ประโยชน์ของ เหล็กกล้าคาร์บอน จะมาจากคุณสมบัติทางกลหลักๆ สามอย่าง คือ ความแข็งแรงในการดึง ความแข็งแรงในการผลิต และระดับความแข็ง เมื่อพูดถึงความแข็งแรงในการดึง เรามักจะมองไปที่แรงที่วัสดุสามารถรับรองได้ ก่อนที่จะแตกแยก สแตนเลสที่มีคาร์บอนสูงสามารถสูงกว่า 800 MPa ได้ตามการวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้ว ความแข็งแรงของเหล็กหมายถึง เมื่อโลหะเริ่มเปลี่ยนรูปร่างอย่างถาวร แทนที่จะพกกลับ รุ่นที่มีคาร์บอนต่ํามักอยู่รอบ 350 MPa ส่วนแบบที่ได้รับการรักษาด้วยกระบวนการความร้อนสามารถกระชับผ่าน 1,000 MPa ได้ง่าย ในส่วนของความแข็งแรง มันถูกวัดด้วยสิ่งที่เรียกว่าระดับ Rockwell C คาร์บอนที่สูงขึ้น เหล็กจะแข็งแรงขึ้น เพราะมีอาการบกพร่องเล็กน้อยในโครงสร้างตารางคริสตัล ที่ทําให้มันทนต่อการขีดข่วนและใช้ได้ดีกว่าโดยรวม
ความแข็งแรงในการดึงกัน จริงๆแล้วบอกเราว่าน้ําหนัก เหล็กกล้าคาร์บอน สามารถทนได้ก่อนที่จะแตก ซึ่งสําคัญมากสําหรับสิ่งต่างๆ เช่น สะพานและชิ้นส่วนของเครื่องจักรหนัก ยกเอสทีเอ็ม เอ 36 สแตนเลสโครงสร้างตัวอย่างเช่น มันมักจะอยู่ในช่วงระหว่าง 400 และ 550 MPa ในความแข็งแรงในการดึง แต่เมื่อเรามองไปที่เหล็กเครื่องมือ เช่น 1095, มันสามารถยิ่งไปกว่า 1,000 MPa เมื่อถูกรักษาด้วยความร้อนอย่างถูกต้อง ความแข็งแรงของเครื่องมือคือปัจจัยสําคัญอีกอย่าง ที่กําหนดขอบเขตสําหรับสิ่งที่เครื่องมือสามารถรับมือได้ คันแกนรถยนต์ที่ทําจากเหล็กคาร์บอนขนาดกลาง 1045 โดยทั่วไปจะยังคงไม่เสียหายภายใต้ความดันถึงประมาณ 450 MPa ในส่วนของความแข็งแรง มันก้าวขึ้นจาก 70 HRB สําหรับชนิดที่มีคาร์บอนต่ํา ไปถึง 65 HRC สําหรับชนิดที่มีคาร์บอนสูง ซึ่งทําให้เหล็กคาร์บอนสูง เป็นตัวเลือกที่ดีสําหรับเครื่องมือตัด ที่ต้องการที่จะทนต่อการสวมใส่ในเวลา
การปรับระดับคาร์บอน จากประมาณ 0.05 เปอร์เซ็นต์ เป็นมากถึง 1.0 เปอร์เซ็นต์ ทําให้ผู้ผลิตสามารถปรับปรุงคุณสมบัติความแข็งแรงที่ต้องการได้ ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในฉบับปี 2023 ของวัสดุ วิทยาศาสตร์ Review การเพิ่มสารคาร์บอนจาก 0.2% เป็น 0.8% จะเพิ่มความแข็งแรงในการดึงโดยเกือบ 60% แม้ว่ามันจะมีค่าใช้จ่ายจากความยืดหยุ่นลดลงประมาณ 70% ในช่วงนี้ ผลเชิงปฏิบัติการก็ง่ายมาก สายสแตนเลสที่มีคาร์บอนต่ํา ที่มีคาร์บอนระหว่าง 0.05 และ 0.3% ใช้ได้ดีสําหรับสิ่งต่างๆ เช่น แผ่นกระเป๋ารถยนต์ที่ต้องการการปรับรูปร่างโดยไม่แตก ในอีกด้านหนึ่งของสายสีเหล็ก ที่มีคาร์บอนสูงขึ้น ระหว่าง 0.6 ถึง 1.0% จะแข็งแรงและแข็งแรงมาก ทําให้มันเป็นตัวเลือกที่ดีสําหรับเครื่องมือตัด มีด และสปริงที่ใช้ในเครื่องจักร
