Содержание углерода в сталях: Как влияет содержание углерода на свойства стали

alexxlab | 25.04.2023 | 0 | Разное

Углерод в металле и его влияние на свойства материала

  • Главная >
  • Блог >
  • Углерод в металле и его влияние на свойства материала

19.09.2022

Свойства металлов

Время чтения: 8 минут

Редакция сайта VT-Metall

Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • На что влияет углерод в металле
  • Свойства металла (стали) с разным содержанием углерода
  • Технология изготовления углеродистых сталей
  • Области применения углеродистых сталей

Содержание углерода в металле определяет свойства углеродистых сталей, в частности, механические характеристики. Благодаря изменению процентного соотношения углерода можно сделать материал более пластичным или твердым, вязким или прочным.

Такие стали называются углеродистыми и классифицируются по своему составу, степени окисления, а также методам производства и применения. Металлы с разной степенью цементита используются в разных сферах. Как же углерод в металле способствует повышению ее востребованности?

На что влияет углерод в металле

В процессе производства невозможно полностью удалить примеси из стали, поэтому они остаются в небольшом процентном содержании во всех углеродистых соединениях. Также их наличие зависит от выбранного метода плавки.

На основании доли углерода в металле принято выделять углеродистую и легированную сталь. Интересующий нас компонент позволяет скорректировать технические и механические характеристики материала.

В стали присутствуют:

  • железо – в пределах 99 %;
  • углерод – до 2,14 %;
  • кремний – не более 1 %;
  • марганец – до 1 %;
  • фосфор – максимум 0,6 %;
  • сера – до 0,5 %.

 

Также сталь содержит небольшую долю водорода, кислорода, азота.

Для чего нужен углерод в металле? В сталеплавильных процессах он играет такие роли:

  1. Присутствует в большинстве марок стали, поскольку позволяет получить материал с широким диапазоном механических свойств. А именно: влияет на соотношение феррита и перлита в структуре твердого металла, расширяет диапазон температур, при которых железо остается в устойчивом состоянии.
  2. Считается вредной примесью в сталях специального назначения, таких как электротехнические, жаропрочные, стойкие к коррозии, пр.
  3. Забирает на свое окисление основную долю кислорода, вдуваемого в ванну с целью избавления от примесей. Например, в кислородно-конвертерном и мартеновском скрап-рудном процессах уходит более 75–80 % кислорода. Поэтому основной задачей управления окислительным рафинированием считается регулировка удаления углерода в металле.
  4. Является единственной примесью при изготовлении стали, во время окисления которой выделяются газы CO и CO2. Объем последних многократно превосходит объема металла – если говорить точнее, то окисление килограмма углерода при +1 500 °C приводит к образованию более 10 м3 CO. Газ удаляется из ванны в форме пузырей, благодаря чему металл перемешивается со шлаком, возрастает скорость протекания тепло- и массообменных процессов. В результате на плавку уходит меньше времени.
  5. Пузыри оксида углерода проходят через расплав, параллельно избавляя его от газов, неметаллических включений при плавке и вакуумировании.
  6. Реакция окисления углерода сопровождается нагревом ванны, что важно для протекания кислородных процессов. Так, на кислородно-конвертерном этапе обработки металла тепло реакции окисления углерода обеспечивает 20–25 % приходной части теплового баланса плавки. Так сплав достигает температуры выпуска при значительной доле лома в шихте.
  7. От количества углерода в металле и его постоянного окисления зависит содержание кислорода в стали и оксидов железа в шлаке. Окисленность ванны влияет на потери железа со шлаком в виде оксидов, остаточное содержание прочих примесей, угар раскислителей и легирующих добавок, пр.
  8. Благодаря окислению интересующего нас элемента во время затвердевания металла в изложницах удается формировать слитки стали разных видов. Речь идет о кипящем, спокойном и полуспокойном типе данного металла.

Увеличение доли углерода в металле провоцирует такие изменения:

  • повышение электросопротивления;
  • увеличение коэрцитивной силы;
  • ухудшение проницаемости магнитов;
  • снижение плотности индукции магнитов.

