What is the hardness of carbon steel?

Hvad er hårdheden af ​​kulstofstål?

1. Oversigt over kulstofstålhårdhed

Hårdheden af ​​kulstofstål er en af ​​de vigtige indikatorer til at måle dets ydeevne. Forskellige typer kulstofstål har forskellige hårdheder. At forstå disse forskelle vil hjælpe dig med at vælge det rigtige materiale i praktiske applikationer.

(I) Hårdhedsområde for almindeligt kulstofstål

Hårdheden af ​​almindeligt kulstofstål er generelt mellem 120 og 180 HB, eller hårdheden er normalt mellem 20 og 30 HRC. Dette skyldes, at kulstofindholdet i almindeligt kulstofstål er relativt lavt, generelt mindre end 0,25%. Det lave kulstofindhold gør, at almindeligt kulstofstål har god plasticitet og bearbejdelighed, men relativt svagt i hårdhed. I nogle tilfælde, hvor hårdhedskravet ikke er højt, kan almindeligt kulstofstål opfylde efterspørgslen, såsom fremstilling af nogle ikke-kritiske mekaniske dele eller strukturelle dele.

(II) Eksempler på hårdhed af specialkulstofstål

Tag 45 stål som et eksempel, det viser forskellig hårdhed under forskellige behandlingsmetoder. Efter bratkøling kan hårdheden nå HRC45 - 50; efter karburering er overfladens hårdhed HRC≥60; efter nitrering er overfladens hårdhed HB≥600. Dette skyldes, at forskellige behandlingsmetoder vil ændre stålets struktur og derved påvirke dets hårdhed. Køling er at opvarme stål til en bestemt temperatur og derefter afkøle det hurtigt, så stålets struktur ændres til martensit og derved øge hårdheden. Karburering er at trænge kulstofatomer ind i overfladen af ​​stål for at danne et højt kulstoflag og øge overfladens hårdhed. Nitrering er at trænge nitrogenatomer ind i overfladen af ​​stål for at danne et nitreret lag og øge overfladens hårdhed.

(III) Hårdhedsegenskaber for 55Mn kulstofstål

Som kulstofstål har 55Mn et hårdhedsområde på 180 - 220HB. Den høje hårdhed på 55Mn sikrer dens slidstyrke og kompressionsmodstand på steder med høje styrkekrav. Dette skyldes, at 55Mn indeholder en høj mængde mangan, som kan forbedre stålets styrke og hårdhed. På samme tid, efter korrekt varmebehandling, er den organisatoriske struktur på 55Mn mere ensartet, og hårdheden er mere stabil. 55Mn er meget udbredt nogle steder, der kræver høj styrke og høj slidstyrke, såsom skibe, broer og biler.

2. Faktorer, der påvirker hårdheden af ​​kulstofstål

(I) Påvirkningen af ​​kulstofindhold

Kulstofindholdet i kulstofstål har en betydelig effekt på dets hårdhed. Generelt gælder det, at jo højere kulstofindhold, jo større hårdhed. Når kulstofindholdet er lavt, såsom stål med lavt kulstofindhold, er kulstofindholdet normalt mellem 0,0218% - 0,25%, og dets hårdhed er relativt lav. Når kulstofindholdet stiger, når det kommer ind i det mellemstore kulstofstålområde (kulstofindhold 0,25% - 0,6%), øges hårdheden gradvist, og plasticiteten begynder at falde. Når kulstofindholdet øges yderligere til højt kulstofstål (kulstofindhold større end 0,6%), øges hårdheden markant, men plasticiteten falder også yderligere. For eksempel, i tilfælde af lavt kulstofindhold, er strukturen ferrit og perlit. Når kulstofindholdet stiger, stiger indholdet af perlit også, og hårdheden af ​​perlit er højere end ferrit. Når kulstofindholdet når 0,8%, er strukturen perlit, og mere end 0,8% er perlit og karbid. Hårdheden af ​​hårdmetal er meget høj, hvilket gør, at jo højere kulstofindhold, jo større hårdhed.