เมื่อมีคาร์บอนในเหล็กมากขึ้น มันก็จะแข็งแรงขึ้น เพราะมีคาร์บิดเหล็ก (Fe3C) อยู่ในตัว ซึ่งจะกั้นการเคลื่อนไหวเล็กๆ ที่เรียกว่าการหักตัว ราว 0.8% คาร์บอน ให้เราสิ่งที่เรียกว่าโครงสร้างเพชร ลองนึกถึงมันว่าเป็นชั้นของเฟอริท ที่ผสมผสานกับซีเมนติท สร้างสิ่งที่แข็งแรงพอ และยังคงมีความยืดหยุ่น แต่ถ้าเราผ่านจุดดีมากไป คาร์บิดจํานวนมากจะเริ่มสร้างเครือข่ายที่เปราะบาง นั่นเป็นเหตุผลว่าทําไมการรักษาด้วยความร้อนที่เหมาะสม จึงสําคัญมาก เพื่อให้ได้ผลดีที่สุดจากวัสดุ ในปัจจุบัน ผู้ผลิตใช้วิธีการ เช่น การม้วนแบบควบคุม เพื่อทําให้เมล็ดพันธุ์เล็กน้อยขึ้น ซึ่งเพิ่มความแข็งแรง แม้จะไม่เพิ่มคาร์บอนเพิ่มเติมเข้าไปในผสม แนวทางนี้ช่วยให้มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นในขณะที่รักษาสิ่งของที่มีประหยัดในสถานที่การผลิต
ด้วยสารคารคาร์บอนระหว่าง 0.05% และ 0.32%, เหล็กที่มีคาร์บอนต่ําสามารถบรรลุความแข็งแรงในการดึงของ 20,30034,700 psi (ASTM A36 2023) เกรดนี้ให้ความสําคัญต่อความยืดหยุ่นและความสามารถในการผสมสําหรับแกะก่อสร้าง, กรอบรถยนต์, และการใช้งานโลหะแผ่น ความแข็งแรงในการแตกของ 30 105 ksi-in1⁄2 ทําให้สามารถบิดและสร้างโดยไม่ต้องแตก
คุณสมบัติ | ต่ำคาร์บอน | คาร์บอนกลาง | คาร์บอนสูง |
---|---|---|---|
แรงดึง (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) | 20,300 34,700 | 39,900 72,000 | 48,400 101,000 |
ความแข็ง (บรินเนล) | 111150 | 170210 | 230375 |
ความยืดหยุ่น (% ยาว) | 2340 | 15–25 | 512 |
มีคาร์บอน 0.30~0.60% ค่ากลางเช่น AISI 1045 ส่งผลให้ความแข็งแรงในการดึง 72,000 psi มากกว่าคณะที่คาร์บอนต่ํา 78% การรักษาด้วยความร้อนโดยการดับและการกระชับความแข็งเพิ่มความแข็งเป็น 210 HB โดยยังคงความยาว 18% (ASM International 2024) ความสมดุลนี้รองรับแกนแกน, เกียร์, และส่วนประกอบไฮดรอลิกที่ต้องการความทนทานความเหนื่อยล้าภายใต้ภาระแบบหมุนเวียน
เหล็กที่มีสารคารคาร์บอน 0.61 1.5% จะมีความแข็งแรง 230+ บรีเนล และความแข็งแรงในการดึงที่เกิน 100,000 psi การสอดคล้อง? ความยาวลดลง ≤ 12% ทําให้เกรดเช่น 1095 ไม่เหมาะสําหรับการบรรทุกแบบไดนามิก แอพลิเคชั่นใช้สิทธิประสิทธิภาพเหล่านี้:
