Az acélok alakítható vasötvözetek, melyek nemzetközileg is elfogadott fogalmát a következőképpen határozták meg: túlnyomórészt vasat, általában 2%-nál kevesebb karbont, valamint egyéb elemeket tartalmazó anyag. Néhány krómacél 2%-nál több karbont is tartalmazhat, de 2% a szokásos választóvonal az acél és az öntöttvas között.
Ez a határ sem a kémiai összetétel, sem az alakíthatóság alapján nem tekinthető élesnek. Az alakíthatóság ugyanis a karbontartalom növekedésével csak fokozatosan csökken, még a 3,5-4% C-tartalmú öntöttvas is vékony lemezzé hengerelhető vagy alkatrésszé kovácsolható, ha grafitos szerkezetű. Hisz az alakíthatóság alapvetően az ötvözetben lévő szövetelemeken, azok tulajdonságain és a szövetben való elhelyezkedésükön múlik, nem közvetlenül a karbontartalmon.
Az acélokat, mint igen széles körben felhasznált alapanyagot, többféle szempont alapján osztályozhatjuk:
- Vegyi összetételük alapján megkülönböztetünk ötvözetlen és ötvözött acélokat. Ötvözetlen acélnak számít az az acél, amely a karbonon kívül nem tartalmaz szándékosan bevitt ötvözőt, ami az acél mechanikai vagy fizikai tulajdonságait befolyásolná. Az ötvözetlen és ötvözött acélokat elválasztó határértékeket szabványban rögzítik. Az ötvözött acélokban a mindig megtalálható elemekből a normális üzemben elérhető legkisebb mennyiségnél többet vagy pedig ezeken kívül szándékosan hozzáadott további elemeket tartalmaz. Szokás még az ötvözők mennyisége alapján megkülönböztetni a gyengén ötvözött (max. 5-6% összes ötvözőmennyiség), ötvözött (5-10% ötvözőtartalom) és az erősen ötvözött (10% feletti ötvözőtartalmú) acélokat.
- Nemzetközileg elfogadott felosztás szerint az acélgyártási eljárás gondossága alapján ún. minőségi csoportokba soroljuk az acéltípusokat. Az acélok fő minőségi típusai a következők: Alapacél minden olyan acél, melyre nincs előírva olyan minőségi követelmény, mely az acélgyártás során különleges gondosságot igényelne. E csoportba csak ötvözetlen acélok tartoznak. Minőségi acélok: az alapacélok és a nemesacélok közti előírások érvényesek rájuk. Különleges gondossággal kell gyártani, melynél a legfontosabb paraméterek a szemcseméret, a kén- és foszfortartalom és a felületi minőség. Nemesacélok: különleges gondossággal kell gyártani őket. Ötvözetlen és ötvözött anyagúak lehetnek. E csoportba tartozik az összes hőkezelési célra alkalmas acél.
- Gyártási mód szerinti csoportosítás: Az acél gyártása során a gyártási mód szerint más-más járulékos alkotórészek maradnak vissza, vagy azok mennyisége, eloszlása változik. Mindez lényeges az acél további feldolgozása és a késztermék minősége szempontjából.
- Az alkalmazott dezoxidálási módszer alapján. Csillapítatlan acél: jó kihozatalú, felületi minősége jó, hidegen jól alakíthatók. Gyorsan öregszenek, max. 0,25% karbont tartalmaz. Csillapított acélok: az oxigént szilárd halmazállapotú vegyületeket képző elemhez kötik. Kisebb a szennyezők dúsulása, a kihozatal rosszabb, az oxidok egy része zárványként visszamarad. Vákuumos kezeléssel az oxigén gáz formájában távozik, nem keletkeznek zárványok. Különlegesen csillapított acélok: dezoxidálás során nitrogént lekötő és szemcsefinomító hatású dezoxidálószereket (Al, V, Nb, Ti) is alkalmaznak. Ezek öregedésállóbbak és ridegtörési hajlamuk kisebb, mint a csak Si-mal és Mn-nal csillapított ötvözetlen acéloké.
- Szövetszerkezetük alapján, melyek általában vegyesen fordulnak elő: Egyensúlyi szövetszerkezetük alapján megkülönböztetünk ferrites, félferrites, hipoeutektoidos, hipereutektoidos, lédeburitos, félausztenites és ausztenites acélokat. Nem egyensúlyi állapotban léteznek perlites, martenzites, ausztenites, ferrites és bénites acélok.
- Felhasználási módjuk szerint: Szerkezeti acélok: az ilyen acélokat a gép- és járműgyártás , acélszerkezetek gyártása területén alapanyagként hasznosítják. Ezekben az esetekben a szilárdság mellett megfelelő szívósságot és nyúlást is megkövetelünk. Ezt 0,25% alatti széntartalommal vagy nemesített szövetszerkezettel biztosíthatjuk. Szerszámacélok: ebből készülnek a forgácsolószerszámok és az alakítóműveletek szerszámai. Elengedhetetlen, hogy a rájuk ható igénybevételeket alakváltozás nélkül viseljék és a kopásnak ellenálljanak. Ezen tulajdonságokat általában nemesítéssel érjük el, így ezeknek jól edzhetőnek kell lenniük és szívóssági követelményeknek is meg kell felelniük. Különleges acélfajták és ötvözetek: ide sorolhatók a valamilyen kifejezett tulajdonságú pl. hőálló, korrózióálló, nem hőtáguló stb. ötvözetek. Nagyobb mennyiségű ötvözőt tartalmaznak.
Ötvözetlen szerkezeti acélok
Az ilyen acélokat rendszerint melegen hengerelt vagy kovácsolt állapotban szállítják, mechanikai tulajdonságait előírják. Acélszerkezetek elemeiként vagy forgácsolással megmunkálva használják fel. A termékek minőségét a szakítószilárdság, folyáshatár, szakadási nyúlás, fajlagos munka, vegyi összetétel alapján állapítják meg. Ezek az acélok igen elterjedtek, de igényesebb gépalkatrészekhez hőkezelhető acélokat használnak.
Hegeszthető acélok
Környezetünkben számos hegesztett szerkezetet találunk. Az ezek alapanyagául felhasznált acéloknál a megfelelő mechanikai tulajdonságok mellett a hegeszthetőséget is meg kell vizsgálni. A hideg- vagy melegrepedékenység elkerülése érdekében az acél ne legyen edzhető és ne tartalmazzon vöröstörékenységet okozó szennyező anyagokat. Alapvetően a 0,2%-nál kisebb széntartalmú acélok hegeszthetőek. A szilárdság növelése érdekében mikroötvözik ill. ötvözik őket. Ezzel súlyt és anyagot is megtakarítanak. A mikroötvözők (Al, Nb, V, Ti, N, Zr) összes mennyisége max. 0,15%. Fő feladatuk a szemcsehatárok stabilizálása, a szemcsefinomság megőrzése, s ezzel a folyáshatár magasan tartása. A hegeszthető acélok alkalmazási területe 250°C terjed. Az e feletti, de 500°C alatti hőmérsékleten üzemelő szerkezeteknél a fő követelmény a tartósfolyás megakadályozása, melyre Cr, Mo, V és Ni ötvözőket használnak.
Hidegszívós acélok
Az acélszerkezetek csak olyan anyagokból készülhetnek, melyeknek ütőmunka értéke megfelel az adott hőmérsékleten előírtaknak. Ötvözőanyagként -60°C alatti hőmérsékleten Ni-t használnak, így ezek az acélok elridegedésre nem hajlamosak. Fő alkalmazási területük a hűtés.
A 250°C feletti hőmérsékleten üzemelő szerkezetek anyagai
E csoportba sorolhatók a nyomástartó edényekhez és kazánokhoz használt acélfajták is, melyek növelt hőmérsékleten is nagy szilárdságúak. Ilyenek pl. a belsőégésű motorokhoz használt acéltípusok is. 500°C-nál magasabb hőmérsékleten különleges hőálló és melegszilárd acélokat használnak. 1000°C felett Co és Ni alapú ötvözeteket vagy kompozitokat használnak.
Hidegen alakítható acélok
A képlékeny hidegalakítással gyártott alkatrészekhez nagy alakváltozó képességű lágyacélra van szükség. Ezeket főleg edények gyártásánál és autók karosszériáinál használják. Ilyen célra 0,2%-nál kevesebb karbontartalmú, kis szennyezettségű, felületén jól kikészített, általában csillapítatlan acélok alkalmazhatók. Az alakíthatóságot a ferrit szemcsenagysága és a perlit alakja befolyásolja. A kis C-tartalmú, csillapítatlan acélok öregedésre hajlamosak, ezért 0,02…0,04%-ban V és Al ötvözőket használnak. De a lemezek feldolgozását a szállítás utáni hat héten belül el kell végezni.
Nemesíthető acélok
A jelentős igénybevételű gépalkatrészek ilyen acélokból készülnek. Ilyenek pl. a tengelyek, fogaskerekek. A nemesíthető acélok a dinamikus igénybevétel érdekében nagy folyási és kifáradási határral és megfelelő szívóssággal rendelkeznek. A nemesítés hatására az acél ezen tulajdonságai a lágy állapothoz képest jelentősen megnőnek. A nemesíthető acélok C tartalma az edzhetőség miatt minimum 0,25%, az ütőmunka értékének csökkenése miatt max. 0,6%. A gyakorlatban a legtöbb nemesíthető acél karbontartalma nem haladja meg a 0,45%-ot. Az ötvözetlen acélok közül nemesíthetők a karbonacélok, melyek még jobban ellenállnak a dinamikus igénybevételnek. Karbontartalmuk 0,22-0,6% között mozog. De az karbonacélok kedvező tulajdonságait csak kis szelvényátmérőben érhetjük el.
Szerszámacélok
A szerszámacélokat a többi acéltól nehéz különválasztani, mivel például korrózióálló acélokból is készítenek szerszámokat. A felhasználási területtől függően igen sokféle követelmény merül fel a szerszámacélokkal szemben, de az általános követelmény az, hogy a szerszámacél keményebb legyen a megmunkálandó anyagnál. A szerteágazó igények kielégítése csak más-más acéltípusokkal valósítható meg, melyek alapján a következő minőségi csoportokat különböztetjük meg: ötvözetlen és ötvözött szerszámacélok, az ötvözötteken belül a hideg- ill. melegalakítás szerszámanyagai, és a gyorsacélok.
Hőálló ötvözetek
Az ipar és a technika fejlődése következtében az egyes gépekben mind nagyobb üzemi hőmérsékletek, nyomások és feszültségek az uralkodóak. Csak ilyen körülmények között lehetséges a hatásfok és a teljesítmény növelése. Az üzemi hőmérséklet felső határainak általában a szerkezeti anyagok jelenthetnek korlátot. Az 500°C-nál magasabb hőmérsékleten üzemelő berendezések egy részénél a mechanikai igénybevétel nem jelentős. Itt a felületi oxidáció megszüntetése vagy megállítása a fő cél. Az ilyen ötvözeteket nevezzük hőállónak. Fő ötvözőik a Cr, Si és Al, amelyek az acél felületén tömör oxidréteget alkotnak. Ha magasabb hőmérsékleten az anyagok mechanikai igénybevételnek is kitesszük, akkor a tartósfolyást megakadályozó ötvözőkkel meg kell emelni a rugalmassági határt. A felületi oxidréteg leválásának megakadályozására szükséges, hogy fajtérfogatváltozással járó allotróp átalakulások üzemelés közben ne következzenek be, ezért az ötvözetek homogén, ferrites vagy ausztenites szerkezetűek.
