Ο χάλυβας άνθρακα είναι ένα κράμα σιδήρου-άνθρακα, το οποίο περιέχει έως και 2,1% κατά βάρος άνθρακα.Το μέγιστο μαγγάνιοΗ περιεκτικότητα σε πυρίτιο και χαλκό θα πρέπει να είναι μικρότερη από 1,65 wt.%, 0,6 wt.% και 0,6 wt.%, αντίστοιχα.
Τύποι χάλυβα άνθρακα και ιδιότητές τους
Ο χάλυβας άνθρακα μπορεί να ταξινομηθεί σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητά του σε άνθρακα: χάλυβας χαμηλού άνθρακα (ή χάλυβας ήπιου άνθρακα), χάλυβας μεσαίου άνθρακα και χάλυβας υψηλού άνθρακα [1].μικροδομή και ιδιότητες συγκρίνουν ως εξής:
Χάλυβας χαμηλού άνθρακα
Ο χαμηλού άνθρακα χάλυβας είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μορφή χάλυβα άνθρακα.Δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία (για να σχηματιστούν μαρτενσίτες) και αυτό συνήθως επιτυγχάνεται με ψυχρή εργασία..
Τα χάλυβα άνθρακα είναι συνήθως σχετικά μαλακά και έχουν χαμηλή αντοχή.
Οι χάλυβες υψηλής αντοχής, χαμηλής κράμασης (HSLA) ταξινομούνται επίσης συχνά ως χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, ωστόσο, περιέχουν επίσης άλλα στοιχεία όπως χαλκός, νικέλιο, βανάνδιο και μολυβδένιο.περιέχουν έως και 10 wtΟι χάλυβες υψηλής αντοχής και χαμηλής κράσεως, όπως υποδηλώνει και η ονομασία τους, έχουν υψηλότερη αντοχή, η οποία επιτυγχάνεται με θερμική επεξεργασία.που τους καθιστούν εύκολα διαμορφώσιμους και μηχανωμένουςΤο HSLA είναι πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από τους απλούς χάλυβες χαμηλού άνθρακα.
Χάλυβα μεσαίου άνθρακα
Ο χάλυβας μεσαίου άνθρακα έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,25· 0,60% και περιεκτικότητα σε μαγγάνιο 0,60· 1,65%.Οι μηχανικές ιδιότητες αυτού του χάλυβα βελτιώνονται μέσω θερμικής επεξεργασίας που περιλαμβάνει αυτενίτιση και κατόπιν θέρμανση και θέρμανση., δίνοντάς τους μια μαρτενσιτική μικροδομή.
Η θερμική επεξεργασία μπορεί να πραγματοποιείται μόνο σε πολύ λεπτές τομές, ωστόσο, επιπλέον στοιχεία κράματος, όπως χρώμιο, μολυβδαίνιο και νικέλιο,μπορεί να προστεθεί για τη βελτίωση της ικανότητας των χάλυβα να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία καιΈτσι, σκληρύνεται.
Οι σκληρυμένοι χάλυβες μεσαίου άνθρακα έχουν μεγαλύτερη αντοχή από τους χάλυβες χαμηλού άνθρακα, ωστόσο, αυτό έρχεται εις βάρος της ευελιξίας και της αντοχής.
Χάλυβα υψηλού άνθρακα
Το υψηλό άνθρακα έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,60 1,25 wt.% και περιεκτικότητα σε μαγγάνιο 0,30 0,90 wt.%. Έχει την υψηλότερη σκληρότητα και αντοχή των χάλυβα άνθρακα και τη χαμηλότερη ευελιξία.Οι χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι πολύ ανθεκτικοί στην φθορά λόγω του γεγονότος ότι σχεδόν πάντα σκληρύνονται και σκληρύνονται.
Οι χάλυβες εργαλείων και οι χάλυβες πετσέτας είναι τύποι χάλυβων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, τα οποία περιέχουν πρόσθετα στοιχεία κράματος, όπως χρώμιο, βανάδιο, μολυβδένιο και βολφραμάνιο.Η προσθήκη αυτών των στοιχείων έχει ως αποτέλεσμα τον πολύ ανθεκτικό στην φθορά χάλυβα, το οποίο είναι αποτέλεσμα του σχηματισμού ενώσεων καρβιδίων όπως το καρβίδιο του βολφραμίνου ((WC).
Ο χάλυβας άνθρακα μπορεί να παραχθεί από ανακυκλωμένο χάλυβα, από παρθένο χάλυβα ή από συνδυασμό και των δύο.
Ο παρθένος χάλυβας παρασκευάζεται συνδυάζοντας σιδηρομεταλλεύματα, κοξ (που παράγονται με θέρμανση άνθρακα σε απουσία αέρα) και ασβέστη σε ψηλό φούρνο σε θερμοκρασία περίπου 1650 °C.Το λιωμένο σίδηρο που εξάγεται από το σιδηρομεταλλεύμα εμπλουτίζεται με άνθρακα από την καύση του κοκΟι υπόλοιπες ακαθαρσίες συνδυάζονται με την ασβέστη για να σχηματίσουν σκουριά, η οποία επιπλέει πάνω από το λιωμένο μέταλλο όπου μπορεί να εξαχθεί.
Το προκύπτοντα λιωμένο χάλυβα περιέχει περίπου 4% κατά βάρος άνθρακα. Η περιεκτικότητα σε άνθρακα αυτή μειώνεται στη συνέχεια στην επιθυμητή ποσότητα σε μια διαδικασία που ονομάζεται αποκαρβουρίωση.Αυτό επιτυγχάνεται με το να περνάει οξυγόνο μέσα από το λιώσιμο, η οποία οξειδώνει τον άνθρακα στον χάλυβα, παράγοντας μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα.
Παραδείγματα και εφαρμογές
Τα ατσάλι χαμηλών ανθρακούχων τιμών χρησιμοποιούνται συχνά σε εξαρτήματα αμαξοστοιχίας αυτοκινήτων, δομικά σχήματα (άξονα I, καναλιές και γωνιακό σίδερο), σωλήνες, κατασκευές και κατασκευές γεφυρών και κονσέρβες τροφίμων.
Λόγω της υψηλής αντοχής τους, της αντοχής τους στην φθορά και της αντοχής τους, οι χάλυβες μεσαίου άνθρακα χρησιμοποιούνται συχνά για σιδηροδρομικές γραμμές, τροχούς τρένων, στρογγυλοξώματα,και εργαλεία και εξαρτήματα μηχανών που απαιτούν αυτόν τον συνδυασμό ιδιοτήτων.
Λόγω της υψηλής αντοχής στην φθορά και της σκληρότητάς τους, οι χάλυβες υψηλού άνθρακα χρησιμοποιούνται σε εργαλεία κοπής, ελατήρια καλωδίου υψηλής αντοχής και πετρώματα.
Παραδείγματα, ιδιότητες και εφαρμογές των διαφόρων χάλυβων άνθρακα συγκρίνονται στον ακόλουθο πίνακα.
