1. Oversikt over karbonstålhardhet
Hardheten til karbonstål er en av de viktige indikatorene for å måle ytelsen. Ulike typer karbonstål har ulik hardhet. Å forstå disse forskjellene vil hjelpe deg å velge riktig materiale i praktiske applikasjoner.
(I) Hardhetsområde for vanlig karbonstål
Hardheten til vanlig karbonstål er vanligvis mellom 120 og 180 HB, eller hardheten er vanligvis mellom 20 og 30 HRC. Dette er fordi karboninnholdet i vanlig karbonstål er relativt lavt, generelt mindre enn 0,25 %. Det lave karboninnholdet gjør at vanlig karbonstål har god plastisitet og bearbeidbarhet, men relativt svak i hardhet. I noen anledninger hvor hardhetskravet ikke er høyt, kan vanlig karbonstål møte etterspørselen, for eksempel å produsere noen ikke-kritiske mekaniske deler eller strukturelle deler.
(II) Eksempler på hardhet av spesielt karbonstål
Ta 45 stål som eksempel, det viser ulik hardhet under ulike behandlingsmetoder. Etter bråkjøling kan hardheten nå HRC45 - 50; etter karburering er overflatehardheten HRC≥60; etter nitrering er overflatehardheten HB≥600. Dette er fordi ulike behandlingsmetoder vil endre strukturen til stål, og dermed påvirke hardheten. Bråkjøling er å varme stål til en viss temperatur og deretter avkjøle det raskt, slik at strukturen til stålet endres til martensitt, og dermed øke hardheten. Karburering er å trenge karbonatomer inn i overflaten av stål for å danne et lag med høyt karbon og øke overflatehardheten. Nitrering er å penetrere nitrogenatomer inn i overflaten av stål for å danne et nitrert lag og øke overflatehardheten.
(III) Hardhetsegenskaper for 55Mn karbonstål
Som et karbonstål har 55Mn et hardhetsområde på 180 - 220HB. Den høye hardheten på 55Mn sikrer slitestyrke og kompresjonsmotstand på steder med høye styrkekrav. Dette er fordi 55Mn inneholder en høy mengde mangan, som kan forbedre styrken og hardheten til stål. Samtidig, etter riktig varmebehandling, er organisasjonsstrukturen på 55Mn mer jevn og hardheten mer stabil. 55Mn er mye brukt noen steder som krever høy styrke og høy slitestyrke, for eksempel skip, broer og biler.
2. Faktorer som påvirker hardheten til karbonstål
(I) Påvirkning av karboninnhold
Karboninnholdet i karbonstål har en betydelig effekt på hardheten. Generelt sett, jo høyere karboninnhold, jo større hardhet. Når karboninnholdet er lavt, for eksempel lavkarbonstål, er karboninnholdet vanligvis mellom 0,0218% - 0,25%, og hardheten er relativt lav. Når karboninnholdet øker, og går inn i middels karbonstål-området (karboninnhold 0,25% - 0,6%), øker hardheten gradvis, og plastisiteten begynner å avta. Når karboninnholdet økes ytterligere til høykarbonstål (karboninnhold større enn 0,6%), øker hardheten betydelig, men plastisiteten avtar også ytterligere. For eksempel, ved lavt karboninnhold, er strukturen ferritt og perlitt. Når karboninnholdet øker, øker også innholdet av perlitt, og hardheten til perlitt er høyere enn ferritt. Når karboninnholdet når 0,8 %, er strukturen perlitt, og mer enn 0,8 % er perlitt og karbid. Hardheten til karbid er veldig høy, noe som gjør at jo høyere karboninnhold, jo større hardhet.
(II) Effekter av andre elementer
I tillegg til karboninnhold påvirker også elementer som mangan, silisium, svovel og fosfor hardheten til karbonstål. Mangan er et gunstig grunnstoff i karbonstål. Den kan syntetisere mangansulfid med sulfid i stål, og dermed redusere de skadelige effektene av svovel. Samtidig kan det meste av restmanganet løses opp i ferritt for å forbedre stålets styrke og hardhet. Generelt er manganinnholdet mindre enn 1%. Silisium har også en lignende effekt. Resterende silisium kan oppløses i ferritt, styrke ferritt, forbedre styrken og hardheten til stål og forbedre flytende flyt av stål, noe som bidrar til støping. Innholdet overstiger vanligvis ikke 0,5%.
