को शक्ति लाभ कार्बन स्टील यो तीन मुख्य मेकानिकल गुणहरूमा निर्भर गर्दछः तन्यता शक्ति, उपज शक्ति, र कठोरता स्तर। जब हामी तन्यता बलको बारेमा कुरा गर्छौं, हामी मूलतः हेर्दैछौं कि सामग्रीले बिच्छेद हुनु अघि कति बललाई सम्हाल्न सक्छ। उच्च कार्बन स्टीलले वास्तवमा गत वर्ष प्रकाशित केही हालैको अनुसन्धान अनुसार 800 एमपीए भन्दा माथि पुग्न सक्छ। झर्ने शक्ति भनेको धातुले केवल फर्केर झुकनुको सट्टा स्थायी रूपमा आकार परिवर्तन गर्न थाल्छ। कम कार्बन संस्करणहरू सामान्यतया 350 एमपीए मार्कको वरिपरि बस्छन्, जबकि तातो प्रक्रियाहरूसँग उपचार गरिएकाहरूले सजिलैसँग 1,000 एमपीए पार गर्न सक्दछन्। कठोरताको मापन रकवेल सी स्केलको प्रयोग गरेर गरिन्छ। कार्बनको मात्रा जति धेरै हुन्छ, इस्पात त्यति नै कडा हुन्छ किनकि क्रिस्टल जाली संरचनामा धेरै माइक्रोस्कोपिक दोषहरू हुन्छन् जसले यसलाई खरोंच प्रतिरोधी बनाउँछ र समग्रमा राम्रो पहिरन हुन्छ।
तन्यता बल मूलतः हामीलाई कति वजन बताउँछ कार्बन स्टील ब्रेक हुनुअघि टिक्न सक्छ, जुन पुल र भारी मेसिनरीका भागहरूमा धेरै महत्त्वपूर्ण छ। उदाहरणका लागि एएसटीएम ए 36 संरचनात्मक इस्पात लिनुहोस् यो सामान्यतया 400 र 550 एमपीए बीचको तन्यता बलमा हुन्छ। तर जब हामी औजार स्टीललाई हेर्छौं जस्तै १०९५, यी वास्तवमा १,००० एमपीए भन्दा धेरै जान सक्छन् एक पटक तिनीहरू ठीकसँग गर्मी उपचार भएपछि। अब, उत्पादन क्षमता अर्को महत्त्वपूर्ण कारक हो जसले नियमित काम गर्दा सामग्रीले के गर्न सक्छ भन्ने कुराको सीमा निर्धारण गर्छ। १०४५ मध्यम कार्बन स्टीलबाट बनेको मोटर वाहनको क्र्याकशाफ्ट सामान्यतया लगभग ४५० एमपीए सम्मको दबाबमा अछूता रहन्छ। जहाँसम्म कठोरताको कुरा छ, त्यहाँ कम कार्बनका लागि लगभग ७० एचआरबी देखि उच्च कार्बनका लागि ६५ एचआरसी सम्मको धेरै उचाइ छ। यसले उच्च कार्बन स्टील्सलाई विशेष गरी काट्ने उपकरणहरूको लागि राम्रो विकल्प बनाउँछ जहाँ उनीहरूलाई समयको साथ लगाउन प्रतिरोध गर्न आवश्यक छ।
कार्बनको मात्रा ०.०५ प्रतिशतबाट १.०० प्रतिशतसम्म समायोजन गर्दा निर्माताहरूले आफूले चाहेको शक्ति गुणहरू ठीकसँग मिलाउन सक्छन्। सामग्री विज्ञान समीक्षाको २०२३ संस्करणमा प्रकाशित अनुसन्धानका अनुसार कार्बन सामग्री ०.२% बाट ०.%% सम्म बढाउँदा तन्यता शक्ति करीव%०% ले बढ्छ, यद्यपि यो लागतमा आउँदछ किनकि यो दायरामा डुक्टिलिटी करीव%०% घट्छ। यसको व्यावहारिक परिणाम सरल छ। ०.०५ देखि ०.३% कार्बन भएको कम कार्बन स्टीलको प्रकार कारको शरीरको प्यानल जस्ता चीजहरूको लागि उत्कृष्ट काम गर्दछ जुन क्र्याक बिना आकार दिन आवश्यक छ। अर्कोतिर, कार्बनको मात्रा ०.६ देखि १.० प्रतिशतसम्मको स्टीलहरू धेरै कडा र कठोर हुन्छन्, जसले गर्दा तिनीहरू काट्ने औजार, चाकू र मेसिनरीमा प्रयोग हुने भारी स्प्रिङहरूको लागि आदर्श विकल्प हुन्छन्।
