碳鋼也叫 簡單的碳鋼是 a 金屬 合金二個元素的組合， 鐵 并且 碳其他元素是存在數量太小以至於不能影響物產的地方。 唯一其他合金元件在簡單碳鋼允許是 錳 (1.65%最大)， 硅 (0.60%最大)，和 銅 (0.60%最大)。[1] 鋼 與一個低碳內容有物產和鐵，軟性一樣，但容易地形成。 當含炭成分上升，金屬成為更加堅硬和更強，但較少 柔軟 并且困難 銲接. 更高的含炭成分一般來說降低鋼的熔點和它的溫度抵抗。
含炭成分 影響鋼出產量，因為碳分子適合入 細胞間 水晶 格子 站點 body-centered立方體 鐵分子的安排。 細胞間的碳減少流動性 脫臼反過來有一個硬化的作用在鐵。 要得到脫臼移動，高足够的壓力水平一定是應用的為了脫臼「打破」。 這是，因為細胞間的碳原子造成某些鐵BCC格子細胞變形。
內容
- 1 碳鋼的類型
- 2 冶金學
- 3 熱治療
- 4 表面硬化
- 4.1 火焰和感應加熱淬火
- 4.2 汽化
- 4.3 氮化
- 4.4 Cyaniding
- 4.5 氰化
- 5 參見
- 6 參考
- 7 參考書目
碳鋼的類型
碳的典型的構成：
- 溫和的(低碳)鋼: 大約0.05-0.15%含炭成分為低碳鋼和0.16-0.29%含炭成分為低碳鋼[2] (即。 AISI 1018鋼)。 低碳鋼有相對地低抗拉強度，但它是便宜和展性的; 可以通過增加表面堅硬 汽化.[3]
- 中等碳鋼: 大約0.30-0.59%含炭成分[2](即。 AISI 1040鋼)。 平衡延展性和力量和有好耐磨性; 為大零件、鍛件和汽車組分使用。[4]
- 高碳鋼: 大約0.6-0.99%含炭成分 [2]. 非常強，為春天和高強度導線使用。[5]
- 超離頻的碳鋼: 大約1.0-2.0%含炭成分 [2]. 可以被磨煉到偉大的堅硬的鋼。 為專用使用喜歡(非工業目的)刀子、軌或者拳打。 多數鋼與超過1.2%含炭成分被做使用 粉末冶金學 并且通常在高合金碳鋼類別的秋天。
在一個easily-formable軟的狀態允許零件被製造的鋼可以對進行熱處理。 如果足够的碳存在，可以硬化合金增加力量，佩帶和衝擊阻力。 鋼經常是加工的 冷加工 方法，是塑造金屬通過變形在一個低平衡或亞穩的溫度。
冶金學
低碳鋼 是鋼的最共同的形式，因為它的價格是相對地低的，當它提供為許多應用是可接受的物質物產時。 低碳鋼沒有一個低碳內容(0.3%)因此并且是極端易碎和柔軟的。 它變得展性，當加熱和可以如此時是 偽造. 它也是常用的很多鋼需要被形成，例如作為結構鋼的地方。 密度這種金屬是7,861.093 kg/m ³ (0.284 lb/in ³)，抗拉強度是最多500 MPa (72,500 psi)，并且它有a 年輕人的模數 210 GPa。
碳鋼 哪些可能成功地進行熱治療有一種含炭成分在0.30-1.70%範圍內由重量。 蹤影雜質各種各樣 元素 在發生的鋼的質量可能有一個重大作用。 痕量 硫磺 特別是做鋼 紅色短. 低合金碳鋼，例如 A36 等級，包含大約0.05%硫磺并且熔化大約1426-1538 °C (2600-2800 °F)。[6] 錳 經常增加改進低碳鋼的淬硬性。 這些加法把材料變成a 低合金鋼 由有些定義，但 AISI『碳鋼的s定義由重量提供1.65%錳。
被硬化的鋼 通常提到熄滅的或熄滅的和被磨煉的鋼。
銀色鋼 或高碳明亮的鋼從它的出現得到它的名字。 它是非常高碳鋼。 它被定義根據鋼規格標準BS-1407。 它是可以被研結束容忍的1%碳工具鋼。 通常碳的範圍在範圍1.10% - 1.20%。 它有時也包含0.35% Mn (範圍0.30-0.40%)， 0.40%哥斯達黎加(範圍0.4-0.5%)， 0.30% Si (範圍0.1-0.3%)，並且硫磺(最大0.035%)和磷(最大0.035%)的痕量元素。 銀色鋼為做有時使用 普通刀片由於它的能力導致和拿著一個微美好的邊緣。
熱治療
目的 熱對待 碳鋼是改變鋼機械性能，通常延展性、堅硬、出產量和衝擊阻力。 注意電子和導熱性輕微地被修改。 和以鋼的多數加強技術，彈性模量(年輕人的模數)從未受影響。 鋼有更高的堅實可溶性為碳在 奧氏體 階段，因此所有熱治療，除了spheroidizing的和中間退火，通過加熱開始到一個奧氏體的階段。 鋼通過冷卻的率 eutectoid 反應影響碳散開在奧氏體外面的率。 一般來說，快冷卻將給一更加美好 珠光體 (直到 馬氏體 臨界溫度被到達)，并且慢冷卻將給一個更加粗糙的珠光體。 冷卻的hypoeutectoid (少於0.77 wt % C)鋼結果在一個珠光體結構與α-純鐵 在晶界。 如果它是hypereutectoid (超過0.77 wt % C)鋼那麼結構是充分的珠光體與小五穀 滲碳體 始終驅散。 相對相當數量組成部分使用被找到 槓桿定則. 這熱治療的種類名單可能：
- Spheroidizing: 當碳鋼被加熱對大約700 °C 30個小時時， Spheroidite形成。 Spheroidite可能猛烈地形成在低溫，但時間需要的增量，和這擴散受控制過程。 結果是滲碳體標尺或球形結構在一級結構之內(純鐵或珠光體， eutectoid的邊您打開)。 目的將軟化更高的碳鋼和允許更多可成形性。 這是鋼的最軟和最柔軟的形式。 圖像在右邊顯示哪裡spheroidizing通常發生。[7]
- 充分的燜火: 碳鋼被加熱對大約40 °C在Ac之上3 或Ac1 1個小時; 這保證所有 純鐵 變換入 奧氏體 (雖然 滲碳體 如果含炭成分大於eutectoid)，也許仍然存在。 在領土38 °C必須慢慢地然後冷卻鋼， (100 °F)每個小時。 通常它是冷卻的正義熔爐，熔爐仍然關閉與鋼裡面的地方。 這導致一粗糙的珠光體°structure，意味「結合」 珠光體 是厚實的。 充分地鍛煉的鋼軟和 柔軟沒有內應力，為有效形成經常是必要的。 只spheroidized鋼是更軟和更加柔軟的。[8]
- 中間退火: 過程在冷工作的碳鋼曾經解除重音以少於0.3 wt % C。 鋼通常被加熱由550-650 °C決定1個小時，但有時溫度和700 °C.一樣高。 圖像在右邊顯示區域哪裡中間退火發生。
- 等溫燜火: 它是hypoeutectoid鋼在上部臨界溫度之上是激昂，并且這個溫度一段時間被維護得溫度在更低的臨界溫度之下然後減少和再被維護的過程。 然後它最後冷卻在室溫。 這個方法在消滅幫助所有溫度差。
- 正常化: 碳鋼被加熱對大約55 °C在Ac之上3 或Acm 1個小時; 這保證鋼完全地變換對奧氏體。 鋼是然後冷卻的空氣，是大約38 °C (100的冷卻的率°F)每分鐘。 這導致一個美好的珠光體結構和一個一致結構。 正常化的鋼比鍛煉的鋼有更高的強度; 它有相對地高強度和延展性。[9]
- 熄滅: 碳鋼以至少0.4 wt % C在水、鹽水或者油被加熱到正常化溫度迅速地然後冷卻(熄滅)到臨界溫度。 當含炭成分增加，臨界溫度依靠含炭成分，但概括來說是更低的。 這導致一個martensitic結構; 在一個被扭屈的body-centered立方體(BCC)水晶結構擁有一種過飽和的含炭成分，適當地被命名body-centered四邊形的鋼的形式 (BCT)。 這個水晶結構有一個非常金額上限內應力。 由於這些內應力熄滅的鋼是極端堅硬的，但 易碎通常太易碎為實用目的。 這些內應力在表面導致應力裂紋。 熄滅的鋼是大約三(更低的含炭成分)對艱苦四(高碳內容)倍比正常化的鋼。[10]
- Martempering (Marquenching): Martempering實際上不是一個磨煉的做法，因此期限「Marquenching」。 在最初熄滅典型地在油或鹽水解答在溫度在「馬氏體起動溫度之上」之後，它是被應用的等溫熱治療的形式。 在這個溫度，剩餘應力在材料之內被解除，并且某一白氏體也許從保留的純鐵被形成哪些沒有時間變換成別的。 在產業，這是用於的一個過程控制材料的延展性和堅硬。 以更久的marquenching的時間，延展性在力量增加以最小的損失; 鋼在這種解答被拿著直到中心，并且表面溫度調平。 然後鋼冷卻以適度速度保持溫度差最小。 這個過程不僅減少內應力和應力裂紋，但它也增加衝擊阻力。[11]
- 熄滅和磨煉: 因為最後的物產可以精確地取決於磨煉的溫度和時間這是遇到的最共同的熱治療。 磨煉介入重新加熱熄滅的鋼到溫度在之下 eutectoid 溫度然後冷卻。 高溫允許非常少量spheroidite形成，恢復延展性，但減少堅硬。 實際溫度和時代為每構成仔細地被選擇。[12]
- Austempering: austempering的過程是相同像martempering，除了鋼在鹽水解答被拿著通過白氏體變革溫度，適度地然後冷卻。 發生的白氏體鋼有更加偉大的延展性、更高的衝擊阻力和較少畸變。 austempering的缺點是它可能只使用在幾鋼，并且它要求一種特別鹽水解答。[13]
表面硬化
硬化鋼部分的仅外部，創造堅硬，穿戴抗性皮膚，但保存堅韌和柔軟內部。
簡單的碳鋼的局限是必要的冷卻的非常迅速速度導致硬化。 在大片斷冷卻裡面足够迅速地是不可能的，并且那麼可以硬化仅表面。 這可以改進增加其他元素造成合金鋼。
火焰和感應加熱淬火
感 應加熱 是然後，當鋼的表面被加熱到高溫通過對地方化的加熱的機制和水冷卻的用途迅速地冷卻。 目的將創造「事例」 馬氏體 在表面，耐磨性是需要的。 0.4-0.6 wt % C含炭成分為硬化的這個類型是需要的。 典型的用途是為鎖，硬化外面層數是文件抗性和機械齒輪手銬，堅硬齒輪濾網表面是需要的維護長的產品使用期限，當要求韌性維護對災難性故障時的耐久性和抵 抗。
汽化
主要文章： 滲碳
用 於的過程裝入硬化鋼與一種含炭成分在0.1和0.3 wt % C.之間。 在這個過程鋼被介紹給碳富有的環境和高溫某一時間。 由於這是擴散受控制過程，鋼在這個環境裡越長期舉行更加偉大碳滲透將是和越高含炭成分在這些區域。 零件然後熄滅，以便碳在結構被鎖。 適度地增加堅硬，但它可以通過火焰或感應加熱淬火再被硬化。 通過包括它汽化零件的仅部分是可能的在鍍銅或塗層它用商業漿糊。 下列是汽化過程的有些例子：[14]
- 固體滲碳: 包裝的低碳鋼分開與碳質的材料，并且有一段時間了加熱散開碳入外面層數。 幾個小時的熱化期間也許形成高碳層數大約一毫米厚實。
- 液體汽化: 這個方法在溶解的鋇氰化物或氰化鈉浴介入加熱零件。 表面吸收鈉和碳這樣。[15]
- 氣體滲碳: 零件被安置入熔爐在927包含部份甲烷或一氧化碳大氣的°C (1700年°F)。 零件然後熄滅。
- 滲碳也許也完成與乙炔火炬設置與燃料富有火焰和熱化和一再熄滅在碳富有的流體(油)。
氮化
主要文章： 氮化
這 個過程加熱鋼部分對482-621 °C (900-1150 °F)在氨氣體和被離解的氨大氣。 時間零件在這個環境命令花費案件的深度。 堅硬由氮化物的形成達到。 形成元素的氮化物一定是存在為這個方法運作; 這些元素包括 鉻, 鉬和 鋁. 這個過程的好處是它導致一點畸變，因此零件可以是在是以後被硬化的案件熄滅并且磨煉了并且用了機器製造。
Cyaniding
這是快速和高效率的一個使表面硬化的過程; 它在低碳鋼主要使用。 零件在水或油在氰化鈉浴被加熱對1600-1750º F然後熄滅并且被漂洗，取消所有殘餘的氰化物。
這個過程導致稀薄，堅硬殼(0.010 in。 并且比汽化生產的那個堅硬的0.030 in.)和可以在20到30分鐘之內完成與幾個小時比較。 這個方法的好處是短期的它要求完成擴散; 由於高畸變，否則應該避免它。 Cyaniding主要缺點是氰化物鹽是毒的。
這個過程的典型的應用是 螺栓、堅果、螺絲和小齒輪.
氰化
主要文章： 氰化
這 個過程於cyaniding，除了是相似的氨和碳氫化合物氣體大氣使用而不是氰化鈉。 如果零件将那麼熄滅零件被加熱對775-885 °C (1425-1625 °F); 如果不零件然後被加熱對649-788 °C (1200-1450 °F)。 商標對於過程包括 TeniferMelonite、Sursulf、Arcor、Tufftride和Koline。
參見
- 鋼
- 熱治療
- 冷的工作
- AISI鋼等級
參考
- ^ Oberg， p。 404.
- ^ a b c d 碳和低合金鋼的分類
- ^ 工程學根本性頁在低碳鋼
- ^ 工程學根本性頁在媒介碳鋼
- ^ 工程學根本性頁在高碳鋼
- ^ Ameristeel文章在碳鋼
- ^ 史密斯， p。 388.
- ^ 史密斯， p。 386.
- ^ 史密斯，頁。 386-387.
- ^ 史密斯，頁。 373-377.
- ^ 史密斯，頁。 389-390.
- ^ 史密斯，頁。 387-388.
- ^ 史密斯， p。 391.
- ^ 史密斯，頁。 184-186.
- ^ Oberg， p。 416.
參考書目
- Oberg， E.; 等。 (1996). 機械的手冊第25編輯。， Industrial Press Inc。
- 史密斯， W.F.; Hashemi， J。 (2006). 材料學和工程學的基礎第4編輯。， McGraw小山。
引用出處：
http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/zh_tw/Carbon_steel
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