Effektene av svovel og fosfor på hardheten til karbonstål er imidlertid mer kompliserte. Svovel er uløselig i jern i stål, men eksisterer i form av FeS, og danner et lavt smeltepunkt (985 ℃) eutektisk med Fe. Når stålet er varmbearbeidet vil det gi oppsprekking, som kalles "hot brittleness". Samtidig vil det redusere styrken og seigheten til stålet. Imidlertid vil svovel og mangan danne mangansulfid, noe som kan forbedre bearbeidbarheten. Innholdet bør være strengt kontrollert til å være generelt mindre enn 0,050 %. Fosfor kan oppløses fullstendig i ferritt, noe som forbedrer styrken og hardheten til stål, men det vil føre til at plastisiteten og seigheten til stål faller kraftig under 100 ℃, det vil si "kald sprøhet". Jo høyere fosforinnhold, desto mer alvorlig er kuldeskjørheten. Men når innholdet er 0,05%-0,15%, kan det forbedre bearbeidbarheten. Samtidig vil fosfor også forringe sveiseytelsen til stål. Innholdet bør generelt være mindre enn 0,045 %.
III. Forskjeller i hardhet for ulike typer karbonstål
(I) Klassifisering etter karboninnhold
- Lavkarbonstål: Karboninnholdet er generelt mindre enn 0,25%. For eksempel er nr. 15 stål et lavkarbonstålmateriale med et karboninnhold mellom 0,12 og 0,18%. Den har god duktilitet og plastisitet, og en relativt lav hardhet. Ifølge data er hardheten til lavkarbonstål vanligvis mellom 120 og 180 HB. Lavkarbonstål er lett å akseptere ulike prosesser som smiing, sveising og skjæring, og brukes ofte til å produsere kjeder, nagler, bolter, aksler, etc., samt ulike plater og beholdere. Denne typen stål brukes også ofte til å produsere ulike karburerte deler. Etter karburering og bråkjøling har ståloverflaten høy hardhet og god slitestyrke, mens kjernen opprettholder en viss styrke og seighet. Den kan brukes til å produsere deler som tåler støtbelastninger og slitesterke deler, som gir, korte aksler, pinner, etc.
- Middels karbonstål: Karboninnholdet er mellom 0,25 % og 0,60 %. Styrken og hardheten er høyere enn lavkarbonstål, og plastisiteten og seigheten er lavere enn lavkarbonstål. Middels karbonstål har god varmebehandling og skjæreytelse, men dårlig sveiseytelse. Etter bråkjøling og herding har middels karbonstål gode omfattende mekaniske egenskaper, med en maksimal hardhet på ca HRC55 (HB538) og σb på 600 - 1100MPa. For eksempel er 45-stål, etter bråkjøling, men før herding, kvalifisert hvis hardheten er større enn HRC55 (opptil HRC62), og maksimal hardhet i faktisk bruk er HRC58 (høyfrekvent bråkjøling). Etter bråkjøling og herding har delene gode omfattende mekaniske egenskaper og er mye brukt i forskjellige viktige konstruksjonsdeler, som stempler til luftkompressorer og pumper, impellere til dampturbiner, aksler, ormer, gir til tunge maskiner, etc., også som deler med slitesterke overflater, veivaksler, maskinspindler, ruller, benkverktøy, etc.
- Høyt karbonstål: Karboninnhold større enn 0,6 %, høy hardhet og styrke, men dårlig plastisitet og seighet. Høykarbonstål kalles vanligvis verktøystål, med et karboninnhold på 0,60 % til 1,70 %, som kan herdes og herdes. Hammere, brekkjern, etc. er laget av stål med et karboninnhold på 0,75 %; skjæreverktøy som bor, kraner og rømmer er laget av stål med et karboninnhold på 0,90 % til 1,00 %. Etter riktig varmebehandling har høykarbonstål en svært høy hardhet, vanligvis mellom 65-75 HRC. På grunn av den ekstremt dårlige sveiseytelsen brukes den imidlertid ikke til generelle sveisekonstruksjoner, men kun til reparasjonssveising eller overflatebehandling av støpegods. Etter sveising bør sveisingen tempereres for å eliminere stress, fikse strukturen, forhindre sprekker og forbedre sveiseytelsen.
