中国定制服务碳钢热锻轭五金件锻造轭零件报价

简短的介绍:

术语“碳钢”也可用于指非不锈钢的钢;在这种用途中,碳钢可以包括合金钢。高碳钢有许多不同的用途,例如铣床、切削工具(如凿子)和高强度钢丝。


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碳钢是一种碳含量按重量计约为 0.05% 至 3.8% 的钢。美国钢铁协会(AISI)对碳钢的定义指出:
1. 对于铬、钴、钼、镍、铌、钛、钨、钒、锆或任何其他为获得所需合金效果而添加的元素,没有规定或要求最低含量;
2.规定的铜含量最小值不超过0.40%;
3. 或下列任何元素规定的最大含量不超过注明的百分比: 锰 1.65%;硅 0.60%;铜 0.60%。
术语“碳钢”也可用于指非不锈钢的钢;在这种用途中,碳钢可以包括合金钢。高碳钢有许多不同的用途,例如铣床、切削工具(如凿子)和高强度钢丝。这些应用需要更精细的微观结构,从而提高韧性。

随着碳含量的增加,钢有能力通过热处理变得更硬、更强;然而,它的延展性会降低。无论采用何种热处理,较高的碳含量都会降低可焊性。在碳钢中,较高的碳含量会降低熔点。

热处理碳钢的目的是改变钢的机械性能,通常是延展性、硬度、屈服强度或抗冲击性。请注意,电导率和导热率仅略有改变。与大多数钢材强化技术一样,杨氏模量(弹性)不受影响。所有钢材贸易延展性处理都可以提高强度,反之亦然。铁在奥氏体相中对碳有较高的溶解度;因此,除球化退火和过程退火外,所有热处理都是从将钢加热到奥氏体相可以存在的温度开始的。然后将钢以中等到低的速率淬火(热拉出),使碳从奥氏体中扩散出来,形成碳化铁(渗碳体)并留下铁素体,或者以高速率将碳捕获在铁中,从而形成马氏体。钢冷却至共析温度(约 727 °C)的速率影响碳从奥氏体中扩散并形成渗碳体的速率。一般来说,快速冷却将使碳化铁细分散并产生细粒珠光体,而缓慢冷却将产生较粗的珠光体。冷却亚共析钢(低于 0.77 wt% C)会产生碳化铁层的层状珠光体结构,其间有 α-铁素体(接近纯铁)。如果是过共析钢(超过 0.77 wt% C),则结构为全珠光体,并在晶界上形成渗碳体的小晶粒(大于珠光体片层)。共析钢(0.77% 碳)在整个晶粒中具有珠光体结构,边界处没有渗碳体。使用杠杆法则可以找到成分的相对数量。以下是可能的热处理类型的列表。

合金钢是添加多种元素制成合金的钢,其总含量在1.0%至50%之间,以提高其机械性能。合金钢分为两类:低合金钢和高合金钢。两者之间的差异存在争议。Smith 和 Hashemi 将差异定义为 4.0%,而 Degarmo 等人将差异定义为 8.0%。最常见的是,“合金钢”一词是指低合金钢。

严格来说,每种钢都是合金,但并非所有钢都称为“合金钢”。最简单的钢是铁 (Fe) 与碳 (C) 的合金(约 0.1% 至 1%,具体取决于类型)。然而,术语“合金钢”是标准术语,指的是除了碳之外还刻意添加了其他合金元素的钢。常见的合金元素包括锰(最常见的一种)、镍、铬、钼、钒、硅和硼。不太常见的合金包括铝、钴、铜、铈、铌、钛、钨、锡、锌、铅和锆。

以下是合金钢(与碳钢相比)的一系列改进性能:强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、淬透性和热硬性。为了实现其中一些改进的性能,金属可能需要热处理。

其中一些可用于特殊且高要求的应用,例如喷气发动机的涡轮叶片和核反应堆。由于铁的铁磁特性,一些钢合金找到了重要的应用,其中它们对磁性的响应非常重要,包括在电动机和变压器中。

