Jeklo: Razlika med redakcijama

odstranjenih 1.291 zlogov ,  pred 4 leti
{{v delu}}
[[Slika:The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg|thumb|250px|Jekleni most]]
[[Slika:Allegheny Ludlum steel furnace.jpg|thumb|250px|Pridobivanje surovega jekla]]
'''Jêklo''' je [[železo]]va [[zlitina]], pri katerih je poleg samega železa najpomembnejši zlitinski element [[ogljik]]. Ogljika je v jeklih razmeroma malo, lahko pa so dodani še drugi legirni [[kemijski element|elementi]]. Njegov [[masa|masni]] delež je navadno manjši kot 2 %. Kljub temu ima najpomembnejši vpliv na uporabne lastnosti jekel.
 
== Lastnosti jekla ==
 
[[Slika:Steel wire rope.png|thumb|250px|Jeklena [[vrv]]]]
Jeklo je elastično, [[prožnostni modul|modul elastičnosti]] ''E'' znaša od 2,0 do 2,2×10<sup>5</sup> N/mm².
Čisto železo ima [[trdota|trdoto]] le 60 [[trdota po Vickersu|HV]]. S postopki [[toplota|toplotne]] obdelave dosegamo v jeklu trdote tudi do 800 HV, s postopki toplotno kemične obdelave pa tudi vrednosti 2000 HV. [[Natezna trdnost]] čistega železa znaša približno 200 N/mm², jekla pa tudi do 4000 N/mm².
[[File:630px-Steel pd.png|thumb|420px|[[Fazni diagram]] železo-ogljik,z različnimi fazami, odvisno od temperature in vsebnosti ogljika]]
 
Železo je pogosto najti v zemeljski [[skorja (geologija) | skorji]] v obliki [[ruda|rude]], navadno železovega oksida, kot sta na primer [[magnetit]] in [[hematit]]. Železo se pridobiva iz rude tako, da se s pomočjo ogljika iz rude odstranjuje kisik, ki se sprošča v atmosfero kot ogljikov dioksid. Ta proces, znan kot [[taljenje]], je bil prvič uporabljen za kovine z nižjimi [[tališče|tališči]], kot sta na primer [[kositer]], ki se topi pri približno {{convert | 250 | C | F}} in [[baker]], ki(tališče se topipri pri približno {{convert | 1100 | C | F |}}). Za primerjavo, lito železo se topi pri približno {{convert | 1375 | C | F}}. <Ref name = "Smelting">{{cite book|title=Smelting|publisher=Encyclopædia Britannica|year=2007|accessdate=2007-02-28}}</ref> V antičnih časih so topili majhne količine železa s segrevanjem rude v trdnem stanju, zakopane v goreče [[oglje]]; pridobljene grude železa so s kladivom obdelovali, da iz njih iztisnejo nečistoče. Če se pri tem previdno premika rudo po ognjišču, je mogoče obvladati vsebnost ogljika.
 
Vse te temperature je mogoče doseči s starimi pristopi, ki jih je človeštvo poznalo že od [[Bronasta doba|bronaste dobe]] dalje. Ker se stopnja oksidacije železa nad 800 ° C (1,470 ° F) hitro poveča, je pomembno, da taljenje poteka v okolju z nizko vsebnostjo kisika. Za razliko od bakra in kositra se ogljik v tekočem ali trdnem železu dokaj hitro raztopi. Taljenje v prisotnosti ogljika, ki reducira železove okside, vodi do nastanka t. i. '''grodlja''', to je zlitine, ki vsebuje preveč ogljika, da bi jo lahko imenovali jeklo.<ref name="Smelting"/> Presežek ogljika in drugih nečistoč se odstrani v naslednjem koraku.
All of these temperatures could be reached with ancient methods that have been used since the [[Bronze Age]]. Since the oxidation rate of iron increases rapidly beyond {{convert|800|C|F}}, it is important that smelting take place in a low-oxygen environment. Unlike copper and tin, liquid or solid iron dissolves carbon quite readily. Smelting, using carbon to reduce iron oxides, results in an alloy ([[pig iron]]) that retains too much carbon to be called steel.<ref name="Smelting"/> The excess carbon and other impurities are removed in a subsequent step.
 
OtherZa materialsproizvodnjo arejekla oftenz addedželenimi tolastnostmi these iron/carbonmešanici mixtureželeza to/ produceogljika steelpogosto withdodajo desireddrugi propertiesmateriali. [[NickelNikelj]] andin [[manganesemangan]] inpovečujeta steelnatezno addtrdnost tojekla itsv tensilejeklu strengthin andaustenitno makeobliko theraztopine železo-ogljik stabilizirata, [[austenitekrom]] formpoveča of[[Trdota|trdoto]] the iron-carbon solutionin moretalilno stabletemperaturo, [[chromiumvanadij]] increasestudi hardness and melting temperature, andpoveča [[vanadiumTrdota|trdoto]], ne alsoda increasesbi hardnessjeklo whilebilo makingzaradi ittega lessbolj pronedovzetno toza [[metalUtrujenost|kovinsko fatigueutrujenost]].<ref name=materialsengineer>{{cite web|title=Alloying of Steels|publisher=Metallurgical Consultants|date=2006-06-28|url=http://materialsengineer.com/E-Alloying-Steels.htm|accessdate=2007-02-28}}</ref>
 
V proizvodnji nerjavečega jekla se talini doda vsaj 11 % kroma, tako da se na površini kovine stvori trd oksid, ki preprečuje [[Korozija|korozijo]]. Volfram ovira nastanek [[Cementit|cementita]], tako da se med počasnejšim hlajenjem raje tvori martenzit, kar je ozadje za proizvodnjo hitroreznih jekel. Po drugi strani elementi, kot so [[žveplo]], [[dušik]] in [[fosfor]], povzročajo krhkost jekla, tako da jr treba te običajno prisotne elemente med obdelavo iz taline jekla odstraniti.<ref name="materialsengineer"/>
To inhibit corrosion, at least 11% chromium is added to steel so that a hard [[Passivation (chemistry)|oxide]] forms on the metal surface; this is known as [[stainless steel]]. Tungsten interferes with the formation of [[cementite]], allowing [[martensite]] to preferentially form at slower quench rates, resulting in [[high speed steel]]. On the other hand, sulfur, [[nitrogen]], and [[phosphorus]] make steel more brittle, so these commonly found elements must be removed from the steel melt during processing.<ref name="materialsengineer"/>
 
Tudi v ozkem območju koncentracij mešanic ogljika in železa, ki nosijo ime jeklo, to je do 2,1 masnih odstotkov C, lahko pride do nastanka več različnih metalurških struktur, ki imajo zelo različne lastnosti.Razumevanje teh lastnosti je bistvenega pomena za kakovost jekla. Pri sobni temperaturi je najbolj stabilna oblika čistega železa [[Feritno jeklo|ferit]] ali α-železo, ki ima telesno centrirano kristalno strukturo ( [[Kristalna struktura|BCC]]). To je precej mehka kovina, ki lahko raztopi le malo ogljika, ne več kot 0,005 pri 0 °C in 0,021 masnih odstotkov ogljika pri 723 °C. Pri 910 °C se čisto železo pretvori v ploskovno centrirano kubično (FCC)
The [[density]] of steel varies based on the alloying constituents but usually ranges between {{convert|7750|and|8050|kg/m3|lb/ft3|abbr=on}}, or {{convert|7.75|and|8.05|g/cm3|oz/cuin|abbr=on}}.<ref>{{cite web|last = Elert|first = Glenn|title = Density of Steel|url = http://hypertextbook.com/facts/2004/KarenSutherland.shtml|accessdate = 2009-04-23}}</ref>
 
Med ohlajanjem jekel z manj kot 0,8% ogljika (znanih kot podeutektoidna jekla), se avstenitna faza (FCC) v zmesi skuša pretvoriti nazaj v feritno fazo (BCC). Ogljik se več ne prilega strukturi FCC, ki ima za posledico prebitek ogljika. Eden od možnosti za izločevanje ogljika iz avstenitne kletke je, da se obori iz raztopine kot [[Cementit|cementit,]] pri tem pa v svoji okolici tvori na ogljiku siromašen ferit ( fazo železa BCC železa), kar se kaže kot feritno ozadje s cementitnimi vključki. [[Cementit]] je trda in krhka intermetalna spojina s kemično formulo Fe3C. [[Evtektik|Eutektoidna]] točka, z 0,8% ogljika, se ohlajena kaže kot t.i. [[perlit]], ki je dobil ime zaradi svojega bisernega videza. Pri večjih povečavah je mogoče razločiti lamelno strukturo [[Ferit|ferita]] in [[Cementit|cementita.]] Pri jeklih z več kot 0,8% ogljika, ima ohlajena snov strukturo v obliki [[Perlit|perlita]] in [[Cementit|cementita]].<ref>{{harvnb|Smith|Hashemi|2006|pp=365–372}}.</ref>
Even in a narrow range of concentrations of mixtures of carbon and iron that make a steel, a number of different metallurgical structures, with very different properties can form. Understanding such properties is essential to making quality steel. At [[room temperature]], the most stable form of pure iron is the [[body-centered cubic]] (BCC) structure called [[ferrite (iron)|ferrite]] or α-iron. It is a fairly soft metal that can dissolve only a small concentration of carbon, no more than 0.005% at {{Convert|0|C|F|abbr=on}} and 0.021 wt% at {{convert|723|C|F|abbr=on}}. At 910&nbsp;°C pure iron transforms into a [[face-centered cubic]] (FCC) structure, called [[austenite]] or γ-iron. The FCC structure of austenite can dissolve considerably more carbon, as much as 2.1%<ref>Sources differ on this value so it has been rounded to 2.1%, however the exact value is rather academic because plain-carbon steel is very rarely made with this level of carbon. See:
*{{harvnb|Smith|Hashemi|2006|p=363}}—2.08%.
*{{harvnb|Degarmo|Black|Kohser|2003|p=75}}—2.11%.
*{{harvnb|Ashby|Jones|1992}}—2.14%.</ref> (38 times that of ferrite) carbon at {{convert|1148|C|F|abbr=on}}, which reflects the upper carbon content of steel, beyond which is cast iron.<ref>{{harvnb|Smith|Hashemi|2006|p=363}}.</ref>
 
Morda najpomembnejša polimorfna oblika jekla je [[martenzit]], metastabilna faza, ki je bistveno močnejša od drugih faz jekla. Če se jeklo v austenitni fazi hitro kali, nastane martenzit: atomi, ki nimajo dovolj časa za tvorjenje [[Cementit|cementita]], "zamrznejo" na točkah, kjer se celična struktura iz FCC spremeni v deformirano obliko BCC. Glede na vsebnost ogljika obstajajo različne oblike martenzitne faze. Pod približno 0,2% ogljika ima BCC kristalno obliko ferita, pri višjih vsebnostih ogljika pa zavzame tetragonalno telesno centrirano strukturo ([[Kristalna struktura|BCT]]) . Za preoblikovanje [[Austenit|austenita]] v [[martenzit]] ni potrebna toplotna [[aktivacijska energija]]. Poleg tega spremembe v sestavi ni, tako da atomi praviloma ohranjajo svoje sosede<ref name="smith&hashemi">{{Harvnb|Smith|Hashemi|2006|pp=373–378}}.</ref>
When steels with less than 0.8% carbon (known as a hypoeutectoid steel), are cooled, the [[austenitic]] phase (FCC) of the mixture attempts to revert to the ferrite phase (BCC). The carbon no longer fits within the FCC structure, resulting in an excess of carbon. One way for carbon to leave the [[austenite]] is for it to [[precipitate]] out of solution as [[cementite]], leaving behind a surrounding phase of BCC iron that is low enough in carbon to take the form of ferrite, resulting in a ferrite matrix with cementite inclusions. Cementite is a hard and brittle [[intermetallics|intermetallic compound]] with the [[chemical formula]] of Fe<sub>3</sub>C. At the [[eutectoid]], 0.8% carbon, the cooled structure takes the form of [[pearlite]], named for its resemblance to [[mother of pearl]]. On a larger scale, it appears as a lamellar structure of ferrite and cementite. For steels that have more than 0.8% carbon, the cooled structure takes the form of pearlite and cementite.<ref>{{harvnb|Smith|Hashemi|2006|pp=365–372}}.</ref>
 
[[Martenzit]] ima nižjo gostoto kot pa austenit, tako da pretvorba med njima povzroča spremembo prostornine, pri transformaciji iz [[Austenit|austenita]] v [[martenzit]] orej pride do ekspanzije. Notranje napetosti se na splošno čutijo kot stiskanje kristalov martenzita in napetosti na preostali ferit. Na obe sestavini pri tem delujejo občutne strižne sile. sestavin. Če se kaljenje izvaja nestrokovno, lahko notranje napetosti povzročijo, da se del, ki se hladi, zdrobi. V vsakem primeru pride do porasta notranje trdosti in drugih mikroskopskih nepravilnosti. Če se jeklo kali z vodo, pogosto pride do razpok, ki pa lahko da niso vedno vidne..<ref>{{cite web|title=Quench hardening of steel|url=http://steel.keytometals.com/default.aspx?ID=CheckArticle&NM=12|accessdate=2009-07-19}}</ref>
Perhaps the most important [[polymorphism (materials science)|polymorphic form]] of steel is [[martensite]], a metastable phase that is significantly stronger than other steel phases. When the steel is in an austenitic phase and then [[quenching|quenched]] rapidly, it forms into martensite, as the atoms "freeze" in place when the cell structure changes from FCC to a distorted form of BCC as the atoms do not have time enough to migrate and form the cementite compound. Depending on the carbon content, the martensitic phase takes different forms. Below approximately 0.2% carbon, it takes on a ferrite BCC crystal form, but at higher carbon content it takes a [[body-centered tetragonal]] (BCT) structure. There is no thermal [[activation energy]] for the transformation from austenite to martensite. Moreover, there is no compositional change so the atoms generally retain their same neighbors.<ref name="smith&hashemi">{{Harvnb|Smith|Hashemi|2006|pp=373–378}}.</ref>
 
Martensite has a lower density than does austenite, so that the transformation between them results in a change of volume. In this case, expansion occurs. Internal stresses from this expansion generally take the form of [[physical compression|compression]] on the crystals of martensite and [[tension (mechanics)|tension]] on the remaining ferrite, with a fair amount of [[shear stress|shear]] on both constituents. If quenching is done improperly, the internal stresses can cause a part to shatter as it cools. At the very least, they cause internal [[work hardening]] and other microscopic imperfections. It is common for quench cracks to form when steel is water quenched, although they may not always be visible.<ref>{{cite web|title=Quench hardening of steel|url=http://steel.keytometals.com/default.aspx?ID=CheckArticle&NM=12|accessdate=2009-07-19}}</ref>
 
== Zgodovina ==
 
== Sistematika jekel ==
Jeklo je elastično, [[prožnostni modul|modul elastičnosti]] ''E'' znaša od 2,0 do 2,2×10<sup>5</sup> N/mm².
[[Slika:Steel pd.svg|sličica|Fe-Fe<sub>3</sub>C diagram]]
Čisto železo ima [[trdota|trdoto]] le 60 [[trdota po Vickersu|HV]]. S postopki [[toplota|toplotne]] obdelave dosegamo v jeklu trdote tudi do 800 HV, s postopki toplotno kemične obdelave pa tudi vrednosti 2000 HV. [[Natezna trdnost]] čistega železa znaša približno 200 N/mm², jekla pa tudi do 4000 N/mm².
 
Tehnična železa, med katere spada jeklo, so med kovinami oziroma zlitinami po uporabnosti najbolj razširjena. Gospodarska in tehnična uporabnost ni le v veliki količini, temveč tudi v izredno visoki uporabnosti lastnosti. Lastnosti jekel spreminjamo predvsem z legiranjem, s plastičnim preoblikovanjem v toplem in hladnem ter s toplotno obdelavo. Tako je mogoče natezno trdnost spreminjati od 200 do 4000 N/mm2, magnetne lastnosti pa od [[feromagnetizem|feromagnetnih]] do [[paramagnetizem|paramagnetnih]]. [[korozija|Korozijsko]] obstojnost lahko prilagajamo najrazličnejšim zahtevam, prav tako tudi tehnološke lastnosti. Jeklo lahko oblikujemo v vročem z [[ulivanje]]m, [[kovanje]]m, [[valjanje]]m in [[stiskanje]]m; v hladnem pa z valjanjem, [[vlečenje]]m, stiskanjem in z [[odrezovanje]]m. Jekla lahko izdelujemo tudi s postopki prašne metalurgije. Jeklene dele lahko spajamo z [[varjenje]]m, [[lotanje]]m, [[kovičenje]]m, [[vijačenje]]m.
 
4.153

urejanj