Kennis - Sanxin

koolstof

Atoomgetal: 6

Digtheid (20°C): 2.3 g/cm³

Atoomgewig: 12.01

Smeltpunt: > 3550°C (6422°F)

Kookpunt: 4827°C (8721°F)

Oorsig

Koolstof is die belangrikste legeringselement in staal en gietyster, wat hoofsaaklik die wye reeks meganiese eienskappe bepaal wat in smee en gietstukke verkry kan word. Wanneer die koolstofinhoud van yster-gebaseerde legerings 2.0% oorskry (behalwe vir yster legerings), word hulle as gietyster geklassifiseer. Volgens metallurgiese klassifikasie word gewone koolstofstaal verdeel in hipo-eutektoïede staalgraad en hiper-eutektoïede staalgraad gebaseer op of die koolstofinhoud onder of bo 0.80% is. Die byvoeging van ander legeringselemente (soos mangaan, silikon, nikkel, ens.) kan die koolstofinhoud by die eutektoïede punt verander, en kan selfs hierdie punt uitskakel. Die beperkinge van koolstof het gelei tot die ontwikkeling van lae-koolstof mikro-gelegeerde staal. Hierdie hoofstuk bespreek egter slegs staal en gietyster met koolstof as die hooflegeringselement, en ignoreer die teenwoordigheid van ander elemente wat na deoksidasie oorbly of wat nodig is om swael te beheer.

Koolstof is byna teenwoordig in alle staal vanaf die begin van die staalvervaardigingsproses. Die grondstowwe vir staalvervaardiging (gesmelte yster, ru-yster, afvalstaal, ysterlegerings, ens.) bevat gewoonlik 'n hoër koolstofinhoud as wat in die finale produk vereis word. Tydens die staalvervaardigingsproses word koolstof deur oksidasiereaksies verwyder, en staal kan getap word wanneer die teikenkoolstofinhoud bereik word (effens laer as die teikenwaarde as hoëkoolstof-ysterlegerings in die skeplepel gevoeg moet word). In die BOF-proses is dit algemeen om die koolstofinhoud tot onder 0.10% te "blaas" en dit dan in die skeplepel te verhoog. In die elektriese boogoond-produksieproses word koolstof bygevoeg deur bespuiting om 'n skuimende slak te vorm, terwyl die koolstofinhoud presies beheer word met behulp van koolstofkerndrade in die lepel-raffineringstasie.

Wanneer hoë-koolstof yster legerings gebruik word, word hierdie legerings self die "toevoegingsmedium" vir koolstof. As die koolstofinhoud te laag is en nie deur ysterlegerings aangevul kan word nie, kan koolstof bygevoeg word deur die volgende materiale te gebruik: grafiet, kooks, gebrande petroleumkoks, antrasiet, en in seldsame gevalle hoë-koolstof afvalstaal soos gietyster of koue ru-yster. Spesiale aandag moet gegee word: die byvoeging van gietyster vir koolstof kan lei tot oormatige fosfor, en lae-swael en laag-vlugtige kooks moet gekies word vir koolstof byvoeging.

By die vervaardiging van gietyster in elektriese boogoonde word 'n koolstoftoevoegingstap dikwels vereis omdat die grondstowwe meestal lae-koolstof skrootstaal is. Alhoewel hoë-koolstof afvalstaal, hoë-koolstof yster legerings, of selfs ru-yster gebruik kan word as koolstof bronne, volgens proses vereistes of koste oorwegings, spesiale koolstof bymiddels - grafiet of coke - word gewoonlik gebruik. Natuurlike grafiet (hoofsaaklik in Mexiko vervaardig) word wyd in Noord-Amerika gebruik, met 'n koolstofinhoud van 70-85% en 'n hoë inhoud van onsuiwerhede, wat die toepassing daarvan beperk; sintetiese grafiet (meestal van elektriese boogoond-elektrodeafval) het 'n hoër suiwerheid, en die kristalstruktuur daarvan kan die mikrostruktuur van gietyster beïnvloed. Metallurgiese kooks is laag in koste, maar het 'n hoë as-inhoud van tot 9%, wat die toediening daarvan beperk; gekalsineerde petroleumkoks het 'n suiwerheid van tot 99%, maar die swaelinhoud daarvan kan 1% oorskry.

Praktiese Koolstofbyvoegingsbewerkings

Wanneer koolstof bygevoeg word in die vorm van hoë-koolstof ferrolegerings, kan dit in die oond, voor tap, of in die skeplepel gedoen word. Die konvensionele praktyk is om effens oor-dekarboniseer in die oond en dan aan te vul met ferrolegerings om die teiken koolstofinhoudreeks te bereik. Die koolstof-suurstof-temperatuurbalans by aftap is 'n sleutelbeheerfaktor, maar die spesifieke operasie berus gewoonlik op ervaring op die terrein. As gevolg van die hoë koste van in-oond behandeling, is die algemene praktyk om tap te "oop" (dws om die gesmelte staal in kontak te laat kom met lug), en dan die nodige deoksidasie en samestelling aanpassing in die skeplepel te voltooi. Spesiale aandag moet gegee word: die gebruik van gietyster om die koolstofinhoud aan te pas kan lei tot oormatige swael en fosfor. Tensy die agtergrondwaardes van hierdie elemente in die gesmelte staal uiters laag is of die finale samestelling hul toename toelaat, moet die rou ysterwater so lae fosfor- en swaelinhoud as moontlik hê.