球化
当碳钢加热至约 700 °C 30 小时以上时,就会形成球状体。球状体可以在较低的温度下形成,但所需的时间大大增加,因为这是一个扩散控制的过程。结果是在初级结构(铁素体或珠光体,取决于位于共析体的哪一侧)内形成渗碳体棒状或球状结构。目的是软化高碳钢并提高成型性。这是最软且最具延展性的钢。

完全退火
碳钢加热至Ac3或Acm以上约40℃,保持1小时;这确保了所有铁素体转变为奥氏体(尽管如果碳含量大于共析体,渗碳体可能仍然存在)。然后必须将钢材缓慢冷却,冷却速度约为每小时 20 °C (36 °F)。通常,它只是炉冷,即关闭炉子,钢仍在里面。这会导致粗珠光体结构,这意味着珠光体的“带”很厚。完全退火的钢柔软且具有延展性,没有内应力,这通常是经济高效的成型所必需的。只有球化钢才更软、更有延展性。

工艺退火
用于消除碳含量低于 0.3% 的冷加工碳钢的应力的工艺。通常将钢加热至 550–650 °C 持续 1 小时,但有时温度高达 700 °C。右边的图像[需要澄清]显示了发生过程退火的区域。

等温退火
这是将亚共析钢加热到上临界温度以上的过程。该温度保持一段时间,然后降低至下临界温度以下并再次保持。然后将其冷却至室温。该方法消除了任何温度梯度。

正火化
碳钢加热至Ac3或Acm以上约55℃,保持1小时;这确保钢完全转变为奥氏体。然后将钢进行空气冷却,冷却速率约为每分钟 38 °C (100 °F)。这会产生精细的珠光体结构和更均匀的结构。正火钢比退火钢具有更高的强度;它具有较高的强度和硬度。

淬火
将含有至少 0.4 wt% C 的碳钢加热至正火温度,然后在水、盐水或油中快速冷却(淬火)至临界温度。临界温度取决于碳含量,但一般来说,临界温度随着碳含量的增加而降低。这导致马氏体结构;一种在变形体心立方 (BCC) 晶体结构(正确称为体心四方 (BCT))中具有过饱和碳含量的钢,具有很大的内应力。因此,淬火钢非常硬但很脆,对于实际用途来说通常太脆。这些内应力可能会导致表面产生应力裂纹。淬火钢的硬度大约是正火钢的三倍(含碳量多四倍)。

马氏体回火(马氏体淬火)
马氏体回火实际上并不是回火程序,因此称为马氏体淬火。它是在初始淬火后进行的等温热处理的一种形式,通常在熔盐浴中,温度略高于“马氏体起始温度”。在此温度下,材料内的残余应力被释放,并且一些贝氏体可能由没有时间转变为其他物质的残余奥氏体形成。在工业中,这是用于控制材料的延展性和硬度的过程。随着淬火时间的延长,延展性增加,强度损失最小;将钢保持在该溶液中,直到零件的内部和外部温度平衡。然后以中等速度冷却钢,以保持温度梯度最小。该工艺不仅减少了内应力和应力裂纹,而且还提高了抗冲击性。

回火
这是最常见的热处理,因为最终性能可以通过回火的温度和时间精确确定。回火包括将淬火钢重新加热至共析温度以下,然后冷却。升高的温度允许形成极少量的球状体,从而恢复延展性,但降低硬度。每种组合物的实际温度和时间都是经过精心选择的。

等温淬火
等温淬火过程与马氏体回火相同,不同之处在于淬火被中断,钢被保持在温度为 205 °C 至 540 °C 的熔盐浴中,然后以中等速率冷却。所得钢称为贝氏体,在钢中产生针状微观结构,与马氏体钢相比,该钢具有很高的强度(但低于马氏体)、更高的延展性、更高的抗冲击性和更少的变形。等温淬火的缺点是只能用于少数钢材,并且需要特殊的盐浴。

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