Высокоуглеродистая сталь

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 25 Апреля 2024

В природе не встречается чистого железа, так как этот элемент невероятно реактивен и образует оксиды под воздействием атмосферного воздуха и воды. Получить чугун, который представляет собой комбинацию железа и углерода, можно путем смешивания расплавленной железной руды, состоящей из оксидов, с углем или продувки углекислым газом. Дополнительное уменьшение содержания углерода преобразует этот материал в стальной сплав.

Сталь с высоким содержанием углерода, варьирующим от 0,6 до 2%, обладает повышенной твердостью и стойкостью к истиранию. Однако низкая ударная вязкость приводит к её увеличенной хрупкости.

Производство стали на индустриальном уровне началось лишь в XIX веке, поскольку до этого доменные печи не могли достичь необходимой для плавления температуры. До этого момента, металл подвергался ковке и продолжительному продуванию воздухом для полного преобразования из оксидов. Для уменьшения содержания углерода использовали обратную реакцию - окисление при высокой температуре. В процессе этого металла углерод или сгорал, или превращался в диоксид углерода. Со временем, с развитием металлургии, были разработаны три метода выплавки металла.

• Пьер Мартен предложил вновь использовать нагретый воздух в своей печи, которую он оснастил регенератором. Параллельно с этим, начали использовать ферромарганец для удаления фосфора. Эти нововведения стали стимулом для развития железнодорожного транспорта, создания устойчивых осей и рессор. Последний подобный агрегат в России работал до 2018 года.
• Процесс в бессемеровском конвертере заключается в сохранении жидкого состояния металлического расплава за счет продувки газами и использования энергии, генерируемой при окислительной реакции. Метод был изначально разработан с целью получения очищенного от примесей фосфора и серы чугуна. Специальные яйцеобразные установки с возможностью наклона предоставляют процессу циркуляцию воздуха через расплав. Существуют и другие технологии бессемерования, где используется перемешивание расплава.
• Электрохимический метод позволяет электропечам создавать окисляющую, восстанавливающую или вакуумную атмосферу, демонстрируя быстрый набор необходимой температуры и уменьшив количество выбросов в окружающую среду. Устройства могут быть дуговыми либо индукционными, в соответствии с начальным составом сырья и целевыми показателями. Определяют также технологии плавки либо без окисления примесей, либо используя окислительные реагенты.

Характеристики высокоуглеродистой стали

Состояние стали в значительной степени определяется ее чистотой и присутствием вредных примесей. Марганец применяют для десульфурации, в последствии он обеспечивает защиту металла от коррозии и нейтрализует негативное воздействие серы.

Следующие характеристики присущи данному исходному материалу:

• Высокий уровень твердости и устойчивости;
• Сниженная эластичность и ударная жидкость;
• Низкая способность к сварке, сварочный шов склонен к образованию трещин.
• Стойкость к износу, устойчивость к стиранию

Процесс изготовления проволоки из высокоуглеродистой стали включает патентование: материал нагревают и выдерживают в соляной или свинцовой ванне при температуре между 450 и 550 градусами, затем производят волочение. Это позволяет проволоке выстоять сильные растягивающие усилия без порывов. Элементы инструмента изготавливаются методами литья, ковки или проката, а затем подвергаются термообработке, что увеличивает прочность материала на 10-15%. Крепежные изделия подвергаются продолжительному прессованию.

В процессе сварки углерод начинает сгорать, изменяя таким образом структуру металла в области соединения и придавая ему пористость. По этой причине сталь не пригодна для использования в сварных конструкциях. В случае необходимости сваривания используются наконечники с сниженным уровнем тепловыделения, проводится предварительное нагревание и использование низкоуглеродные добавки. Для соединения деталей толщиной до 3 мм предварительный нагрев не требуется.

Сферы применения стали с высоким содержанием углерода.

• У7 и У7А используются для производства компактных инструментов: таких как молотки, зубила, отвертки, плоскогубцы, кузнечные штампы и проволока для игл.
• Инструменты резки и монтажа, такие как У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А, используются в тех условиях, где нет нагрева пил, топоров, кусачек, кернеров, отверток и пружинных деталей, таких как клапаны, ламели, пружины. Они также используются для обработки мягких сплавов и накатных роликов. В высокоточной конфигурации эти инструменты могут быть использованы для элементов часовых механизмов.
• Иглы технического и швейного назначения У 10, У10А.
• Инструменты такие как У 10, У10А, У11, У11А обладают режущими и обрабатывающими свойствами, и функционируют при стабильной температуре: использование включает в себя ролики, напильники и штампы низкой точности. Эти сплавы отличаются гибкостью и широко используются в процессе создания плоских и спиральных пружин.
• Трансформаторы имеют сердечники У10А, У12А.
• У12 и У12А представляют собой отпечатки, используемые для холодной металлообработки, также они являются пуншонами и штампами.
• У13, У13А являются инструментами для хирургии и гравюры, а также составляющими с низким уровнем стойкости к износу.

Сферы использования сталей разных сортов

Маркировка высокоуглеродистой стали

В схеме обозначений, которая действует в Российской Федерации, метка на сталях обозначает их химический состав. Концентрация основных элементов и примесей устанавливается в соответствии с ГОСТ 1435-99.

Маркировка марок стали с высоким углеродным содержанием:

• В углерода содержание варьируется от 0,65 до 1,29%, что делает его высокоуглеродистым.
• Указанная цифра отображает пропорцию углерода, выраженную в сотых частях процента. К примеру: У8 соответствует 0,8-0,9%.
• А обозначает высокий уровень качества, а также чистоту от включений: содержание серы не превышает 0,018%, фосфора – не более 0,025%.
• Количество марганца повышено в Г - более 0,33%

Состояние материала является критическим для некоторых процессов. Отмеченные для дополнительной обработки заготовки, такие как слитки и прутки, классифицируются по группам. Эта классификация зависит от содержания добавок хрома, никеля и меди до 0,05% в их составе.

• 1 – применимо к любым элементам и ядрам, исключая зарегистрированную проволоку.
• 2 - применяется для кабеля и полосы;
• 3 - это для продуктов, которые проходят термическую обработку, исключая ядра и проволоку.

Термическая обработка - этот процесс придает большую устойчивость закаленным изделиям, и он обычно обозначается как ТО.

Нагартовка Нового Года - это укрепление поверхности;

Коллективы, задачей которых является занятие ковкой, технологией горячего проката или методом холодного волочения.

Очки по шкале термической обработки критически важны для режущего оборудования и оснований.

В производстве инструментов учитывается плотность цементитной сетки как один из показателей для оценки структуры металла.

Следовательно, сплавы определенного типа могут быть как подходящими, так и несоответствующими для определенных областей. В зависимости от требуемых целей, производитель оборудования может потребовать проведения дополнительных тестов.