Усиливаем сталь, чтобы она была крепче

В металлообработке важно работать правильным инструментом с подходящими материалами. Поэтому понимание характеристик и свойств металлов является чрезвычайно важным. Особенно этот вопрос касается любителей «diy» или же «самоделок». Рассмотрим какой металл делает сталь более твёрдой, и почему не каждая сталь подойдёт для всех задач.

Понятие твёрдости

Чтобы вести речь о том, как изменяются свойства металла, следует понимать о каких свойствах идёт речь. Зачастую, из-за недостаточного понимания материальной части, «мастера» путают параметры прочность и твёрдость.

Да, связь между этими параметрами присутствует. Однако под твёрдостью понимают способность сопротивляться внедрению инородного тела. В свою очередь прочность способность выдерживать внешние воздействия.

Для практического понимания разницы рассмотрим следующий пример. Гвоздь из твёрдого алмаза, против гвоздя из прочной стали. Первый разлетается от удара молотком (оцарапать такой гвоздь почти невозможно, только сломать). Второй же можно исцарапать, но удары по нему молотком будут лишь забивать такой гвоздь.

Определение стали

Под сталью понимают сплав металла с другими химическими элементами. В этот сплав входит не менее 45% железа и не более 2,14% углерода. Причём, принято считать, что в обычную сталь входит не более 0,6% углерода. Остальные виды сплава классифицируются как высокоуглеродистая сталь (до 2,14% углерода) либо чугун (более 2,14%).

Изготавливается сталь несколькими способами. Каждому из них соответствуют свои особенности, вроде использования железного лома в мартеновских печах или обдув кислородом, чтобы убрать лишний углерод в конвертерном способе. Общим у этих способов является удаление лишнего углерода из чугуна. Рассмотрим получение стали на примере мартеновской печи:

  1. Металлический лом загружают в плавильную ванну. В качестве флюса может добавляться известняк.
  2. Производится нагрев плавильной ванны до температуры 1600—1700˚С.
  3. Металл, находящийся в ванне расплавляется и на его поверхности образуется «шлаковая шапка».
  4. При нагреве специальных компонентов печи (регенераторы) начинается подача воздуха. Направление подачи меняется по необходимости.
  5. Нагретый воздух ускоряет удаление углерода из сплава. Также в следствии плавления выделяется дополнительный кислород, который способствует удалению углерода под шлаковой шапкой сплава.

Преимуществом такого способа является возможно регулирования содержания углерода и добавления дополнительных элементов в сплав.

Твёрдая сталь

Обычно, речь идёт не столько о том, чтобы сделать материал твёрдым, сколько о том, чтобы сохранить при этом его прочность. Поэтому при выплавке стали могут использоваться дополнительные металлы. Такие сплавы всё ещё можно называть сталью, однако от привычной (железо с углеродом) они отличаются. Эти сплавы изменяют свой состав в зависимости от своего назначения:

  • чугун. Когда требуется простой в обработке, но достаточно прочный и тяжёлый металл прибегают к повышению количества углерода в сплаве. Если для обычной стали характерно 2,14% углерода в составе, то чугуном считается всё, что имеет меньше железа. Сфера использования слишком обширна: от кулинарии (чугунные сковороды) до строительства (отдельные объекты из этого металла);
  • нержавейка. Получается добавлением хрома. Такой сплав предельно стоек к воздействию окружающей среды и не образует оксидную плёнку на поверхности. Важно не путать нержавеющую сталь и сталь с покрытием против коррозии. Настоящая нержавейка не боится повреждений, в то время, как покрытие можно оцарапать и металл покроется ржавчиной. Вариантов применения сплава не меньше, чем у чугуна;
    ванадий. Повышает прочность сплава, делая его способным с минимальными проблемами оказывать механическое воздействие на другие материалы. Особого упоминания заслуживает сталь с добавлением хрома и ванадия. Это один из лучших вариантов сплава для инструментов, вроде свёрел. Сверло с хром-ванадием даже заточить сложно, но оно без проблем сверлит металлы;
    марганец. Добавляет сплаву износостойкости. То есть повышает его способность выдерживать трение и взаимодействие с другими запчастями подвижных механизмов.

Ответом на вопрос какой металл делает сталь более твёрдой является «никакой». Среди перечисленных химических элементов на твёрдость влияет только повышение количества углерода при выплавке.

Примечательно, что если размыть границы между прочностью и твёрдостью, то все перечисленные элементы окажут необходимый эффект.

Если попытаться мыслить логически, то становится ясно, что соединения стали с другими материалами остаются сталью, просто другого типа. Ведь сама по себе сталь является сплавом железа с углеродом, полученным под воздействием давления или другого способа.

Ссылка на основную публикацию