Како да се разликува висококвалитетниот јаглероден челик од обичниот јаглероден челик?

Содржина на јаглерод: одлучувачкиот фактор за квалитетот на челикот со содржина на јаглерод

Количествени методи: Анализа на горење и оптичка емисиона спектрометрија (OES)

Добивањето точни мерки на содржината на јаглерод е она што го издвојува висококвалитетниот јаглероден челик од останатите. Лабораториите сѐ уште се потпираат на анализа со согорување како главна метода во денешно време. Овој процес основно согорува пробен материјал и мери количината CO₂ што се ослободува, давајќи резултати со прецизност до околу плус или минус половина десетинка процент јаглерод. Меѓутоа, кога времето е од суштинско значење, многу лаборатории се обраќаат на оптичката емисиона спектрометрија, позната и како OES. Оваа техника користи електрични искри за да го „удари“ површината на металот и анализира светлосните шарени што се испуштаат, за да го одреди нивото на јаглерод за помалку од една минута. И двата пристапа успеваат да откријат овие микроскопски примеси кои можат да предизвикаат сериозни проблеми со својствата на челикот. Повеќето челикарни го прифатиле OES-от за секојдневни проверки на квалитетот поради неговата брзина. СерИОЗНИТЕ производители исто така двојно проверуваат сите резултати според стандардите ASTM E1019, осигурувајќи дека нивниот челик ги исполнува сите барања за важни проекти како што се изградбата на мостови или производството на резервоари под притисок, каде што неуспехот не е опција.

Брза полева верификација: Искрично тестирање и визуелно-металуршко корелирање

Ако лабораториската опрема не е достапна, испитувањето со искри пружа брз начин за проценка на содржината на јаглерод. Што се случува? Техничарите земаат примероци од челик и ги тријат против абразивно точило, а потоа набљудуваат какви искри се создаваат. Челикот со пониска содржина на јаглерод, под околу 0,30 проценти, обично произведува долги, прави искри. Од друга страна, кај челик со повисока содржина на јаглерод, над околу 0,60 проценти, се појавуваат дебели групи искри кои се гранат навсякаде. Вештите професионалци кои многу пати извршиле ова испитување всушност можат да ги споредат овие шарки на искри со она што гледаат под микроскопот, на пример, колку е еднородна структурата на зрната. Ова помага да се откријат проблеми каде што материјалите може да се неравномерни или да имаат груби, неравни зрна кои вкупно го намалуваат јачината на металот. Сепак, треба да се има предвид дека овој метод не е прецизна науката — неговата точност е околу ±0,10 проценти, но сепак овозможува на работниците да ги разликуваат различните материјали директно на локацијата, пред да се извршат поскапи испитувања кои уништуваат примероците.

Влијанието на нивото на јаглерод врз перформансите на јаглеродниот челик

Чврстина, дуктилност и тврдина во општите опсези на јаглерод (0,05–0,60 %)

Количината на јаглерод во челикот навистина влијае врз неговата јачина, еластичност и тврдина. Челиците со помалку од 0,25% јаглерод се доста еластични (можат да се издолжат повеќе од 25%) и добро отпорни на ударни товари, иако не поднесуваат толку голема сила пред да се прекинат (обично помеѓу 280 и 550 MPa). Кога доаѓаме до челици со околу 0,30–0,60% јаглерод, се случува нешто интересно: челикот станува појачан поради начинот на кој атомите на јаглерод се вградуваат во металната структура, што го зголемува границата на течност до околу 500–700 MPa. Но, има и недостаток — овие челици повеќе не се толку еластични. Што значи ова во пракса? Челиците со ниско содржање на јаглерод доста се извиваат пред да се прекинат, па затоа се добри за употреба во делови како што се каросерии на автомобили. Од друга страна, челиците со средно и високо содржање на јаглерод обично се прекинуваат изведнаж кога ќе бидат силно ударени, па затоа за одредени примени мора да се подложат на посебна термичка обработка. Интересно е дека челикот постигнува најдобар баланс помеѓу јачина и еластичност при содржање на јаглерод помеѓу 0,15% и 0,30%. По тоа, низ металот почнуваат да се формираат мали карбидни честички, што всушност прави полесно ширење на цепнатините веднаш што настане оштетување.

Граници на заварливост: Зошто висококвалитетниот челик со висок содржини на јаглерод останува ≤0,25% C за сигурна изработка

Квалитетот на заварките значително зависи од содржината на јаглерод, поради што повеќето индустријски стандарди го ограничуваат заварувањето на конструкции на околу 0,25% јаглерод или помалку. Кога челикот ќе го надмине овој лимит, проблемите почнуваат да се појавуваат во топлински влијаните зони каде што се формира мартензит, што прави пукнатините три пати повеќе веројатни во текот на процесите на изработка. Челикот со повисока содржина на јаглерод, на пример над 0,60%, бара специјална обработка пред и по заварувањето за контрола на врвовите на тврдоста кои можат да достигнат 500 HV или повеќе. Овие дополнителни третмани секако го зголемуваат конечниот трошок, типично за 40 до 60 проценти за проекти. Затоа, инженерите кои работат на објекти како што се притисници или градежби на мостови наведуваат сертифицирани нискојаглеродни челици во опсегот од 0,15 до 0,22%. Овие материјали произведуваат подобри заварки, при тоа задржувајќи ја нивната чврстота, а влезните карактеристики остануваат значително над 400 MPa дури и по спојувањето.