Свойства металла (стали) с разным содержанием углерода

Говоря о том, что такое углерод в металле, важно понимать, что свойства углеродистых сталей определяются сложным молекулярным строением. Структура цементита такова, что каждая ее ячейка имеет форму октаэдра.

Данная особенность обеспечивает ряд таких важных технико-экономических показателей сплавов, как:

  • высокая прочность, несущая способность;
  • твердый поверхностный слой в сочетании с мягкой сердцевиной, что объясняется плохой прокаливаемостью – данная характеристика компенсирует хрупкость металла;
  • большой срок службы, достигающий 50 лет при нормальных условиях, либо применении средств, призванных защитить материал от появления очагов ржавчины;
  • низкая стоимость технологии выплавки, которая используется с конца XIX века – именно тогда были созданы мартеновские печи.

От количества углерода в металле зависит определенный вид стали:

  • Низкоуглеродистая сталь имеет в составе до 0,25 % данного компонента, отличается пластичностью, однако легко поддается деформации. Такой металл может обрабатываться в холодном виде либо при высоких температурах.
  • Среднеуглеродистая сталь содержит 0,3–0,6 % углерода, является пластичной, текучей, имеет средний уровень прочности. Данный процент углерода в металле позволяет использовать его как материал для деталей и конструкции, эксплуатируемых в нормальных условиях.
  • Высокоуглеродистая сталь предполагает долю углерода в 0,6–2 %. Отличается хорошей стойкостью к износу, низкой вязкостью, а также она прочная и дорогостоящая. Для проведения сварных работ металл необходимо предварительного разогреть до +225 °C.

Стоит отметить, что первые два вида проще поддаются обработке, свариванию.

Каждая марка стали имеет свою сферу применения и отличается от других методом изготовления:

Конструкционные стали

Обладают большой долей углерода в металле, для их производства используются мартеновские печи и специальные конвертеры. В маркировке конструкционных сталей применяют первые три буквы алфавита и цифры. По буквам можно определить принадлежность сплава к определенной группе, тогда как цифровое значение говорит о количестве углерода.

Если в металле присутствует марганец, обозначение дополняется буквой «Г». Группа А разделяет сплавы по механическим характеристиками, Б – по доле примесей, В – сразу по двум показателям. Так, при производстве группы А отталкиваются от необходимых качеств, тогда как в группе Б опираются на соответствие нормам.

Инструментальные стали

Производят в мартеновской или электрической печи, которая стала наиболее распространена в последнее время. Марки сплава имеют различную вязкость, степень раскисления. Кроме того, среди инструментальных сталей принято выделять качественные и высококачественные.

Технология изготовления углеродистых сталей

Зная содержание углерода в металле, важно также понимать, что это позволяет использовать в металлургии различные методы производства углеродистых сталей, для каждого из них используется особое оборудование.

Специалисты выделяют несколько типов печей, применяемых для этих нужд:

  • конверторные плавильные;
  • мартеновского типа;
  • электрические.

Конверторные печи расплавляют все компоненты сплава, после чего смесь проходит обработку техническим кислородом. В горячий металл вносят известь, чтобы удалить присутствующие примеси, превратив их в шлак. Процесс производства сопровождается активным окислением металла, из-за чего выделяется большое количество угара.

Использование конверторных печей для изготовления углеродистых сталей требует установки дополнительных фильтровальных систем, поскольку во время работы образуется много пыли. А монтаж дополнительного оборудования всегда чреват значительными финансовыми затратами.

Однако этот недостаток не мешает конверторному методу активно использоваться на металлургических производствах, так как специалисты ценят его за высокую производительность.

Печи мартеновского типа обеспечивают высокое качество различных марок стали. Здесь производство металла с содержанием углерода состоит из таких этапов:

  1. в отдельный отсек печи загружают чугун, стальной лом, пр.;
  2. металл нагревается до значительной температуры;
  3. составляющие будущего сплава превращаются в однородную горячую массу;
  4. происходит химическая реакция между компонентами в процессе плавления;
  5. готовый металл поступает из печи.

Электрические печи предполагают совершенно иной подход к производству: отличается способ нагрева материалов. Благодаря использованию электричества снижается окисляемость металла в процессе разогрева, из-за чего в сплаве сокращается доля водорода. Это позитивно отражается на структуре и качестве готовой стали.