(II) Klassifisering etter kvalitet
Det kan være noen forskjeller i hardhet mellom vanlig karbonstål, høykvalitets karbonstål og avansert høykvalitets karbonstål. Hardheten til vanlig karbonstål er relativt generell, og dets relativt høye urenhetsinnhold kan påvirke stabiliteten til hardheten. Høykvalitets karbonstål er strengere kontrollert når det gjelder karboninnhold, og etter riktig varmebehandling kan hardheten være høyere enn vanlig karbonstål, og hardhetsstabiliteten er også bedre. Avansert høykvalitets karbonstål er mer fremragende i alle aspekter av ytelse, og hardheten kan være høyere. Samtidig yter den også godt i slitestyrke og styrke. For eksempel, i enkelte anledninger med høye krav til hardhet og kvalitet, som produksjon av høypresisjons mekaniske deler og skjæreverktøy, kan avansert høykvalitets karbonstål være å foretrekke. I noen tilfeller hvor hardhetskravet ikke er så høyt og kostnadskontrollen er relativt streng, kan vanlig karbonstål være mer egnet.
IV. Praktisk bruk og valg av hardhet i karbonstål
(I) Anvendelse av karbonstålhardhet i forskjellige felt
- Mekanisk produksjon
- Ved mekanisk produksjon har ulike deler ulike krav til hardhet i karbonstål. For eksempel krever nøkkeldeler som gir og veivaksler høyere hardhet for å tåle større trykk og friksjon. Etter riktig varmebehandling har middels karbonstål og høykarbonstål høyere hardhet og styrke, noe som gjør dem egnet for produksjon av disse viktige mekaniske delene.
- For noen ikke-kritiske mekaniske deler, for eksempel bolter og muttere, selv om hardheten til lavkarbonstål er lav, har det god plastisitet og bearbeidbarhet, som kan oppfylle brukskravene.
- Anleggsfelt
- I byggefeltet brukes karbonstål hovedsakelig til å produsere stålstenger og støttekonstruksjoner. Generelt sett må karbonstål som brukes i konstruksjonen ha en viss styrke og hardhet for å sikre stabiliteten og sikkerheten til bygningskonstruksjonen. Etter riktig bearbeiding og behandling kan middels karbonstål og lavkarbonstål oppfylle kravene til karbonstålhardhet i byggefeltet.
- For eksempel, i brokonstruksjon, kan høykarbonstål brukes til å produsere høyfaste stålkabler og koblinger, mens lavkarbonstål kan brukes til å produsere noen hjelpekonstruksjonsdeler.
- Verktøyproduksjonsfelt
- Verktøyproduksjon har svært høye krav til hardheten til karbonstål. På grunn av det høye karboninnholdet kan høyt karbonstål nå en hardhet på 65-75 HRC etter varmebehandling som bråkjøling, noe som gjør det veldig egnet for å lage skjæreverktøy.
- For eksempel er skjæreverktøy som bor, kraner og reamers vanligvis laget av høykarbonstål med et karboninnhold på 0,90 % til 1,00 %, noe som kan opprettholde et skarpt blad under skjæreprosessen og forbedre kutteeffektiviteten og kvaliteten.
(II) Hvordan velge karbonstål med passende hardhet i henhold til faktiske behov
- Vurder arbeidsmiljøet
- Hvis det er stor friksjon, støt eller trykk i arbeidsmiljøet, er det nødvendig å velge et karbonstål med høyere hardhet. For eksempel innen gruvemaskineri og tunge maskiner er arbeidsmiljøet hardt og delene må tåle større slitasje og støt. På dette tidspunktet er høykarbonstål eller spesialbehandlet middels karbonstål et bedre valg.
- Hvis arbeidsmiljøet er relativt mildt og hardhetskravet ikke er høyt, kan lavkarbonstål eller vanlig karbonstål kanskje dekke behovene.
- Vurder krav og forventet ytelse
- Hvis det er høye krav til delenes styrke, slitestyrke, seighet og andre egenskaper, er det nødvendig å velge karbonstål med passende hardhet basert på disse kravene. For eksempel, for deler som krever høy styrke og høy slitestyrke, kan høykarbonstål velges; for deler som krever god plastisitet og sveiseytelse, kan lavkarbonstål eller middelskarbonstål velges.
- Samtidig er det også nødvendig å vurdere forventet levetid og vedlikeholdskostnad. Selv om karbonstål med høyere hardhet har utmerket ytelse, kan det være dyrere og vedlikeholdskostnadene er relativt høye. Derfor, når du velger karbonstål, er det nødvendig å vurdere ulike faktorer grundig for å oppnå best kostnadseffektivitet.
Kort sagt, når du velger karbonstål, er det nødvendig å grundig vurdere faktorer som arbeidsmiljø, krav og forventet ytelse, og velge karbonstål med passende hardhet for å sikre kvaliteten og ytelsen til deler og møte behovene til faktiske applikasjoner. Å forstå viktigheten av karbonstålhardhetsvalg vil hjelpe oss å bruke karbonstål bedre på forskjellige felt og forbedre produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten.