مزایای قدرت فولاد کربنی به سه خاصيت مکانيکي اصلي مي آيد: مقاومت کششي، قدرت کششي و سطح سختي. وقتی درباره ی مقاومت کششی صحبت می کنیم، اساساً به این نگاه می کنیم که یک ماده قبل از اینکه از هم پاشد، چقدر نیرویی را تحمل می کند. فولاد های با کربن بالا می توانند در واقع بر 800 MPa بر اساس برخی تحقیقات اخیر منتشر شده در سال گذشته، برسند. قدرت کششی به زمانی اشاره دارد که فلز به جای صرفاً خم شدن به عقب، شکل خود را به طور دائمی تغییر می دهد. نسخه های کربن کم معمولاً در حدود ۳۵۰ MPa قرار دارند، در حالی که آنهایی که با فرآیندهای حرارتی درمان می شوند می توانند به راحتی از ۱۰۰۰ MPa عبور کنند. تا جایی که سخت بودن می رود، این با استفاده از چیزی به نام مقیاس راکول C اندازه گیری می شود. هرچه محتوای کربن بالاتر باشد، فولاد سخت تر می شود زیرا نقایص میکروسکوپی بیشتری در ساختار شبکه کریستالی وجود دارد که باعث می شود مقاومت در برابر خراش و به طور کلی بهتر شود.
مقاومت کششی اساسا به ما می گوید که چقدر وزن فولاد کربنی می تواند قبل از شکستن نگه داشته شود، که برای چیزهایی مانند پل ها و قطعات ماشین آلات سنگین بسیار مهم است. به عنوان مثال، فولاد ساختاری ASTM A36 را در نظر بگیرید. این فولاد معمولا بین 400 تا 550 MPa در مقاومت کششی است. اما وقتی به فولاد ابزار مانند 1095 نگاه می کنیم، این فولاد می تواند در واقع از 1000 MPa فراتر برود وقتی که به درستی گرمایش شده باشد. حالا قدرت تولید یک عامل مهم دیگر است که محدودیت هایی را برای آنچه که مواد می توانند در طول کار منظم انجام دهند تعیین می کند. در واقع، شفت های کرک خودرو ساخته شده از فولاد کربن متوسط 1045 در فشار حدود 450 MPa سالم باقی می مانند. تا جایی که سخت بودن می رود، یک جهش قابل توجهی از حدود 70 HRB برای انواع کربن کم تا 65 HRC برای آنهایی که کربن بالایی دارند وجود دارد. این باعث می شود فولاد های با کربن بالا انتخاب های خوبی برای ابزار برش باشند که در آن ها نیاز به مقاومت در برابر فرسایش در طول زمان دارند.
تنظیم سطح کربن از حدود ۰.۰۵ درصد به ۱.۰ درصد به تولید کنندگان اجازه می دهد تا ویژگی های مقاومت مورد نیاز خود را تنظیم کنند. بر اساس تحقیقات منتشر شده در نسخه 2023 از بررسی علوم مواد، افزایش محتوای کربن از 0.2٪ به 0.8٪، قدرت کشش را تقریباً 60٪ افزایش می دهد، اگرچه هزینه ای دارد زیرا انعطاف پذیری در این محدوده حدود 70٪ کاهش می یابد. پیامدهای عملی آن کاملاً ساده است. انواع فولاد کربن کم که حاوی بین ۰.۰۵ تا ۰.۳ درصد کربن هستند برای چیزهایی مثل پانل های بدنه ماشین که نیاز به شکل گیری بدون ترک دارند، عالی هستند. در انتهای دیگر طیف، فولاد با محتوای کربن بالاتر که بین 0.6 تا 1.0 درصد است واقعا سخت و محکم می شود، و آنها را انتخاب ایده آل برای ابزار برش، چاقو و بهار های سنگین در ماشین آلات می کند.
وقتی کربن بیشتری در فولاد وجود دارد، قوی تر می شود چون کاربید آهن (Fe3C) در داخل آن شکل می گیرد، که اساساً این حرکات کوچک به نام انحراف را مسدود می کند. حدود 0.8 درصد کربن به ما چیزی می دهد که به عنوان ساختار کاملاً مرواریدی شناخته می شود. به این فکر کنید که لایه های فرایت با سیمانیت مخلوط شده اند، چیزی را ایجاد می کنند که هم به اندازه کافی قوی است و هم انعطاف پذیری دارد. اما اگر از آن نقطه شیرین عبور کنیم، کاربید های زیادی شروع به تشکیل این شبکه های شکننده در سراسر فلز می کنند. به همین دلیل است که درمان گرما مناسب برای به دست آوردن بهترین نتیجه از ماده بسیار مهم است. امروزه تولیدکنندگان از روش هایی مانند رول کردن کنترل شده برای کوچک کردن دانه ها استفاده می کنند، که حتی بدون اضافه کردن کربن اضافی به مخلوط، قدرت را افزایش می دهد. این رویکرد به دستیابی به خواص بهتر در حالی که در تنظیمات تولید هزینه های موثر را حفظ می کند، کمک می کند.
با محتوای کربن بین ۰.۰۵٪ و ۰.۳۲٪، فولاد کم کربن به مقاومت کششی ۲۰۳۰۰۳۴۷۰۰ psi (ASTM A36 2023) می رسد. این درجه اولویت انعطاف پذیری و جوش پذیری برای تخته های ساختمانی، قاب های خودرو و کاربردهای فلز ورق را دارد. مقاومت شکستگی 30105 ksi-in1⁄2 اجازه می دهد تا خم و شکل بدون ترک برای ساختارهای مقاوم به زلزله حیاتی باشد.
| اموال | کم‌کربن | کربن متوسط | کربن بالا |
|---|---|---|---|
| استحکام کششی (psi) | 2030034700 | 39900 72000 | 48400101,000 |
| سختی (برینل) | 111150 | 170210 | 230375 |
| انعطاف پذیری (٪ طول) | ۲۳۴۰ | 15–25 | 512 |
حاوی 0.30 0.60٪ کربن، درجه های متوسط مانند AISI 1045 72,000 psi مقاومت کششی 78٪ قوی تر از همتایان کربن کم را ارائه می دهند. درمان گرما از طریق خنک کردن و تند کردن، سختی را به 210 HB افزایش می دهد در حالی که طول کششی 18٪ را حفظ می کند (ASM International 2024). این تعادل از داروهای چرخ دار، دنده ها و اجزای هیدرولیکی که نیاز به مقاومت در برابر خستگی در معرض بار چرخه ای دارند پشتیبانی می کند.
فولاد با 0.61 1.5٪ محتوای کربن به سختی 230+ برینل و مقاومت کششی بیش از 100،000 psi می رسد. معامله؟ طول کششی به ≤12٪ کاهش می یابد، که درجه هایی مانند 1095 را برای بارگذاری پویا مناسب نمی کند. برنامه ها از این خواص استفاده می کنند:
تجزیه و تحلیل سال 2023 از تیغه های فشار ضربه نشان داد که 1060 فولاد کربن (0.60٪ C) پس از 50،000 چرخه ≤0.01 میلی متر تغییر شکل لبه را حفظ کرده استدر نسبت هزینه به دوام 27٪ از جایگزین های فولاد ابزار بهتر است. سختی پس از خاموش کردن 62 HRC امکان پردازش ورق فلزی را بدون نیاز به گرم کردن 19٪ سریع تر کرد (ژورنال سیستم های تولید).
روش های مختلف درمان گرما از جمله خاموش کردن، تند کردن و گرم کردن همه کار برای بهبود ویژگی های قدرت فولاد کربن است. وقتی که درباره خنک کردن صحبت می کنیم، اتفاق می افتد که فولاد داغ با استفاده از آب یا روغن خیلی سریع خنک می شود. این باعث می شود که ساختار سخت مارتنسیتیک درون فلز ایجاد شود. برخی مطالعات ASM International در سال 2023 نشان داد که فولاد های با کربن بالا می توانند پس از خنک شدن مناسب به مقاومت کششی بالای 2000 MPa برسند. پس از خنک کردن، سخت گیری انجام می شود که در آن فولاد دوباره بین حدود 300 تا 600 درجه سانتیگراد گرم می شود. این مرحله باعث می شود که فلز کمتر شکننده باشد اما بیشتر سختی آن را حفظ کند، معمولاً حدود ۸۵ تا شاید حتی ۹۰ درصد. بعدش هم از آن استفاده می کنیم که کارش متفاوت است. به جای اینکه سخت تر کند، در واقع فولاد را با سرد کردن آهسته نرم می کند. این فرآیند به افزایش میزان کشش مواد قبل از شکستن کمک می کند، که در هنگام کار با قطعات فولاد کربن متوسط که بعد از ساخت آنها باید شکل بگیرند بسیار مهم است.
وقتی فولاد کربن از طریق خنک کردن تغییر می کند از آستنیت به مارتنسیت فوق اشباع شده، که این باعث ایجاد این تحریفات شبکه می شود که در واقع فلز را سخت تر می کند. اما یک مشکل وجود دارد چون این ساختار جدید کاملاً پایدار نیست و استرس داخلی زیادی در داخل ماده ایجاد می کند. در این جا است که تند کردن مفید است، زیرا به کاهش این استرس ها از طریق بارش کربید کمک می کند. در حدود 450 درجه سانتیگراد برای حدود یک یا دو ساعت، و آنچه اتفاق می افتد این است که اتم های کربن شروع به توزیع مجدد خود می کنند، و ذرات سیمانیت پایدار را تشکیل می دهند. این ذرات سپس سختی فولاد را بدون قربانی کردن قدرت زیاد بهبود می بخشند. نتیجه اش چه شد؟ مارتنسیت سخت شده برای ساخت قطعات مانند حفاری بسیار مناسب است، زیرا این ابزارها نیاز به مقاومت خوب در برابر لباس و توانایی مقاومت در برابر شکستگی دارند وقتی که تحت فشار قرار می گیرند.
امروزه تولیدکنندگان با اصلاح دقیق فرآیند خنک کننده خود، نتایج بهتری از فولاد کربن دریافت می کنند. این سیستم های پیشرفته می توانند سرعت خنک شدن را در حدود ۵ درجه سانتیگراد در ثانیه کنترل کنند، که تفاوت بزرگی ایجاد می کند. در مقایسه با تکنیک های خنک کننده مدرسه قدیمی، این روش های مدرن ساختارهای دانه ای بسیار نازک تری را تولید می کنند. پولش چي بود؟ فولاد های ساختاری پس از پردازش حدود 12 تا 15 درصد قدرت تولید بیشتری دارند. برای کنترل کیفیت، اکثر مغازه ها هنگام آزمایش سختی از دستورالعمل های ASTM A255-20 پیروی می کنند. این به حفظ ثبات در قطعات مانند دنده های ماشین و اتصال ساختمان که نیاز به مقاومت در برابر استرس در طول زمان دارند کمک می کند. وقتی این پیشرفت ها با کوره های هوشمند پردازش گرما که به اینترنت متصل هستند ترکیب شوند، مصرف انرژی تقریباً 20 درصد کاهش می یابد بدون اینکه از یکپارچگی مکانیکی محصولات نهایی آسیب دیده باشد.
رفتار مکانیکی فولاد کربن واقعاً به یافتن تعادل مناسب بین ویژگی های مختلف مواد بستگی دارد. وقتی محتوای کربن در حدود 0.6 تا 1.5 درصد افزایش می یابد، می بینیم که هم قدرت کشش و هم سختی افزایش می یابد، اما در عین حال انعطاف پذیری ضربه بزرگی می بیند. به عنوان مثال فولاد های کربن بالا را در نظر بگیرید، فولاد هایی که حاوی حدود 1٪ کربن هستند به طور معمول به مقاومت کششی بیش از 1500 MPa می رسند، اما توانایی کشش آنها قبل از شکستن کمتر از 10٪ است. این نوع اثر برعکس به این دلیل اتفاق می افتد که کربن ساختارهای سخت سیمانیت ایجاد می کند که اساساً در راه حرکت اتم ها در داخل فلز قرار می گیرند. با این حال برخی تحقیقات اخیر در مورد طرح های هیتروسترکتور نتایج امیدوار کننده ای را نشان داده است. با کنترل دقیق اندازه دانه ها در طول فرآیند تولید، مهندسان توانسته اند انعطاف پذیری را در فولاد های با کربن بالا حدود ۱۵ درصد افزایش دهند، که نشان می دهد راه هایی برای دور زدن این محدودیت های سنتی از طریق تکنیک های مهندسی مواد هوشمند وجود دارد.
همان عواملی که قدرت را افزایش می دهند، همچنین مقاومت شکستگی را کاهش می دهند:
این شکنندگی در کاربردهای بار پویا مانند مفاصل ساختمانی لرزه ای بسیار مهم است. تولید کنندگان با مخلوط کردن درمان های حرارتی خاموش کردن برای سختی و سپس ترم کردن در 400600 °C برای بازگرداندن سختی جزئی، جبران می کنند.
قابلیت جوش با محتوای کربن به دلیل تشکیل مارتنسیت و خطرات ترک آبدرین به طور معکوس ارتباط دارد. برای فولاد هایی که حاوی کربن بیش از 0.3% هستند:
جوش لیزر-شاخ هیبریدی به عنوان یک راه حل در حال ظهور است، که 95٪ بهره وری مفصل را در فولاد کربن 1045 به دست می آورد در حالی که افزایش سختی منطقه گرمای تحت تاثیر (HAZ) را به حداقل می رساند.
نسبت قدرت به وزن فولاد کربن باعث شده که امروزه برای ساخت چیزها بسیار ضروری باشد. بیشتر عناصر ساختاری مانند تخته ها، ستون ها و میله های تقویت کننده ای که در بتن می بینیم در واقع به آنچه که به آن فولاد کربن متوسط و متوسط می گویند بستگی دارد که حدود ۰.۰۵ تا ۰.۳ درصد کربن دارد. این محدوده خاص بهترین کار را انجام می دهد زیرا اجازه می دهد تا خواص جوش خوب را داشته باشد در حالی که هنوز هم قادر به تحمل بار سنگین است. به عنوان مثال، فولاد کربن ASTM A36 را در نظر بگیرید. این ماده ستون فقرات بسیاری از آسمان خراش ها و پل ها را به لطف مقاومت کششی چشمگیر بین 400 تا 550 MPa تشکیل می دهد. این سیستم بدون اینکه با گذشت زمان خراب شود، با انواع تغییرات استرس زا مقابله می کند. و وقتی سازندگان پوشش های محافظتی را روی این سازه های فولادی می گذارند، لایه اضافی از دفاع در برابر زنگ و خوردگی را به دست می آورند، به این معنی که این سازه ها می توانند حتی در شرایط سخت آب و هوایی یا مناطق ساحلی که هوا نمکی به طور معمول فلزات را از بین می برد، طولانی تر دوام بیاورند
صنعت خودرو اولویت فولاد کربن متوسط (0.30.6٪ کربن) را برای کراکشافت ها، دنده ها و اجزای شاسی دارد. این درجه مقاومت (550860 MPa مقاومت کشش) را با انعطاف پذیری کافی برای چاپ و قالب بندی متعادل می کند. به عنوان مثال فولاد 4140 خاموش و سخت شده، در مقابل فشارهای چرخه ای در قطعات موتور در حالی که ثبات ابعاد را در دمای بالا حفظ می کند، مقاومت می کند.
فولاد با کربن بالا (> 0.6٪ کربن) بر ابزار برش، تیغ ها و قطعات ماشین آلات صنعتی تسلط دارد. درجه هایی مانند فولاد 1095 پس از درمان گرمایی به سطح سختی Rockwell C 6065 می رسند، که امکان ماشینکاری دقیق و طول عمر خدمت را فراهم می کند. کاربردها عبارتند از:
هنگام انتخاب فولاد کربن، سه عامل را در نظر بگیرید:
برای پروژه هایی که نیاز به قدرت و انعطاف پذیری دارند، فولاد های کربن متوسط که از طریق خنک کردن و سخت کردن سخت می شوند اغلب تعادل مطلوب را فراهم می کنند.
خصوصیات مکانیکی اصلی فولاد کربن چیست؟ فولاد کربن با قدرت کششی، قدرت بهره برداری و سطح سختی مشخص می شود که دوام، قابلیت شکل گیری و مقاومت در برابر فرسایش آن را تعیین می کند.
میزان کربن چگونه بر قدرت فولاد تاثیر می گذارد؟ افزایش محتوای کربن به طور کلی باعث افزایش مقاومت کششی می شود اما انعطاف پذیری را کاهش می دهد و بر عملکرد کلی فولاد تأثیر می گذارد.
درمان گرما در تقویت فولاد کربن چه نقشی دارد؟ فرآیند های درمان حرارتی مانند خنک کردن و تند کردن، قدرت و سختی فولاد کربن را با بهبود میکروسروکتور آن افزایش می دهد.
کاربردهای صنعتی فولاد کربن چیست؟ فولاد کربن به دلیل قدرت، سختی و انعطاف پذیری خود در ساخت و ساز، تولید خودرو و تولید ابزار به طور گسترده ای استفاده می شود.
Hot News2025-01-03
2024-10-23
2024-11-15
TJYCT STEEL CO., LTD. متخصص در محصولات فولاد کربن، محصولات فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی بیش از 16 سال. صداقت، حرفه ای،
کپیرایت © 2024 شرکت تجارت فولاد TJYCT Privacy Policy
EN