Области применения углеродистых сталей

Производство деталей машин

Прежде чем приступить к изготовлению определенной детали из углеродистых сталей, оценивают режим ее дальнейшей работы.

Марки металла, в которых содержится малая доля углерода, подходят для изделий, защищенных от серьезных нагрузок, воздействия вибрации, ударов. К таким элементам относятся:

  • дистанционные кольца;
  • втулки;
  • крышки;
  • колпаки;
  • маховики;
  • стаканы для подшипников;
  • прихваты, планки.

В качестве отдельной категории выделяют сварные каркасные конструкции, корпусные изделия, поскольку в этом случае низкая прочность данного вида сталей компенсируется толщиной несущего сечения. Тогда как податливость материала обработке сваркой обеспечивает более высокий уровень общей технологичности.

Для деталей, которые ожидают большие нагрузки в процессе эксплуатации, выбирают среднеуглеродистые стали для дальнейшей закалки. Либо могут использоваться марки металла с низким содержанием углерода при условии цементации.

Данные требования распространяются на следующие виды продукции:

  • шкивы ременных передач;
  • звездочки цепных передач;
  • зубчатые колеса, шестерни, валы-шестерни;
  • валы, оси;
  • шпиндели;
  • рычаги;
  • ролики;
  • штока, поршни цилиндров.

В первую очередь, производят заготовку – на этом этапе осуществляется резка проката, отливка, штамповка или поковка. После чего переходят к механической и температурной стадии.

В конце приступают к доводочным, отделочным операциям при помощи абразива, то есть к шлифовке, хонингованию, притирке, суперфинишированию. Нужно учитывать, что невозможно эффективно обработать незакаленные стали абразивным инструментом, так как процесс сопровождается засаливанием режущих зерен.

Высокоуглеродистые рессорно-пружинные разновидности стали применяют лишь в особых случаях, поскольку такой металл с углеродом в составе предполагает значительно более сложную обработку. Кроме того, любые промахи трудно устранить, например, заварить дефект.

Обычно подобные стали выбирают для навивки спиральных пружин, производства рессор, цанг, направляющих скольжения и прочих элементов, от которых требуется упругость в сочетании с твердостью.

Производство инструмента

Назначение углеродистых инструментальных сталей очевидно уже из названия. Ограничением в их применении является повышенная температура: при превышении +250…+300 °C закаленный металл отпускается, утрачивает прочность, твердость.

Также важно учитывать, что углеродистые стали уступают легированным по функциональности. Ими нельзя резать или давить материалы, имеющие более высокие показатели прочности.

Из-за всех названных особенностей такие металлы используют для изготовления ручного инструмента, позволяющего осуществлять холодную обработку дерева, пластика, мягких цветных металлов.

В производстве задействуются исключительно кованые заготовки, а не литье. Среди проката выбирают упрочненный сортамент, созданный непосредственно для изготовления инструмента.

Далее металл с необходимой долей углерода в составе точат, сверлят, фрезеруют, закаляют, после чего доводят до нужного состояния при помощи абразива. Стоит отметить, что шлифовка является наиболее трудоемким этапом изготовления, так как именно в это время инструменту сообщаются требуемые параметры.

Кроме того, эти операции позволяют удалить с металла поверхностный слой, содержащий дефекты, которые остались после термической обработки.

Производство крепежа

ГОСТ 1759.4-87 содержит в себе требования к механическим свойствам резьбового крепежа. В соответствии с этим документом, болты, винты, шпильки могут изготавливаться из таких углеродистых сталей:

  • 10 и 20 – для классов прочности 3.6, 4.6, 4.8, 5.8 и 6.8, не предполагающих проведение термической обработки;
  • 30, 35, 45 – для классов прочности 5.6 и 6.6 с термической обработкой;
  • 35 – для классов прочности 8.8, 9.8, 10.9 и 12.9, где термическая обработка является обязательным этапом.

Массовое и крупносерийное производство метизов из металла, в составе которого есть углерод, предполагает использование технологии горячей или холодной штамповки и высадочных автоматов. После чего на заготовки нарезают либо накатывают резьбу.