Сертифицирани механички својства како квалитетни референтни вредности за јаглероден челик

Кога станува збор за квалитетот на челикот со висок содржини на јаглерод, сертифицираните механички својства нудат конкретни докази кои ги разликуваат врвните легури од понискоквалитетните. Стандардите за тестирање поставени од организации како ASTM International ги испитуваат три главни фактори: количината на сила што материјалот може да ја отпори пред да се скрши (чекорна чврстина), кога започнува да се деформира трајно (гранца на течност), и колку е еластичен под притисок (продолжување). Овие бројки имаат значајна пракса. На пример, структурниот челик мора да има минимум 36 ksi (околу 250 MPa) гранца на течност според спецификациите ASTM A36, за да издържи сите движечки делови во згради и мостови. Извештаите за тестирање на материјалите (MTR) од доверливи фабрики потврдуваат дека сè е во ред. Студии покажуваат дека структурите изградени со верифицирани материјали имаат 72% помалку неуспеси во споредба со оние направени од нетестиран челик. Производителите кои го пропуштаат документирањето ризикуваат сериозно: нивниот челик со висок содржини на јаглерод може да се скрши под нормални товари или да почне да рѓосува многу порано. За големи инфраструктурни проекти, каде што животот на луѓето зависи од сигурна конструкција, добивањето на потврда од трета страна не е само добро практикување — туку е апсолутно неопходно и за безбедноста и за долготрајната издржливост.

Тестирање на тврдоста и потврда на термичката обработка за класификација на јаглеродни челици

Бринел споредба со Роквел: Избор на соодветниот тест за тврдост за проценка на јаглеродни челици

Изборот на соодветниот тест за тврдост за јаглеродни челици значи да се знае кога треба да се избере Бринел наместо Роквел и обратно. Методот на Бринел функционира со притискање на топчинка од волфрам-карбид во материјалот со големи тежини кои варираат од околу 500 до 3000 килограм-сила. Ова создава поголеми вдлабнатини кои добро функционираат на груби зрна и неравни површини како што се непреработени метални заготови или леани делови. Тестовите според Роквел се различни. Тие користат или дијамантени врвови или помали стоманени топчинки, приложени во два чекора: прво лека притисна сила, па потоа посилна. Мерките се добиваат моментално без потреба од пресметки, што ги прави одлични за потенки материјали и готови производи каде што е важно површината да остане гладка.

Толкување на податоците за тврдина во контекст: Корелација на вредностите со содржината на јаглерод и историјата на закаливање

Гледањето на броевите за тврдина без да се знае позадинската историја на челикот со вглерод не дава многу информации за вистинската слика. На пример, вредноста по скалата Роквел Ц од околу 50 може да потекнува од обичен челик со 0,60 % вглерод кој воопшто не е подложен на термичка обработка, или пак од челик со 0,30 % вглерод кој е поминат низ процеси на калење и отпуштање. За да се добие смисла од овие мерења, производителите треба да ги споредат со вистинските записи за термичката обработка. Процесот на калење, во суштина, брзо го снижува температурата на челикот од околу 1500 степени Фаренхајт, за да се „затвори“ вглеродот внатре и да се постигне максимална тврдина. Потоа следува отпуштањето при температури помеѓу 300 и 700 степени Фаренхајт, кое намалува дел од кршливоста, но задржува повеќето од јачината. Во општи линии, секое намалување од 50 степени при отпуштањето обично зголемува тврдината за околу 10 до 15 точки по Бринеловата скала. Челикот со вглерод од добра квалитет треба да покажува релативно конзистентни вредности за тврдина низ различните серии, со одстапување од најмногу ±3 HRC точки. Кога ова конзистентност се комбинира со оптичка емисиона спектроскопија за проверка на содржината на вглерод, таа помага да се потврди стабилноста на производствените процеси во фабриките.

Често поставувани прашања

Што е ASTM E1019?

ASTM E1019 е стандарден метод за испитување на содржината на јаглерод, сумпор, азот и кислород во челични производи. Тој осигурува дека во индустријските практики се почитуваат прецизните мерки и референтните вредности.

Зошто е важна содржината на јаглерод во јаглеродниот челик?

Содржината на јаглерод значително влијае врз чврстината, извлекливоста и заварливоста на челикот. Разбирањето и контролирањето на ова е клучно за производство на челик високог квалитет кој ги исполнува специфичните баранки за перформанси.

Како помага испитувањето со искри при проценката на содржината на јаглерод?

Испитувањето со искри овозможува на техничарите да направат приближни проценки на содржината на јаглерод во челикот врз основа на видот и изгледот на искрите што се создаваат кога челикот се трка во контакт со абразивно точило.