(II) Virkninger af andre elementer

Ud over kulstofindhold påvirker elementer som mangan, silicium, svovl og fosfor også hårdheden af ​​kulstofstål. Mangan er et gavnligt element i kulstofstål. Det kan syntetisere mangansulfid med sulfid i stål og derved reducere svovlens skadelige virkning. Samtidig kan det meste af det resterende mangan opløses i ferrit for at forbedre stålets styrke og hårdhed. Generelt er manganindholdet mindre end 1%. Silicium har også en lignende effekt. Resterende silicium kan opløses i ferrit, forstærke ferrit, forbedre stålets styrke og hårdhed og forbedre stålets flydende fluiditet, hvilket er befordrende for støbning. Dens indhold overstiger generelt ikke 0,5%.
Imidlertid er virkningerne af svovl og fosfor på hårdheden af ​​kulstofstål mere komplicerede. Svovl er uopløseligt i jern i stål, men eksisterer i form af FeS, der danner et lavt smeltepunkt (985 ℃) eutektikum med Fe. Når stålet er varmbearbejdet, vil det give revner, som kaldes "varm skørhed". Samtidig vil det reducere stålets styrke og sejhed. Svovl og mangan vil dog danne mangansulfid, som kan forbedre bearbejdeligheden. Indholdet bør være strengt kontrolleret til generelt at være mindre end 0,050 %. Fosfor kan opløses fuldstændigt i ferrit, hvilket forbedrer stålets styrke og hårdhed, men det vil få stålets plasticitet og sejhed til at falde kraftigt under 100 ℃, det vil sige "kold skørhed". Jo højere fosforindholdet er, jo mere alvorlig er koldskørheden. Men når indholdet er 0,05%-0,15%, kan det forbedre bearbejdeligheden. Samtidig vil fosfor også forringe stålets svejseevne. Indholdet bør generelt være mindre end 0,045 %.

III. Forskelle i hårdhed af forskellige typer kulstofstål

(I) Klassificering efter kulstofindhold
  1. Lavt kulstofstål: Kulstofindholdet er generelt mindre end 0,25%. For eksempel er nr. 15 stål et stålmateriale med lavt kulstofindhold med et kulstofindhold mellem 0,12 og 0,18%. Den har god duktilitet og plasticitet og en relativt lav hårdhed. Ifølge data er hårdheden af ​​stål med lavt kulstofindhold generelt mellem 120 og 180 HB. Lavt kulstofstål er let at acceptere forskellige bearbejdninger såsom smedning, svejsning og skæring, og bruges ofte til fremstilling af kæder, nitter, bolte, aksler osv., samt forskellige plader og beholdere. Denne type stål bruges også ofte til at fremstille forskellige karburerede dele. Efter karburering og bratkøling har ståloverfladen høj hårdhed og god slidstyrke, mens kernen bevarer en vis styrke og sejhed. Den kan bruges til at fremstille dele, der modstår stødbelastninger og slidbestandige dele, såsom tandhjul, korte aksler, stifter osv.
  1. Mellem kulstofstål: Kulstofindholdet er mellem 0,25% og 0,60%. Styrken og hårdheden er højere end stål med lavt kulstofindhold, og plasticiteten og sejheden er lavere end stål med lavt kulstofindhold. Mellem kulstofstål har god varmbehandling og skæreydelse, men dårlig svejseydelse. Efter bratkøling og anløbning har medium kulstofstål gode omfattende mekaniske egenskaber med en maksimal hårdhed på omkring HRC55 (HB538) og σb på 600 - 1100MPa. For eksempel er 45 stål, efter bratkøling, men før anløbning, kvalificeret, hvis hårdheden er større end HRC55 (op til HRC62), og den maksimale hårdhed i faktisk anvendelse er HRC58 (højfrekvent bratkøling). Efter bratkøling og temperering har delene gode omfattende mekaniske egenskaber og er meget udbredt i forskellige vigtige strukturelle dele, såsom stempler i luftkompressorer og pumper, pumpehjul til dampturbiner, aksler, snekke, gear til tunge maskiner osv. som dele med slidstærke overflader, krumtapaksler, værktøjsmaskiner, ruller, bordværktøj mv.
  1. Højt kulstofstål: Kulstofindhold større end 0,6%, høj hårdhed og styrke, men dårlig plasticitet og sejhed. Højkulstofstål kaldes normalt værktøjsstål, med et kulstofindhold på 0,60 % til 1,70 %, som kan hærdes og hærdes. Hammere, koben osv. er lavet af stål med et kulstofindhold på 0,75 %; skærende værktøjer såsom bor, haner og oprømmere er lavet af stål med et kulstofindhold på 0,90 % til 1,00 %. Efter korrekt varmebehandling har stål med højt kulstofindhold en meget høj hårdhed, generelt mellem 65-75 HRC. På grund af den ekstremt dårlige svejseydelse bruges den dog ikke til generelle svejsekonstruktioner, men kun til reparationssvejsning eller belægning af støbegods. Efter svejsning skal svejsningen hærdes for at eliminere stress, fikse strukturen, forhindre revner og forbedre svejseydelsen.

(II) Klassificering efter kvalitet

Der kan være nogle forskelle i hårdhed mellem almindeligt kulstofstål, kulstofstål af høj kvalitet og avanceret kulstofstål af høj kvalitet. Hårdheden af ​​almindeligt kulstofstål er relativt generel, og dets relativt høje urenhedsindhold kan påvirke stabiliteten af ​​dets hårdhed. Kulstofstål af høj kvalitet er mere strengt kontrolleret med hensyn til kulstofindhold, og efter korrekt varmebehandling kan dets hårdhed være højere end almindeligt kulstofstål, og dets hårdhedsstabilitet er også bedre. Avanceret højkvalitets kulstofstål er mere fremragende i alle aspekter af ydeevne, og dets hårdhed kan være højere. Samtidig klarer den sig også godt i slidstyrke og styrke. For eksempel kan avanceret højkvalitets kulstofstål i nogle tilfælde med høje krav til hårdhed og kvalitet, såsom fremstilling af højpræcisionsmekaniske dele og skærende værktøjer, foretrækkes. I nogle tilfælde, hvor hårdhedskravet ikke er så højt, og omkostningskontrollen er relativt streng, kan almindeligt kulstofstål være mere velegnet.