การวิเคราะห์ใบพ่นพ่นพ่นปี 2023 พบว่าเหล็กคาร์บอน 1060 (0.60% C) รักษาความบิดเบือนขอบ ≤0.01 มม. หลังจาก 50,000 วงจรผลงานได้ดีกว่าเครื่องมือเหล็กสํารอง 27% ในอัตราค่าใช้จ่ายต่อความทนทาน ความแข็งแรงหลังการดับ 62 HRC ทําให้การแปรรูปแผ่นโลหะเร็วขึ้น 19% โดยไม่ต้องใช้การผสมผสม (Journal of Manufacturing Systems)
การ ปรับปรุง ความ หนาว ของ เหล็ก ก๊าบอน เมื่อเราพูดถึงการดับมัน สิ่งที่เกิดขึ้นคือเหล็กร้อนจะเย็นลงเร็วมาก โดยใช้น้ําหรือน้ํามัน มันสร้างโครงสร้างมาร์เทนซิตที่แข็งแรงภายในโลหะ การศึกษาบางรายจาก ASM International เมื่อปี 2023 แสดงว่าเหล็กคาร์บอนสูงสามารถบรรลุความแข็งแรงต่อการดึงได้มากกว่า 2000 MPa หลังจากที่ดับได้อย่างเหมาะสม หลังจากการดับมันจะมาถึงการหมัดที่เหล็กจะถูกทําความร้อนอีกครั้ง ระหว่างประมาณ 300 ถึง 600 องศาเซลเซียส ขั้นตอนนี้ทําให้โลหะไม่แตกง่าย แต่ยังคงมีความแข็งแรงส่วนใหญ่ โดยปกติประมาณ 85 ถึงบางทีถึง 90 เปอร์เซ็นต์ แล้วยังมีการผสมผสานที่ทํางานต่างกัน แทนที่จะทําให้สิ่งต่างๆแข็งแรงขึ้น มันทําให้เหล็กอ่อนแอขึ้น โดยการเย็นมันช้าๆ กระบวนการนี้ช่วยเพิ่มความยืดของวัสดุ ก่อนจะแตก ซึ่งเป็นสิ่งที่สําคัญมาก เมื่อทํางานกับชิ้นส่วนเหล็กคาร์บอนขนาดกลาง ที่ต้องมีรูปร่างหลังจากที่ผลิต
เมื่อเหล็กคาร์บอนถูกชะมัด มันเปลี่ยนจากออสเทนไทต์ เป็นมาร์เทนไซต์ที่อิ่มเกิน ซึ่งสร้างความบิดเบือนของกลมที่ทําให้โลหะแข็งแรงขึ้น แต่มีปัญหา เพราะโครงสร้างใหม่นี้ไม่มั่นคงเลย และสร้างความเครียดภายในของวัสดุให้มาก นั่นคือจุดที่การปรับปรุงความร้อนได้เป็นประโยชน์ เพราะมันช่วยลดความเครียดเหล่านี้ ผ่านการตกของคาร์บิด ลองทําความร้อนที่อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1-2 ชั่วโมง แล้วสิ่งที่เกิดขึ้นก็คืออะตอมคาร์บอนเริ่มกระจายตัวใหม่ ค้อนของธาตุเหล่านี้เพิ่มความแข็งแรงของเหล็ก โดยไม่เสียสละความแข็งแรงมาก ผลลัพธ์? มาร์เทนไซต์ที่แข็งแรงได้ดีพอสําหรับการทําของ เช่น เครื่องเจาะ เพราะเครื่องมือเหล่านี้ต้องมีความทนทานต่อการสกัด และความสามารถในการทนต่อการแตกเมื่อถูกกดดัน
ผู้ผลิตในปัจจุบัน ได้ผลดีขึ้นจากเหล็กคาร์บอน โดยปรับปรุงกระบวนการเย็น ระบบที่ทันสมัยเหล่านี้สามารถควบคุมอัตราการเย็นในระยะประมาณ 5 องศาเซลเซียสต่อวินาที ซึ่งทําให้เกิดความแตกต่างอย่างมาก เมื่อเทียบกับเทคนิคการดับของโรงเรียนเก่า วิธีการที่ทันสมัยนี้ผลิตโครงสร้างเมล็ดที่ละเอียดกว่ามาก รางวัล? เหล็กโครงสร้างแสดงความแข็งแรงที่สูงกว่าประมาณ 12 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์หลังจากการแปรรูป สําหรับการควบคุมคุณภาพ ร้านค้าส่วนใหญ่ปฏิบัติตามแนวทาง ASTM A255-20 ในการทดสอบความแข็งแรง นี่ช่วยให้ส่วนต่างๆ อย่างเช่น เกียร์รถยนต์ และส่วนประกอบที่ต้องทนความเครียด เมื่อรวมกับเตาบําบัดความร้อนที่สมาร์ท ที่เชื่อมต่อกับอินเตอร์เน็ต การปรับปรุงเหล่านี้ ช่วยลดการใช้พลังงานได้ประมาณ 20% โดยไม่ทําให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายขาดความสมบูรณ์แบบทางกล
พฤติกรรมทางกลของเหล็กคาร์บอน จริงๆแล้วก็ต้องหาความสมดุลที่เหมาะสม ระหว่างคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ เมื่อสารคารคาร์บอนเพิ่มขึ้นประมาณ 0.6 ถึง 1.5% เราเห็นความแข็งแรงและความแข็งแรงเพิ่มขึ้น แต่ในเวลาเดียวกันความยืดหยุ่นก็ถูกกระแทกอย่างหนัก ยกตัวอย่างเช่น เหล็กคาร์บอนสูงสุด เช่น เหล็กที่มีคาร์บอนประมาณ 1% จะมีความแข็งแรงต่อการดึงมากกว่า 1500 MPa แต่ความสามารถในการยืดก่อนที่จะแตกต่ํากว่า 10% เท่านั้น ผลที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้น เพราะคาร์บอนสร้างโครงสร้างซีเมนติตแข็งๆ ที่แทบจะขัดขวางการเคลื่อนไหวของอะตอมในโลหะ การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างเชิงต่างต่าง ๆ ได้แสดงผลที่น่าหวัง โดยการควบคุมขนาดเมล็ดพันธุ์อย่างละเอียดระหว่างกระบวนการผลิต วิศวกรสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นได้ประมาณ 15% ในเหล็กคาร์บอนสูง ซึ่งชี้ให้เห็นว่ามีวิธีการทํางานรอบความจํากัดทางดั้งเดิมเหล่านี้ ผ่านเทคนิควิศวกรรมวัสดุ
ปัจจัยเดียวกันที่เพิ่มความแข็งแรงยังลดความแข็งแรงของการแตก
ความเปราะบางนี้กลายเป็นสิ่งสําคัญในการใช้งานที่มีภาระแบบไดนามิก เช่น สายต่อการก่อสร้างที่เกิดแผ่นดินไหว ผู้ผลิตชําระค่าตอบแทนโดยผสมผสานการรักษาความร้อน ผงความแข็ง ต่อมามีการปรับความแข็งที่ 400 ~ 600 °C เพื่อคืนความแข็งบางส่วน
ความสามารถในการผสมผสานมีความสัมพันธ์ทางกลับกันกับสารคารก๊าบอน เนื่องจากการเกิดมาร์เทนไซต์และความเสี่ยงของการแตกของไฮโดรเจน สําหรับเหล็กที่มีสารคารคาร์บอนมากกว่า 0.3%
การปั่นแบบเลเซอร์-อาร์คแบบไฮบริดกําลังปรากฏขึ้นเป็นทางออก โดยสามารถบรรลุประสิทธิภาพต่อกันถึง 95% ในเหล็กคาร์บอน 1045 โดยการลดความแข็งแรงของเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) เป็นอย่างน้อย
ความแข็งแรงต่อน้ําหนักของเหล็กคาร์บอน ทําให้มันจําเป็นมากสําหรับการสร้างสิ่งของในปัจจุบัน ส่วนใหญ่ขององค์ประกอบโครงสร้าง เช่น ราง คอลัมน์ และไม้เสริมเหล็กที่เราเห็นในคอนกรีต ระยะนี้ทํางานดีที่สุด เพราะมันทําให้คุณสมบัติการผสมผสานที่ดีในขณะที่ยังสามารถทนภายใต้ภาระหนัก ยกเอสทีเอ็ม A36 สแตนเลสคาร์บอนเป็นตัวอย่าง วัสดุนี้เป็นกระดูกสันหลังของอาคารสูงและสะพานหลายหลัง มันจัดการกับความดันทุกชนิด โดยไม่เสียเวลา และเมื่อผู้สร้างใช้เคลือบป้องกัน โครงสร้างเหล็กเหล่านี้ พวกเขาจะได้รับชั้นป้องกันเพิ่มเติมจากสนิมและการกัดกร่อน ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างเหล่านี้ สามารถใช้งานได้นานขึ้น แม้กระทั่งในสภาพอากาศที่ยากลําบาก หรือบริเวณชายฝั่ง ที่อากาศเกลือจะกินโลห
อุตสาหกรรมรถยนต์ให้ความสําคัญกับเหล็กคาร์บอนกลาง (0.3 0.6% คาร์บอน) สําหรับแกนโค้ง, เกียร์, และส่วนประกอบของชาสซี่ เกรดนี้สมดุลความแข็งแรง (550860 MPa ความแข็งแรงในการออกกําลัง) กับความยืดหยุ่นที่เพียงพอสําหรับการตีพิมพ์และการปั้น ตัวอย่างเช่น เหล็ก 4140 ที่ถูกดับและกระชับทนต่อความเครียดในช่วงของเครื่องยนต์ โดยยังคงมีความมั่นคงในมิติในอุณหภูมิสูง
เหล็กที่มีคาร์บอนสูง (> 0.6% คาร์บอน) เป็นหลักในการตัดเครื่องมือ, ปีก, และส่วนเครื่องจักรอุตสาหกรรม สายงานเหล็กประเภท 1095 ประสบความแข็งแรงระดับ Rockwell C 60 65 หลังจากการรักษาด้วยความร้อน ทําให้สามารถแปรรูปแม่นยําและอายุการใช้งานยาวนาน การใช้งานประกอบด้วย:
พิจารณา สาม ปัจจัย เมื่อเลือก เหล็กคาร์บอน:
สําหรับโครงการที่ต้องการความแข็งแรงและความยืดหยุ่นเหล็กคาร์บอนกลางที่แข็งแรงผ่านการดับและการปรับปรุงมักจะให้ความสมดุลที่ดีที่สุด
คุณสมบัติทางกลของเหล็กคาร์บอนคืออะไร เหล็กคาร์บอนมีลักษณะของความแข็งแรงในการยืด ความแข็งแรงในการผลิต และระดับความแข็งแรง ซึ่งกําหนดความทนทาน, ความสามารถในการปรับปรุง และความทนทานต่อการสวม
คาร์บอนมีผลต่อความแข็งแรงของเหล็กอย่างไร การเพิ่มสารคารคาร์บอนโดยทั่วไปจะเพิ่มความแข็งแรงในการดึง แต่ลดความยืดหยุ่น ซึ่งส่งผลต่อผลงานของเหล็กโดยรวม
การบํารุงความแข็งแรงของเหล็กคาร์บอน มีบทบาทอะไรในการบํารุงความแข็งแรงของเหล็กคาร์บอน กระบวนการรักษาด้วยความร้อน เช่น การชําระและการชําระความแข็งแรงเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งแรงของเหล็กก๊าบอนโดยปรับปรุงโครงสร้างเล็ก ๆ ของมัน
การใช้งานอุตสาหกรรมของเหล็กคาร์บอนคืออะไร? เหล็กคาร์บอนถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานก่อสร้าง การผลิตรถยนต์ และการผลิตเครื่องมือ เนื่องจากความแข็งแรง ความแข็งแรง และความสามารถในการใช้งานได้หลากหลาย
2025-01-03
2024-10-23
2024-11-15