Если речь идет о мелкой серии, доступен заказ нестандартного крепежа – партия изготавливается на универсальном оборудовании для металлорезки.

Для производства крепежа нередко используют особую группу углеродистых сталей. Речь идет о марках, отличающихся повышенной обрабатываемостью – у них в начале маркировки стоит буква «А». Такие металлы отличаются от всех остальных максимальной однородностью структуры и химического состава по всему объему проката.

Поэтому при обработке на станках-автоматах отсутствует риск перепада нагрузки на инструмент, что обычно возможно из-за разной твердости сплава, присутствия микродефектов в виде неметаллических включений.

Рекомендуем статьи

  • Хранение электродов и восстановление покрытия
  • Сила сварочного тока: разбираемся в нюансах настройки
  • Фосфатирование: особенности технологии

Углеродистые стали подходят для решения большей части технических задач от производства элементов машин до сборки несущих металлоконструкций. Такие марки отличаются долей углерода в металле, что позволяет легко понять область их использования.

Читайте также

20.04.2023

Электродуговая сварка: преимущества и недостатки, виды и особенности

Подробнее

17.04.2023

Шлифовка металла: методы, виды

Подробнее

13.04.2023

Структура стали после закалки: виды и технологии термообработки

Подробнее

10.04.2023

Сварочная ванна: советы по ее идеальной отработке

Подробнее

07.04.2023

Какие соединения относятся к резьбовым: разновидности и функции

Подробнее

04.04.2023

Высокоуглеродистая сталь и ее особенности

Подробнее

31.03.2023

Температура закалки стали: какой должна быть

Подробнее

29.03.2023

Плазмотрон: устройство, виды, задачи

Подробнее

Содержание углерода в стали

Для дальнейшего рассмотрения структурных превращений при медленном охлаждении необходимо все стали разделить на две группы:

  • стали с содержанием углерода менее 0,8% (левее точкиS, на диаграмме)

  • стали с содержанием углерода более 0,8% (правее точкиS).

Стали первой группы применяются в основном как стали конструкционные, а стали второй группы — как стали инструментальные.

В сталях с содержанием углерода менее 0,8%линии GS и PSK определяют температуры начала и конца перекристаллизации (вторичная кристаллизация) аустенита в феррит.

Перекристаллизация

Перекристаллизация вызывается аллотропическим превращением Feγ→ Feα.

В чистом железе это превращение проходит при постоянной температуре (910°), в то время как в сталях оно проходит в интервале температур, так как для стали с содержанием С = 0,2% процесс перекристаллизации начнется при температуре 850° и закончится при температуре 723°.

Структурные превращения при охлаждении стали

Однако при охлаждении стали в интервале температур 850—723° не весь аустенит превратится в феррит. Часть аустенита останется. Этот аустенит при температуре 723° превратится в перлит.

В результате этих двух превращений в интервале температур, определяемых линиями GS и PSK, структура сталей с содержанием С < 0,8% при комнатной температуре будет состоять из феррита + перлита.

Количественное соотношение между ферритом и перлитом определится процентом углерода в стали. Чем больше углерода б стали, тем больше в ней перлита, и сталь будет более твердая, прочная, но менее пластичная.

В сталях с содержанием С>0,8%линии SE и PSK определяют температуры начала и конца кристаллизации цементита из аустенита (вторичная кристаллизация).

Это превращение вызывается уменьшением растворимости углерода в аустените при охлаждении.

При температуре 1130° в аустените может раствориться 2% углерода, а при 723° только 0,8%. Поэтому если в стали углерода 1%, то при охлаждении начиная с температуры 820° из аустенита будет выделяться избыток углерода в форме цементита до тех пор, пока в аустените не останется 0,8% углерода.

При температуре 723° этот аустенит превратится в перлит.

В результате этих двух превращений в интервале температур, определяемых линиями ES и PSK и при температуре 723°, структура сталей с содержанием С>0,8% при комнатной температуре будет состоять из цементита + перлита.

Количественное соотношение между цементитом и перлитом также будет определяться количеством углерода в стали. Чем больше в стали углерода, тем больше в ней цементита и сталь будет более твердая, но и более хрупкая.