IV. Praktisk anvendelse og valg af kulstofstålhårdhed

(I) Anvendelse af kulstofstålhårdhed i forskellige områder

  1. Mekanisk fremstilling
    • Ved mekanisk fremstilling har forskellige dele forskellige krav til kulstofstålhårdhed. For eksempel kræver nøgledele som tandhjul og krumtapaksler højere hårdhed for at modstå større tryk og friktion. Efter korrekt varmebehandling har mellemkulstofstål og stål med højt kulstofindhold højere hårdhed og styrke, hvilket gør dem velegnede til fremstilling af disse vigtige mekaniske dele.
    • For nogle ikke-kritiske mekaniske dele, såsom bolte og møtrikker, selv om hårdheden af ​​lavkulstofstål er lav, har det god plasticitet og bearbejdelighed, som kan opfylde dets brugskrav.
  1. Byggefelt
    • På byggeområdet bruges kulstofstål hovedsageligt til fremstilling af stålstænger og bærende strukturer. Generelt skal kulstofstål, der anvendes i byggeriet, have en vis styrke og hårdhed for at sikre stabiliteten og sikkerheden af ​​bygningskonstruktionen. Efter korrekt behandling og behandling kan medium kulstofstål og lavkulstofstål opfylde kravene til kulstofstålhårdhed i byggefeltet.
    • For eksempel, i brokonstruktion, kan højt kulstofstål bruges til at fremstille højstyrke stålkabler og konnektorer, mens lavt kulstofstål kan bruges til at fremstille nogle hjælpestrukturelle dele.
  1. Værktøjsfremstillingsfelt
    • Værktøjsfremstilling stiller meget høje krav til hårdheden af ​​kulstofstål. På grund af sit høje kulstofindhold kan højt kulstofstål nå en hårdhed på 65-75 HRC efter varmebehandling såsom bratkøling, hvilket gør det meget velegnet til fremstilling af skærende værktøjer.
    • For eksempel er skæreværktøjer som bor, haner og oprømmere normalt lavet af kulstofstål med et kulstofindhold på 0,90 % til 1,00 %, hvilket kan opretholde en skarp klinge under skæreprocessen og forbedre skæreeffektiviteten og -kvaliteten.

(II) Hvordan man vælger kulstofstål med passende hårdhed i henhold til faktiske behov

  1. Overvej arbejdsmiljøet
    • Hvis der er stor friktion, stød eller tryk i arbejdsmiljøet, så er det nødvendigt at vælge et kulstofstål med en højere hårdhed. Inden for minemaskiner og tunge maskiner er arbejdsmiljøet f.eks. barskt, og delene skal modstå større slid og påvirkninger. På dette tidspunkt er højt kulstofstål eller specialbehandlet medium kulstofstål et bedre valg.
    • Hvis arbejdsmiljøet er relativt mildt, og hårdhedskravet ikke er højt, så kan lavt kulstofstål eller almindeligt kulstofstål muligvis opfylde behovene.
  1. Overvej krav og forventet ydeevne
    • Hvis der er høje krav til delenes styrke, slidstyrke, sejhed og andre egenskaber, så er det nødvendigt at vælge kulstofstål med passende hårdhed ud fra disse krav. For eksempel til dele, der kræver høj styrke og høj slidstyrke, kan højkulstofstål vælges; til dele, der kræver god plasticitet og svejseydelse, kan lavt kulstofstål eller medium kulstofstål vælges.
    • Samtidig er det også nødvendigt at overveje den forventede levetid og vedligeholdelsesomkostninger. Selvom kulstofstål med højere hårdhed har fremragende ydeevne, kan det være dyrere, og vedligeholdelsesomkostningerne er relativt høje. Derfor, når du vælger kulstofstål, er det nødvendigt at overveje forskellige faktorer grundigt for at opnå den bedste omkostningseffektivitet.
Kort sagt, når du vælger kulstofstål, er det nødvendigt grundigt at overveje faktorer som arbejdsmiljø, krav og forventet ydeevne og vælge kulstofstål med passende hårdhed for at sikre kvaliteten og ydeevnen af ​​delene og opfylde behovene for faktiske applikationer. At forstå vigtigheden af ​​valget af kulstofstålhårdhed vil hjælpe os med at anvende kulstofstål bedre på forskellige områder og forbedre produktionseffektiviteten og produktkvaliteten.
Tilbage til blog