélok felhasználási területük alapján?

• Damaszkuszi acél – elsősorban pengék készítésére szánt acél (kardok, szablyák, kések, stb.), amely rugalmas és szilárd. Paradoks módon ez a típus nem egy, hanem többféle acélból van készítve, amelyeket tűzön hegesztenek kalapálással (technikailag ez a forrasztás forró állapotban).
• Szerszámacélok – szénacélok, magas és közepesen ötvözött. Előszámként „19” előtaggal rendelkeznek.
• Korrózióálló, hőálló és hőtartó acélok – mind magasan ötvözöttek, sok nikkellel (ami savállóságot biztosít) és krómmal (ha legalább 8% van benne, megakadályozza a korróziót).
• Nemesítésre szánt acélok – ezek közepes széntartalmú fajták, amelyeket tovább edzenek, hogy elérjék a kívánt tulajdonságokat a meglévő jó tulajdonságok megőrzése mellett.
• Mélyhúzó acélok – kizárólag mélyhúzott lemezek gyártására használják.
• Elektrotechnikai lemezacélok – feldolgozásra és transzformátorok (illetve forgógépek) magjaként való alkalmazásra alkalmasak, amelyhez bizonyos mágneses paraméterek és tulajdonságok szükségesek. 1-4,5% szilíciumot és kevés szenet tartalmaznak.
• Cementálásra szánt acélok – alacsony széntartalommal, de hőkezelés után kiváló mechanikai paraméterekkel. A felületüket hőkezelés során tovább dúsítják szénnel.
• Az acélok rugókhoz – ismertek mint rugóacél vagy rugóacél. Ezek erős statikus és mechanikai tulajdonságokkal és extrém magas fáradási élettartammal rendelkeznek.
• Betonacél – az építőiparban használt rudakban vagy megerősítő drótokban található.
• Automata acélok – szénacélok megnövelt kéntartalommal és mangánnal vagy akár ólommal. Jó megmunkálhatóság jellemzi őket, és a forgácsokat könnyen törik.
• Szerkezeti acélok – tipikusan ötvözetlenek és az építési és gépipari ágakra vonatkoznak.

Hol használják ma az acélt?

Valószínűleg ön is tapasztalta már – elég, ha egy építkezési terület közelében elhalad, és biztosan észreveszi, hogy az építkezésnél acél tartóoszlopokat használnak. Általában az acélból készülnek az épületek teherhordó szerkezetei. Az acél a többi anyaghoz képest viszonylag nagyon szilárd és rugalmas, ugyanakkor nem rendelkezik nagy tömeggel. Magas terhelésű (és nagyméretű) szerkezetek esetében nem választhatunk mást. Az erősen igénybevett szerkezetekhez és csarnokokhoz az acél kitűnő. Gyakran találkozhatunk vele ma is folyókon átívelő hidak, lépcsők, sétányok és hasonló elemek formájában. Ugyanakkor jelentős esztétikai hatása van (ezért gyakran választják szobrászok és lakossági vagy környezeti építészek).

Az acél darabjait ma nagyon gyakran használják összekötő/erősítő elemekként más építkezéseknél (különösen üveg, fa és beton építményeknél). Megtalálják alkalmazásukat különböző speciális és formailag összetettebb egyedi építményeknél (az építészeknek figyelembe kell venniük, hogy ha például alacsonyan ötvözött acéldarabokat melegítenek, a folyáshatár és a szakítószilárdság körülbelül a felére csökken). Az acélt ma gyakran használják szilárd tárolóként / silóként / csővezetékként, ahol értelme van, vagy szükséges (ipar, energia, stb.). Természetesen az acél nélkül nem működhet egyetlen gépipari szegmens sem.

Az acél mellett szól az is, hogy könnyen újrahasznosítható (75%-kal csökkenti az energiaköltségeket a megmunkálás során!) és nagyon könnyen megerősíthető, vagy konstrukciójuk kiegészíthető.

A megadott hivatkozásokon megtekintheti az egyes acéltípusokat, amelyekkel találkozhat webáruházunkban, különösen a kések területén, de a macseték, multifunkciós eszközök, néhány szerszám vagy például a edények és más konyhai kellékek kapcsán:

• 440A
• 440B
• 440C
• 8CrMoV
• AUS 8
• CrNi 1810
• D2
• Niolox
• PGK
• Sleipner

Záró megjegyzés: néhány kés esetében találkozhatunk kerámia pengével is.