В сталях с содержанием С=0,8% превращение аустенита при медленном охлаждении начнется и закончится при температуре 723°. Структура этой стали при комнатной температуре будет перлит.

Температуры линииPSK, если речь идет о нагреве, обозначаютAC1.

Температуры линийGS иSE обозначают соответственно АСз или АСт.

§

Как определить содержание углерода в стали

Анализ металлов Тестирование

Углерод является одним из самых распространенных элементов, доступных в природе. Он легко доступен в земной коре и атмосфере. Углерод часто встречается в качестве составного элемента во многих соединениях и веществах. Из-за своих преимущественных свойств он используется в производстве многих металлических материалов. Некоторые из процессов, в которых используется углерод в производстве металлов, включают плавку полезных ископаемых, производство материалов и переработку полезных ископаемых.

Важность точного определения содержания углерода в металлах, таких как сталь, невозможно переоценить. Структурная целостность и механические свойства металлических материалов или стали, в зависимости от обстоятельств, в определенной степени зависят от количества углерода.

При этом мы обсудим четыре метода определения углеродистого графита в стали:

Визуальный искровой анализ
OES-сортировка
Искровой OES-анализ

Прежде чем углубиться в это, давайте взглянем на влияние углерода на сталь.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА СТАЛЬ

Сталь производится путем соединения железа, углерода и других известных элементов. Функция углерода заключается в повышении его ударопрочности и прочности. Однако это может стать недостатком, если его нет в нужном количестве.

Одним из основных недостатков высокой концентрации углерода в стали является хрупкость. Поэтому, когда сталь содержит необычное количество углерода, она, хотя и жесткая, легко разрушается при нагрузке. Кроме того, чрезмерное количество углерода отрицательно сказывается на пределе текучести, прочности на растяжение, коррозии и свариваемости стали или металлических материалов.

Излишне говорить, что правильное определение содержания углерода имеет основополагающее значение для производства прочной стали или металлических материалов.

3 МЕТОДЫ ТОЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СТАЛИ

Стали обычно классифицируют на основе содержания в них углерода. Хотя повышенное содержание углерода может сделать сталь более твердой и прочной, оно также может сделать сталь более хрупкой и трудной для сварки.

Обычно в большинстве сталей содержится менее 0,40% углерода, хотя возможно содержание углерода до 4%. Однако, как только содержание углерода превышает 0,65%, дополнительный углерод не изменяет твердость стали, но может повысить прокаливаемость стали и улучшить характеристики. Все классы чугуна имеют содержание углерода не менее 1,8%.

Чтобы гарантировать, что сталь соответствует необходимым техническим характеристикам элементов для конкретной классификации сплавов, важно использовать метод испытаний, который может точно измерить содержание углерода. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных методов идентификации металлов, а также сведения о том, могут ли они измерять содержание углерода в стали.

Визуальный искровой анализ

Один из старых методов, визуальный искровой анализ, позволяет проводить испытания стали в полевых условиях, сокращая время, необходимое для получения результатов. Визуальный искровой тест требует, чтобы кусок стали был отшлифован высокоскоростным шлифовальным кругом. Когда вращающийся абразивный круг применяется к стали, испускаемые искры сравниваются либо с диаграммой, либо с другими известными образцами. Появление искр свидетельствует о классификации стали. Этот тест необходимо проводить в более темных условиях, чтобы лучше наблюдать за искрами. Однако этот метод не является количественным анализом.

OES Sorting

Дуговая сортировка — один из самых быстрых методов анализа металла на содержание. Используя спектрометр, дуговая сортировка анализирует образец в воздухе с помощью электрического разряда и сравнивает интенсивность света образца с интенсивностью эталонного образца. Дуговая сортировка стали не требует аргона в процессе.

Анализ искры OES

Этот тип анализа использует аргон в качестве защитного газа вокруг искры, что позволяет проводить анализ углерода. Этот метод, будучи более точным, чем сортировка XRF или Arc, также медленнее, поскольку образец необходимо подготовить с помощью шлифовального диска или ленты, а анализ может занять несколько 300 000 000 секунд. Однако это единственный метод, который может обеспечить точное количественное определение содержания углерода.

Обучение

Измерение содержания углерода требует обучения правильному использованию оборудования. Если тесты не проведены должным образом, это может негативно повлиять на конечные результаты продукта или на определение того, как действовать с доступными материалами.

Понимание плюсов и минусов каждого метода поможет вам принять более правильное решение о том, как тестировать вашу сталь, а также убедиться, что сталь, которую вы имеете, соответствует требованиям для вашего предполагаемого применения.

ИЗМЕРЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СТАЛИ

Измерение содержания углерода в стали является одним из требований для обеспечения ее долговечности. Помимо прочности и хрупкости, которые напрямую связаны с содержанием углерода, он также представляет угрозу для функциональности или обрабатываемости металла. Если сталь, которая не была должным образом сортирована, используется как часть установки машины, она может сломаться из-за того, что она хрупкая или слишком слабая, чтобы выдерживать механические движения машины. В конечном итоге производственный процесс может остановиться из-за механической неисправности. Кроме того, это может привести к отзыву дорогостоящих продуктов. Поэтому необходим эффективный контроль качества, например, определение содержания углерода в стали.

При работе со сталью важно иметь возможность точно измерять содержание углерода, чтобы правильно идентифицировать каждый кусок материала и обеспечить прослеживаемость. Веричек предлагает ряд различных методов испытаний для определения процентного содержания углерода в стали, а также некоторых других типах металлов и сплавов.

Содержание углеродистых металлов, классификация стали и легированных сталей

Классификация стали важна для понимания того, какие типы стали использовать.

Как правило, углерод является наиболее важным коммерческим стальным сплавом. Увеличение содержания углерода повышает твердость и прочность, а также улучшает прокаливаемость. Но углерод также увеличивает хрупкость и снижает свариваемость из-за склонности к образованию мартенсита. Это означает, что содержание углерода может быть как благословением, так и проклятием, когда речь идет о коммерческой стали.

И хотя существуют стали с содержанием углерода до 2 процентов, они являются исключением. Большинство сталей содержит менее 0,35% углерода. Чтобы представить это в перспективе, имейте в виду, что это 35/100 от 1 процента.

Теперь любая сталь с содержанием углерода от 0,35 до 1,86% может быть закалена с использованием цикла закалка-закалка-отпуск. Большинство товарных сталей подразделяются на одну из трех групп:

  1. Простые углеродистые стали
  2. Низколегированные стали
  3. Высоколегированные стали

Простые углеродистые стали

Эти стали обычно представляют собой железо с содержанием углерода менее 1%, а также небольшими количествами марганца, фосфора, серы и кремния. Свариваемость и другие характеристики этих сталей в первую очередь зависят от содержания углерода, хотя легирующие и остаточные элементы оказывают незначительное влияние.

Простые углеродистые стали подразделяются на четыре группы:

  1. Низкоуглеродистые
  2. Средний
  3. Высокий
  4. Очень высокая

Низкий . Часто называемые мягкими сталями, низкоуглеродистые стали содержат менее 0,30% углерода и являются наиболее часто используемыми марками. Они хорошо обрабатываются и свариваются и более пластичны, чем стали с более высоким содержанием углерода.

Средний . Среднеуглеродистые стали содержат от 0,30 до 0,45% углерода. Повышенное содержание углерода означает повышенную твердость и прочность на растяжение, пониженную пластичность и более сложную обработку.

Высокий . Эти стали с содержанием углерода от 0,45 до 0,75% могут быть сложными для сварки. Предварительный нагрев, последующий нагрев (для контроля скорости охлаждения), а иногда даже нагрев во время сварки становятся необходимыми для получения качественных сварных швов и для контроля механических свойств стали после сварки.

Очень высокий . Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода до 1,50% используются для изготовления изделий из твердой стали, таких как металлорежущие инструменты и рессоры грузовых автомобилей. Как и высокоуглеродистые стали, они требуют термической обработки до, во время и после сварки для сохранения своих механических свойств.

Низколегированные стали

Когда эти стали предназначены для сварки, содержание углерода в них обычно ниже 0,25%, а часто ниже 0,15%. Типичные сплавы включают никель, хром, молибден, марганец и кремний, которые повышают прочность при комнатной температуре и повышают ударную вязкость при низких температурах.