जब इस्पातमा कार्बन बढी हुन्छ, यो बलियो हुन्छ किनभने भित्र आइरन कार्बाइड (Fe3C) बनेको हुन्छ, जसले मूलतः विस्थापन भनिने ती साना गतिलाई रोक्छ। लगभग ०.८% कार्बनले हामीलाई पूर्ण रूपमा मोतीयुक्त संरचना दिन्छ। यसलाई फेराइट र सिमेन्टिटको मिश्रणको रूपमा सोच्नुहोस्, केही चीज सिर्जना गर्दै जुन दुबै बलियो छ र अझै केही लचिलोपन छ। तर यदि हामी त्यो राम्रो ठाउँलाई पार गर्छौं भने धेरै कार्बाइडहरूले धातुमा यी भंगुर नेटवर्कहरू बनाउन थाल्छन्। त्यसैले नै सामग्रीबाट उत्तम फाइदा लिनको लागि उचित ताप उपचार महत्त्वपूर्ण छ। आजभोलि, निर्माताहरूले नियन्त्रणित रोलिंग जस्ता विधिहरू प्रयोग गर्छन् अन्नलाई सानो बनाउन, जसले मिश्रणमा अतिरिक्त कार्बन नलगाई पनि बलियो बनाउँछ। यो दृष्टिकोणले उत्पादन सेटिंग्समा चीजहरू लागत प्रभावी राख्दै राम्रो गुणहरू प्राप्त गर्न मद्दत गर्दछ।
कार्बन सामग्री ०.०५% र ०.३२% बीचको साथ, कम कार्बन स्टीलले २०,३००३४,७०० psi को तन्यता शक्ति प्राप्त गर्दछ (ASTM A36 २०२३) । यो ग्रेडले निर्माण बीम, मोटर वाहन फ्रेम, र शीट धातु अनुप्रयोगहरूको लागि डुक्टिलिटी र वेल्डेबिलिटीलाई प्राथमिकता दिन्छ। यसको ३०१०५ ksi-in1⁄2 फ्र्याक्चर टिकाऊपनले भूकम्प प्रतिरोधी संरचनाहरूको लागि महत्वपूर्ण बिना झुकन र गठन गर्न अनुमति दिन्छ।
गुण | कम कार्बन | मध्यम कार्बन | उच्च कार्बन |
---|---|---|---|
तन्यता शक्ति (psi) | २०,३०० ३४,७०० | ३९,९०० ७२,००० | ४८,४०० १०१,००० |
कठिनता (ब्रिनेल) | ११११५० | 170210 | २३०३७५ |
डक्टिलिटी (% लम्बाइ) | २३४० | १५२५ | ५१२ |
०.३०.०.६०% कार्बन युक्त, एआईएसआई १०४५ जस्ता मध्यम ग्रेडले ७२,००० पीएसआई तन्यता शक्ति प्रदान गर्दछ कम कार्बन समकक्षहरू भन्दा ७८% बलियो। ताप उपचार द्वारा quenching र tempering 18% elongation कायम गर्दा 210 HB गर्न कठोरता बढ्छ (ASM अन्तर्राष्ट्रिय 2024) । यो सन्तुलनले चक्रगत भार अन्तर्गत थकान प्रतिरोधको आवश्यकता पर्ने क्र्याकशाफ्ट, गियर, र हाइड्रोलिक घटकहरूलाई समर्थन गर्दछ।
०.६११.५% कार्बन सामग्रीको स्टील्सले २३०+ ब्रिनेल कठोरता र १०००,००० psi भन्दा बढीको तन्यता शक्ति प्राप्त गर्दछ। व्यापार-विनिमय? लम्बाई ≤ १२% मा खस्छ, जसले १०९५ जस्ता ग्रेडलाई गतिशील लोडका लागि उपयुक्त बनाउँदैन। अनुप्रयोगहरूले यी गुणहरू प्रयोग गर्दछन्ः
२०२2023 को विश्लेषणले पत्ता लगायो कि १०60० कार्बन स्टील (०.०60०% C) ले १०,००० चक्र पछि ≤०.०१ मिमी किनारा विकृति कायम राख्यो उपकरण स्टील विकल्पहरू २%% ले लागत-देखि-टिकाऊपन अनुपातमा। 62 HRC को पोस्ट-एट्यूच कठोरताले बिना annealing आवश्यकताहरु बिना 19% छिटो पाना धातु प्रशोधन सक्षम गर्यो (निर्माण प्रणालीहरूको पत्रिका) ।
विभिन्न ताप उपचार विधिहरू, जसमा थकित, टेम्परिंग, र एनिलिङ समावेश छन्, सबै कार्बन स्टीलको शक्ति विशेषताहरू सुधार गर्न काम गर्दछ। जब हामी थकित बारेमा कुरा, के हुन्छ तातो इस्पात पानी वा तेल प्रयोग गरेर धेरै छिटो तल चिसो हुन्छ। यसले धातु भित्रको कठोर मार्टेंसिटिक संरचना सिर्जना गर्दछ। एएसएम इन्टरनेसनलको सन् २०२३ मा गरिएको केही अध्ययनले देखाएअनुसार उच्च कार्बन स्टीलले उचित थकानपछि २००० एमपीएभन्दा बढी तन्यता शक्ति हासिल गर्न सक्छ। थकित भएपछि, थर्मर हुन्छ जहाँ स्टीललाई फेरि ३०० देखि ६०० डिग्री सेल्सियसको बीचमा तताइन्छ। [पृष्ठ २-मा भएको चित्र] त्यसपछि त्यहाँ छ, रिलिङ, जो फरक काम गर्दछ। यसले चीजहरू कठिन बनाउनुको सट्टा, यसले इस्पातलाई ढिलो चिसो पार्दै नरम बनाउँछ। यो प्रक्रियाले सामग्रीको बिच्छेद हुनुअघि कतिसम्म तन्किने क्षमता बढाउन मद्दत गर्छ, जुन मध्यम कार्बन स्टीलको भागहरूसँग काम गर्दा अत्यन्त महत्त्वपूर्ण हुन्छ जसलाई बनाइसकेपछि ढाँचा दिनुपर्छ।
जब कार्बन स्टीललाई थकित गरिन्छ, यो अस्टेनइटबाट सुपरसॅच्युटेड मार्टेंसाइटमा परिवर्तन हुन्छ, जसले ग्रिड विकृतिहरू सिर्जना गर्दछ जसले वास्तवमा धातुलाई कडा बनाउँछ। तर यहाँ एउटा समस्या छ किनकि यो नयाँ संरचना स्थिर छैन र यसले सामग्री भित्र धेरै आन्तरिक तनाव उत्पन्न गर्छ । त्यहाँ टेम्परिंग उपयोगी हुन्छ, किनकि यसले कार्बाइड वर्षाको माध्यमबाट यी तनावहरूलाई कम गर्न मद्दत गर्दछ। ४५० डिग्री सेल्सियस तापक्रममा एक वा दुई घण्टासम्म ताप्दा कार्बन परमाणुहरू पुनः वितरण हुन थाल्छन्, स्थिर सिमेन्टिट कणहरू बनाउँदै। यी कणहरूले स्टीलको कठोरता बढाउँछन्। के-के भयो? टेम्पर्ड मार्टेंसाइट ड्रिल बिट्स जस्ता चीजहरू बनाउनको लागि धेरै उत्तम हुन्छ, किनकि यी उपकरणहरूलाई राम्रो पहिरन प्रतिरोध र वास्तविक प्रयोगको समयमा दबावमा राख्दा फ्र्याक्चरहरू सामना गर्ने क्षमता दुवै चाहिन्छ।
आजका निर्माताहरूले आफ्नो शीतलन प्रक्रियालाई राम्रोसँग मिलाएर कार्बन स्टीलबाट राम्रो परिणाम प्राप्त गरिरहेका छन्। यी उन्नत प्रणालीहरूले प्रति सेकेन्ड ५ डिग्री सेल्सियसको तापक्रममा चिसो नियन्त्रण गर्न सक्छन्, जसले ठूलो भिन्नता ल्याउँछ। पुरानो विद्यालयको थकित प्रविधिहरूको तुलनामा, यी आधुनिक दृष्टिकोणहरूले धेरै राम्रो अनाज संरचनाहरू उत्पादन गर्दछ। पैसा? संरचनात्मक इस्पातले प्रशोधन पछि १२ देखि १५ प्रतिशत बढी उपज शक्ति देखाउँछ। गुणस्तर नियन्त्रणको लागि, धेरैजसो पसलहरूले ASTM A255-20 दिशानिर्देशहरू पालना गर्छन् जब कठोरता परीक्षण गर्दछ। यसले समयसँगै तनावको सामना गर्न आवश्यक पर्ने कार गियर र भवनको फास्टनर जस्ता भागहरूमा स्थिरता कायम राख्न मद्दत गर्दछ। इन्टरनेटमा जोडिएका स्मार्ट थर्मल ट्रीटमेन्ट ओभनहरूसँग जोडिएपछि यी सुधारहरूले अन्तिम उत्पादनहरूको मेकानिकल अखण्डतालाई असर नगरी ऊर्जा खपतमा करिब २० प्रतिशतले कमी ल्याउँछन्।
कार्बन स्टीलको मेकानिकल व्यवहार वास्तवमा विभिन्न सामग्री विशेषताहरू बीच सही सन्तुलन खोज्नमा आउँछ। जब कार्बनको मात्रा ०.६ देखि १.५ प्रतिशतसम्म बढ्छ, हामी देख्छौं कि तन्यता र कठोरता दुवै बढ्छ, तर एकै समयमा, लचिलोपनले ठूलो क्षति भोग्छ। उदाहरणका लागि अल्ट्रा उच्च कार्बन स्टील्स लिनुहोस्, लगभग १% कार्बन सामग्रीको साथ सामान्यतया १ 1500०० एमपीए भन्दा बढि तन्यता शक्तिहरू पुग्न, तर ब्रेक गर्नु अघि उनीहरूको तान्न सक्ने क्षमता १०% भन्दा कम हुन्छ। यसको विपरीत प्रभाव हुन्छ किनभने कार्बनले कडा सिमेन्ट संरचना बनाउँछ जसले धातुभित्र परमाणुको गतिलाई बाधा पुर्याउँछ । हेट्रोस्ट्रक्चर डिजाइनमा केही हालैको अनुसन्धानले आशाजनक परिणामहरू देखाएको छ। उत्पादन प्रक्रियाको क्रममा दानाको आकारलाई सावधानीपूर्वक नियन्त्रण गरेर, ईन्जिनियरहरूले उच्च कार्बन स्टीलहरूमा लगभग १ 15% ले डक्टिलिटी बढाउन सफल भएका छन्, जसले सुझाव दिन्छ कि स्मार्ट सामग्री ईन्जिनियरि techniques प्रविधिहरू मार्फत यी परम्परागत सीमितताहरूबाट बच्नका लागि तरिकाहरू छन्।
बल बढाउने त्यहि कारकहरूले पनि फ्र्याक्चरको कठोरता कम गर्दछन्:
यो भंगुरता गतिशील भार अनुप्रयोगहरूमा महत्वपूर्ण हुन्छ जस्तै भूकम्प निर्माण जोइन्टहरू। निर्माताहरूले गर्मी उपचारहरू मिश्रण गरेर क्षतिपूर्ति गर्छन् कठोरताका लागि सुक्खाउने र त्यसपछि आंशिक कठोरता पुनः प्राप्त गर्न 400 600 °C मा टेम्परिंग।
वेल्डेबिलिटी कार्बन सामग्रीसँग विपरित रूपमा सम्बन्धित छ किनभने मार्टेंसाइट गठन र हाइड्रोजन क्र्याकिंग जोखिमको कारण। ०.३% भन्दा बढी कार्बन सामग्री भएका स्टीलका लागिः
हाइब्रिड लेजर-आर्क वेल्डिंग एक समाधानको रूपमा देखा पर्दैछ, १०4545 कार्बन स्टीलमा 95%% संयुक्त दक्षता प्राप्त गर्दै ताप-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) कठोरता स्पाइकहरूलाई न्यूनतम बनाउँदै।
कार्बन स्टीलको वजन अनुपातले यसलाई आजकल निर्माणका लागि आवश्यक बनाएको छ। अधिकांश संरचनात्मक तत्वहरू जस्तै बीम, स्तम्भहरू र ती बलियो पट्टीहरू जुन हामी कंक्रीटमा देख्छौं वास्तवमा निम्न देखि मध्यम कार्बन स्टील ग्रेडहरू भनिन्छ जुन ०.०५% देखि ०.३% कार्बन सामग्री सम्म हुन्छ। यो विशेष दायरा राम्रो काम गर्दछ किनकि यसले राम्रो वेल्डिंग गुणहरूको लागि अनुमति दिन्छ जबकि अझै पनि भारी भार अन्तर्गत राख्न सक्षम छ। एउटा उदाहरणको रूपमा ए.एस.टी.एम. ए.३६ कार्बन स्टीललाई लिऔं। यो सामग्रीले ४०० देखि ५५० एमपीए बीचको प्रभावशाली तन्यता बलको कारण धेरै गगनचुम्बी भवन र पुलहरूको मेरुदण्ड बनाउँछ। यसले समयसँगै बिग्रिएर पनि तनावको सबै प्रकारको समस्यालाई सम्हाल्छ। र जब निर्माणकर्मीहरूले यी इस्पात संरचनाहरूमा सुरक्षा कोटिंगहरू लगाउँछन्, तिनीहरूले जंग र संक्षारण विरुद्धको अतिरिक्त रक्षाको तह प्राप्त गर्छन्, जसको अर्थ यी संरचनाहरू कठिन मौसम वा तटीय क्षेत्रमा पनि धेरै लामो समयसम्म रहन सक्छन् जहाँ नुनयुक्त हावाले सामान्यतया धातुहरू भोकमरी गर्दछ।
मोटर वाहन उद्योगले मध्यम कार्बन स्टील (0.30.6% कार्बन) को लागि क्रैंकशाफ्ट, गियर, र चेसिस घटकहरूको लागि प्राथमिकता दिन्छ। यो ग्रेडले स्टम्पिंग र मोल्डिंगको लागि पर्याप्त डक्टिलिटीको साथ बल (५५०८६० एमपीए रिडन्डेंस रेसिस्टेंस) सन्तुलन गर्दछ। उदाहरणको लागि, सुक्खा र कडाइ गरिएका ४१४० स्टीलले इन्जिनका भागहरूमा चक्रिय तनावको सामना गर्दछ र उच्च तापक्रममा आयामी स्थिरता कायम राख्छ।
उच्च कार्बन स्टील (> ०.%% कार्बन) काटन उपकरण, ब्लेड, र औद्योगिक मेसिनरी भागहरूमा प्रभुत्व जमाउँछ। 1095 स्टील जस्ता ग्रेडहरू गर्मी उपचार पछि 60 65 को रकवेल सी कठोरता स्तर प्राप्त गर्दछ, सटीक मशीनिंग र विस्तारित सेवा जीवन सक्षम गर्दछ। अनुप्रयोगहरू समावेश गर्दछः
कार्बन स्टीलको विकल्प छान्दा तीनवटा कुरालाई विचार गर्नुहोस्:
बलियो र लचिलो दुवैको आवश्यकता पर्ने परियोजनाहरूका लागि, मध्यम कार्बन स्टीलहरू जुन थकित र टेम्परिंगद्वारा कठोर हुन्छन् प्रायः इष्टतम सन्तुलन प्रदान गर्दछन्।
कार्बन स्टीलको मुख्य यांत्रिक गुणहरू के हुन्? कार्बन स्टीलको विशेषता तन्यता शक्ति, उपज शक्ति, र कठोरता स्तर हो, जसले यसको स्थायित्व, ढाल, र लगाउने प्रतिरोध निर्धारण गर्दछ।
कार्बनको मात्राले इस्पातको बलियोपनमा कस्तो असर गर्छ? कार्बनको मात्रा बढ्दा सामान्यतया तन्यता शक्ति बढ्छ तर डक्टिलिटी कम हुन्छ, जसले स्टीलको समग्र प्रदर्शनलाई असर गर्छ।
कार्बन स्टीललाई बलियो बनाउन ताप उपचारले कस्तो भूमिका खेल्छ? ताप उपचार प्रक्रिया जस्तै थर्मिङ र टेम्परिंगले यसको माइक्रोस्ट्रक्चर परिष्कृत गरेर कार्बन स्टीलको शक्ति र कठोरता बढाउँछ।
कार्बन स्टीलको औद्योगिक अनुप्रयोग के हो? कार्बन स्टील यसको शक्ति, कठोरता, र बहुमुखी प्रतिभाको कारण निर्माण, मोटर वाहन निर्माण, र उपकरण उत्पादनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
2025-01-03
2024-10-23
2024-11-15