Die digtheid van koolstofbymiddels (grafiet, kooks, antrasiet) is relatief laag, en hulle is geneig om op die oppervlak van die slaklaag te dryf, wat oneffektiewe brandverlies veroorsaak. Daarom moet hulle aan die begin van die tik bygevoeg word of vooraf aan die onderkant van die leë skeplepel geplaas word. Voldoende turbulensie moet gehandhaaf word tydens tap om die oplos van koolstof te versnel. In gietproduksie word koolstofbymiddels ook in die skeplepel gevoeg, volgens die bogenoemde werkingsnorme.

 

Rol/Smeding

 

Die koolstofinhoud in staal beïnvloed die vervormingsprosessering op verskeie maniere. Oor die algemeen, namate die koolstofinhoud toeneem, neem die verwerkingsmoeilikheid ook toe. Die invloed van koolstof word eers in die weekoond of herverhittingsoond gemanifesteer. Hoëkoolstofstaal is meer sensitief vir termiese skok en moet stadig verhit word om krake te voorkom. Stapverhitting (dws om die staalblok by verskeie temperatuurplatforms te laat bly voordat die rol- of smeetemperatuur bereik word om temperatuuruniformiteit te bereik) kan nodig wees, veral vir staal met groot deursnee. Staal met 'n koolstofinhoud van meer as 0.30% is ook meer geneig tot "oorbrand" (diep oppervlak oksidasie), wat kan lei tot krake of substandaard oppervlak toestande van die finale produk, en die oorverbrande knuppels word byna altyd geskrap. Daarom moet hoë-koolstofstaal stadig en eenvormig verhit word om plaaslike oorverhitting wat veroorsaak word deur direkte vlamimpak te vermy.

Die rolkrag in beide warm- en kouewals neem toe met die toename in koolstofinhoud. In warm wals is hierdie effek meer betekenisvol namate die finale walstemperatuur benader word. Byvoorbeeld, 'n bykomende 0.15% koolstof in gewone koolstofstaal kan energieverbruik met tot 20% verhoog by 870°C (1600°F). Die energie wat benodig word vir koue werk is hoogs afhanklik van die koolstofinhoud, wat verband hou met die proporsie perliet in sy mikrostruktuur. Onder dieselfde toestande neem die behoefte aan intermediêre uitgloeiing toe met die toename in koolstofinhoud.

Dit is opmerklik dat koolstof 'n sterk segregasieneiging het in dik dele (soos staalblokkies) en sal ophoop in die laaste gestolde metaal (saam met mangaan, fosfor en swael). Dit kan lei tot ongelyke koolstofverspreiding in die finale produk, soos die "banding" wat dikwels in warmgewalste plate gesien word (veroorsaak deur fosforsegregasie: hoë fosforstreke stoot koolstof af). Dit is egter nie noodwendig skadelik nie. Vir staal wat mikrolegeringselemente bevat, bepaal die verhouding van die atoompersentasie van mikrolegeringselemente (MAE) tot die koolstofinhoud die hoeveelheid MAE-neerslag wat by lae temperature gevorm word. Op hierdie stadium vereis koudgewalste en uitgegloeide dunplaatstaal 'n koolstofinhoud van minder as 0.01%.

 

Hitte behandeling

Koolstof verhoog die sterkte van warmgewalste staal, maar verminder die kerftaaiheid, rekbaarheid en sweisbaarheid daarvan. Vir besonderhede oor die toepassing van koolstof in deurlopende giet en warmgewalste staal, verwys na die relevante inhoud op vanadium, niobium en titanium.

Die maksimum oplosbaarheid van koolstof in ferriet is ongeveer 0.025% (by 723°C/1333°F). Die koolstofoplosbaarheid van ferriet by kamertemperatuur is minder as 0.008%. Die yster-koolstof-ewewigsdiagram (Figuur 1) toon drie reaksies en dui aan dat sementiet (Fe3C) vorm teen 'n koolstofinhoud van 6.67%. By 1492°C (2718°F) ondergaan δ-ferriet met 'n koolstofinhoud van meer as 0.10% 'n peritektiese reaksie met vloeibare metaal om austeniet te vorm. Yster met 'n koolstofinhoud van meer as 2.0% ondergaan 'n eutektiese reaksie by 1130°C (2066°F), wat ledeburiet vorm - 'n struktuur van sementstawe wat in austeniet versprei is. By 723°C (1333°F) ontbind austeniet deur 'n peritektoïede reaksie om lamellêre saamgestelde perliet te vorm.

Koolstof verlaag die γ→α allotropiese transformasie temperatuur van 910°C (1670°F) vir suiwer yster tot die eutektoïede temperatuur (0.80% koolstof). Onder die eutektoïede temperatuur (723°C/1333°F) het koolstof 'n beduidende effek op die kinetika (tempo) van perlietvorming en reageer met yster om nie-ewewigsfases bainiet en martensiet te vorm. Perliet vorm in die hoë temperatuurreeks van ongeveer 550°C (1020°F) tot die eutektoïede temperatuur, en die struktuur daarvan verfyn geleidelik soos die transformasietemperatuur afneem. Tussen ongeveer 220°C (425°F) en die onderste limiet van die perlietvormingsreeks, verander austeniet in bainiet. Bainiet het hoofsaaklik twee tipes:

Boonste bainiet: Vorm by hoër temperature, met 'n naaldagtige struktuur, en sementietdeeltjies is langs die grense van ferrietstreke georiënteer.

Laer bainiet: Ook naaldagtig maar fyner, met karbieddeeltjies wat lateraal in ferrietstreke versprei is. Hierdie oriëntasie gee dit hoër taaiheid. Die temperatuurgrens tussen boonste en onderste bainiet hang hoofsaaklik af van die samestelling (veral die koolstofinhoud). Die groeitempo's van beide tipes bainiet word hoofsaaklik bepaal deur die diffusie van koolstof in yster.

Die transformasie van austeniet na martensiet deur 'n diffusielose skuifmeganisme onder ongeveer 220°C (425°F) is die belangrikste fasetransformasie in kommersiële hittebehandeling. Soos die samestelling eutektoïed nader, neem die martensiet-aanvangstemperatuur (Ms) af. As 'n onderdeel 'n harde, slytvaste oppervlak en 'n taaier kern benodig, kan karbonisering gebruik word: koolstof word in die oppervlak van laekoolstofstaal versprei (gewoonlik nie meer as 'n paar duisendstes van 'n duim diep nie). Die verkoelingstemperatuur is ongeveer 925°C (1700°F), en die staalsamestelling moet sodanig wees dat fyn korrels by hierdie temperatuur gehandhaaf word. Konvensionele hittebehandeling is nodig na karbonisering. Toepassing

Koolstofstaal is tans verantwoordelik vir die grootste tonnemaat in alle staalverkope, en sy wye reeks toepassings is duidelik te omvangryk om een ​​vir een te lys. Koolstofstaal word gebruik as gietstukke en smeewerk, pype en buise, plate en plate, draadstawe, stawe, relings en strukturele afdelings. Natuurlik is koolstofstaal die goedkoopste yster-gebaseerde legering, en ontwerpers sal dit verkies tensy spesiale prestasievereistes die gebruik van duurder legeringstaalgrade noodsaak.

Koolstofstaal kan op verskeie maniere geklassifiseer word, en klassifikasie volgens samestelling is die mees intuïtiewe metode, gewoonlik volgens standaarde wat uitgereik is deur instellings soos die Society of Automotive Engineers (SAE) en die American Iron and Steel Institute (AISI). Die Amerikaanse Vereniging vir Toetsing en Materiale (ASTM) en die Amerikaanse Vereniging van Meganiese Ingenieurs (ASME) stipuleer hoofsaaklik die prestasie-aanwysers van staal, met samestelling slegs as aanvullende inligting. Baie standaarde identifiseer dieselfde staalgraad deur hul onderskeie spesifikasies, en gebruikers kan spesifieke vereistes byvoeg op grond van algemene standaarde volgens hul behoeftes. Sommige groot gebruikers (soos motor- en konstruksiemasjinerievervaardigers) is geneig om hul eie standaarde te formuleer wat strenger is as nasionale standaarde.

Staalgrade met verskillende koolstofinhoude het verskeie toepassings: dunplaatstaal het gewoonlik die laagste koolstofinhoud (minder as 0.10%), ultra-lae koolstofstaal (met koolstofinhoud onder 0.02%) sluit hoë vormbaarheid dunplaatstaal in; lae koolstofstaal (met koolstofinhoud wat wissel van 0.05% tot 0.20%) dek warmgewalste strookstaal, dik plate en pype; medium koolstofstaal (met koolstofinhoud wat wissel van 0.25% tot 0.55%) word hoofsaaklik vir smee gebruik; hoë koolstofstaal (met koolstofinhoud van meer as 0.6%) sluit staal vir relings, ens. 45L) beïnvloed die oppervlakkwaliteit direk.

Vigor het meer as 18 jaar ondervinding in giet en smee. As u enige vrae en aanvraag het oor produkontwikkeling of u voorsieningsketting verbeter, kontak ons ​​asseblief by info@castings-forging.com