Эти сплавы в правильном сочетании могут улучшить коррозионную стойкость и повлиять на реакцию стали на термообработку. Но добавленные сплавы также могут отрицательно влиять на восприимчивость к трещинам, поэтому рекомендуется использовать с ними процессы сварки с низким содержанием водорода. Предварительный нагрев также может оказаться необходимым. Это можно определить, используя формулу углеродного эквивалента, которую мы рассмотрим в следующем выпуске.

Высоколегированные стали

По большей части мы говорим о нержавеющей стали, наиболее важной коммерческой высоколегированной стали. Нержавеющие стали содержат не менее 12 процентов хрома, и многие из них имеют высокое содержание никеля. Три основных типа нержавеющей стали:

  1. Аустенитная
  2. Ферритный
  3. Мартенситный

Мартенситные нержавеющие стали используются для столовых приборов. Они имеют наименьшее количество хрома, обладают высокой прокаливаемостью и требуют как предварительного, так и последующего нагрева при сварке для предотвращения растрескивания в околошовной зоне (ЗТВ).

Ферритные нержавеющие стали содержат от 12 до 27 процентов хрома с небольшим количеством аустенитообразующих сплавов.

Аустенитные нержавеющие стали обладают отличной свариваемостью, но аустенит нестабилен при комнатной температуре. Следовательно, для стабилизации аустенита необходимо добавлять специальные сплавы. Наиболее важным стабилизатором аустенита является никель, другие включают углерод, марганец и азот.

Особые свойства, включая коррозионную стойкость, стойкость к окислению и прочность при высоких температурах, можно придать аустенитным нержавеющим сталям путем добавления определенных сплавов, таких как хром, никель, молибден, азот, титан и ниобий. И хотя углерод может повысить прочность при высоких температурах, он также может снизить коррозионную стойкость, образуя соединение с хромом. Важно отметить, что аустенитные сплавы нельзя упрочнять термической обработкой. Это означает, что они не затвердевают в зоне термического влияния при сварке.

* Нержавеющие стали всегда имеют высокое содержание хрома, часто значительное количество никеля, а иногда содержат молибден и другие элементы. Нержавеющие стали обозначаются трехзначным номером, начинающимся с 2, 3, 4 или 5.

Рисунок 1
Обязательно ознакомьтесь с последними версиями соответствующих публикаций AISI и SAE.

Классификация стали

Прежде чем мы рассмотрим пару общепринятых систем классификации стали, давайте рассмотрим еще один высокоуглеродистый металл — чугун. Содержание углерода в чугуне составляет 2,1% и более. Существует четыре основных типа чугуна:

  1. Серый чугун , относительно мягкий. Он легко обрабатывается и сваривается, и вы обнаружите, что он используется для блоков цилиндров двигателей, труб и конструкций станков.
  2. Белый чугун , твердый, хрупкий и не поддающийся сварке. Он имеет прочность на сжатие более 200 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI), а после отжига превращается в ковкий чугун.
  3. Ковкий чугун , представляющий собой отожженный белый чугун. Он поддается сварке, механической обработке, пластичен и обладает хорошей прочностью и ударопрочностью.
  4. Ковкий чугун , который иногда называют чугуном с шаровидным графитом или шаровидным графитом. Он получил такое название, потому что его углерод имеет форму маленьких сфер, а не чешуек. Это делает его пластичным и податливым. Он также поддается сварке.

Теперь давайте рассмотрим типичную систему классификации стали (см. Рисунок 1 ). И Общество автомобильных инженеров (SAE), и Американский институт черной металлургии (AISI) используют практически идентичные системы. Оба основаны на четырехзначной системе, где первое число обычно указывает на основной тип стали, а первые два числа вместе указывают серию в группе основного сплава.

Имейте в виду, что в группе основных сплавов может быть несколько серий в зависимости от количества основных легирующих элементов. Последние две-три цифры относятся к примерно допустимому диапазону содержания углерода в пунктах (сотых долях процента).

Эти системы классификации могут быть довольно сложными, и Рисунок 1 является лишь их основным представлением. Не забудьте ознакомиться с последними версиями AISI и SAE.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *