Raud vs Steel: omaduste võrdlus
Raud ja teras on kaks kõige laialdasemalt kasutatavat metalli maailmas, millel kõigil on erinevad omadused, mis muudavad need erinevateks rakendusteks. Kuigi neil on mõned sarnasused, on nende peamised erinevused nende koostises ja teiste elementidega suhtlemise viisi. Selles artiklis võrdleme raua ja terase omadusi, et paremini mõista, kuidas need erinevad ja miks võib erinevates rakendustes teist eelistada.
1. kompositsioon
Triikraud: Puhas raud koos keemilise sümboliga Fe on looduslikult esinev metalliline element. See koosneb peamiselt rauaaatomitest ja seda leidub tavaliselt looduses maakides nagu hematiit ja magnetiit. Puhas raud on suhteliselt pehme ja madala tõmbetugevusega.
Teras: Teras on rauasulam, mis sisaldab tavaliselt süsinikku kui peamist legeerivat elementi, koos väikeste koguste muude elementidega, nagu mangaan, kroom, nikkel ja vanaadium. Süsiniku lisamine (tavaliselt vahemikus 0. 02% kuni 2,1%) muudab raua omadusi märkimisväärselt, suurendades selle tugevust, kõvadust ja muid mehaanilisi omadusi.
2. tugevus ja vastupidavus
Triikraud: Puhas raud on terasega võrreldes suhteliselt pehme. Sellel on madal tõmbetugevus, mis tähendab, et see ei suuda enne purunemist vastu jõudu palju tõmmata ega venitusi. See muudab puhta raua enamiku struktuuriliste rakenduste jaoks iseseisvalt sobimatuks.
Teras: Teras on süsinikusisalduse ja elementide legeerimise tõttu palju tugevam ja raskem kui puhas raud. Terases süsinik moodustab raudse karbiidi, mis suurendab selle kõvadust. Teraset saab veelgi tugevdada selliste kuumtöötlemisprotsesside kaudu nagu karastamine, kõvenemine või kustutamine, muutes selle ideaalseks mitmesuguseks tööstuslikuks kasutamiseks, alates ehitusest kuni autotööstuse tootmiseni.
3. korrosioonikindlus
Triikraud: Raud on niiskuse ja hapnikuga kokkupuutel väga altid korrosioonile, moodustades raudoksiidi või rooste. Roostemisprotsess nõrgendab metalli ja halvendab selle jõudlust aja jooksul.
Teras: Terase vastupidavus korrosioonile varieerub sõltuvalt selle koostisest. Näiteks süsinikteras võib söövitada täpselt nagu puhas raud. Kroomi sisaldavad sulami terased nagu roostevaba teras on korrosioonile väga vastupidavad. Roostevaba teras moodustab selle pinnale kaitseva oksiidikihi, mis hoiab ära rooste ja suurendab selle vastupidavust karmides keskkondades.
4. Töötatavus
Triikraud: Puhta rauaga on oma pehmuse tõttu suhteliselt lihtne töötada. Seda saab kujundada, haamrida ja sepistada ilma liigset jõudu nõudmata, muutes selle sobivaks selliste esemete loomiseks nagu dekoratiivsed kujundused või lihtsad tööriistad. Selle madal tugevus piirab selle kasutamist siiski nõudlikumates rakendustes.
Teras: Teras on samuti väga toimiv, kuid suurenenud kareduse tõttu on puhta rauaga võrreldes rohkem pingutusi. Terase saab keevitada, sepistada ja mehaanida, kuid töötavuse tase sõltub terasest tüübist. Näiteks on kerge teras (madala süsinikusisaldusega teras) lihtsam töötada kui süsinikusisaldusega terasest, mis on rabedam.
5. elastsus ja malleaarsus
Triikraud: Puhas raud on suhteliselt kõrgtugev (seda saab venitada juhtmeks) ja vormitavaks (seda saab õhukesteks lehtedeks haamrida), kuid sellel puudub terase sitkus ja paindlikkus. Selle tulemusel deformeerub puhas raud tõenäolisemalt stressi all.
Teras: Teras on üldiselt vähem kõrvaltoime kui puhas raud, eriti süsiniku süsinikdioksiidi teras. Terase elastsust ja keemilisust saab aga juhtida süsiniku sisalduse ja legeerimise elementide kohandamise teel. Näiteks on mahe terast väga kõrgtugev ja vormitav, muutes selle sobivaks paindlikkuse jaoks vajalike rakenduste jaoks, näiteks auto- ja ehitustööstuses.
6. Maksumus ja kättesaadavus
Triikraud: Puhta rauda on tootmiseks suhteliselt odav ja seda on Maa koorikus ohtralt. Selle piiratud mehaanilised omadused muudavad selle paljude kaasaegsete rakenduste jaoks sobimatuks, vähendades sellega selle üldist nõudlust.
Teras: Teras on legeerimise ja töötlemise lisakulude tõttu kallim kui puhas raud. Saadaolevate terasetüüpide mitmekesisus (süsinikteras, roostevaba teras, sulamistteras jne) tähendab, et terast saab toota mitmesugustele vajadustele, alates ehitusest kuni lennunduseni, muutes selle mitmekülgseks ja laialt kasutatavaks materjaliks.
7. Rakendused
Triikraud: Puhta raua kasutamine on kaasaegsetes rakendustes piiratud, kuna see on pehmus ja vastuvõtlikkus korrosioonile. Kuid seda kasutatakse endiselt mõnes spetsiaalses rakenduses, nagu elektrilised komponendid (kõige puhtamal kujul) ja malmi tootmiseks mõeldud alusmaterjalina, mida kasutatakse laialdaselt mootorites, torudes ja muudes tööstustoodetes.
Teras: Terasi kasutatakse lugematutes rakendustes selle suurepärase tugevuse, kareduse ja mitmekülgsuse tõttu. Seda kasutatakse hoonete, sildade, laevade ja sõidukite ehitamisel ning tootmistoodetes nagu masinad, tööriistad ja tööstusseadmed. Spetsialiseeritud teraseid, näiteks roostevabast terasest, kasutatakse rakendustes, kus korrosioonikindlus on kriitiline, nagu näiteks toiduainetööstuses, meditsiiniseadmetes ja merekeskkonnas.
8. Kuumravi
Triikraud: Puhta raua madal sulamistemperatuur on umbes 1538 kraadi (2800 kraadi F), kuid selle mehaaniliste omaduste parandamise osas pole sellest palju kasu, kuna see on juba suhteliselt pehme.
Teras: Terasi saab kuumutada mitmel viisil selle kõvaduse, jõu ja muude omaduste parandamiseks. Kuumushooldused, nagu kustutamine, karastamine ja lõõmutamine, võimaldavad terase mikrostruktuuri täpset kontrolli, muutes selle sobivaks mitmesuguseks kasutamiseks, alates konstruktsiooniterasest kuni tööriistateraseni.
9. Keskkonnamõju
Triikraud: Rauamaagi ekstraheerimisel ja töötlemisel võib olla olulisi keskkonnamõjusid, sealhulgas raadamine, elupaikade hävitamine ja reostus. Raud ise on aga 100% taaskasutatav ja seda saab erinevatel vormidel uuesti kasutada.
Teras: Terase tootmine on energiamahukas, kuid nagu raud, on see ka väga taaskasutatav. Tegelikult vajab ringlussevõtu teras vähem energiat kui toorainest uue terase tootmine. Teratööstus tegeleb oma keskkonnajalajälje vähendamisega energiasäästlike tehnoloogiate ja ringlussevõetud terase suurenenud kasutamisega.
Järeldus: peamised erinevused raua ja terase vahel
Kuigi nii raud kui ka teras on tänapäevases maailmas olulised materjalid, varieeruvad nende omadused märkimisväärselt. Raud on pehme, kalduvus korrosioonile ja selle rakendustes piiratud tugevuse ja vastupidavuse tõttu. Teras on seevastu tugevam, mitmekülgsem ja seda saab kohandada konkreetsete rakenduste jaoks, lisades legeerivaid elemente ja kuumtöötlusi.
Terase täiustatud omadused muudavad sellest enamiku tööstuslike rakenduste jaoks valitud materjali, alates ehitamisest kuni tootmiseni. Raud mängib siiski kriitilist rolli malmist ja teatud spetsialiseeritud komponentide tootmisel.
Kokkuvõtlikult on raua ja terase peamised erinevused nende koostis, tugevus, töötavus, korrosioonikindlus ja mitmekülgsus, teras pakub suuremat tugevust ja vastupidavust laiemale rakendusalale.
