Что такое углеродистая инструментальная сталь?

Что такое углеродистая инструментальная сталь?

Углеродистая инструментальная сталь — это тип стали, содержащий углерод и небольшое количество легирующих элементов, обладающий такими свойствами, как высокая твердость, высокая прочность, высокая износостойкость и хорошая обрабатываемость.

По сравнению с низколегированными инструментальными сталями и быстрорежущими сталями, углеродистые инструментальные стали легче закаливать путем механической и термической обработки, поэтому их используют при производстве столовых приборов, штампов, инструментов и т. д. По сравнению с легированными инструментальными сталями, углеродистые инструментальные стали относительно дешевы и подходят для многих применений.

Применение углеродистой инструментальной стали

1. Изготовление лезвий

Благодаря высокой остроте и долговечности ее используют при производстве ножей, ножниц и других режущих инструментов.

2. Металлообработка

Благодаря своей высокой твердости углеродистая инструментальная сталь используется в металлообработке, такой как резка, сверление и прессование.

3. Сверла

Иногда используется для наконечников сверл. Сверло — это инструмент, используемый для сверления отверстий в таких материалах, как металл, дерево и пластик.

4. Детали инструментов

Иногда используется для изготовления деталей инструментов, таких как отвертки, гаечные ключи, молотки и т. д.

5. Холодная ковка

Используется для изготовления таких деталей, как гвозди и болты.

6. Обработка металла

Используется в металлообработке, такой как резка, сверление и штамповка.

Свойства углеродистой инструментальной стали

1. Химический состав

• Углерод (C)
• Кремний (S): от 0,10% до 0,35
• Марганец (Mn): от 0,10% до 0,50
• Фосфор (P): 0,030% или менее
• Сера (S): 0,030% или менее

2. Содержание углерода

Углеродистая инструментальная сталь содержит углерод в качестве основного легирующего элемента. Содержание углерода составляет 0,55% или выше, что почти такое же, как у высокоуглеродистой стали (содержание углерода 0,6% или выше). Более высокое содержание углерода приводит к более высокой твердости и износостойкости, но может снизить обрабатываемость.

3. Обрабатываемость

Углеродистая инструментальная сталь имеет низкое содержание примесей и высокую чистоту. В результате она обладает превосходной режущей и обрабатываемой способностью и подходит для изготовления прецизионных деталей, таких как ножи и инструменты.

4. Износостойкость и коррозионная стойкость

Из-за своей высокой твердости углеродистая инструментальная сталь может быть закалена методом закалки для повышения износостойкости и коррозионной стойкости. Закалка — это процесс нагрева при высокой температуре с последующим быстрым охлаждением. Она широко используется при изготовлении деталей, требующих высокой режущей и износостойкой стойкости, таких как лезвия, инструменты и формы.

5. Хрупкость и ударопрочность

Причина, по которой углеродистая инструментальная сталь хрупкая и чувствительная к ударам, заключается в ее кристаллической структуре. Поскольку твердость достигается закалкой, микроструктура после закалки очень твердая и хрупкая. Кроме того, поскольку микроструктура, полученная закалкой, выровнена в одном направлении, в направлении выравнивания действуют сильные силы связи, и материал имеет тенденцию быть хрупким во всех направлениях, за исключением направления выравнивания.

Кроме того, углеродистая инструментальная сталь содержит большое количество углерода среди своих легирующих элементов, и в металлургической структуре образуются многочисленные соединения углерода. Эти соединения углерода усиливают силу связи внутри кристаллической структуры, что ослабляет силу связи между кристаллами, что приводит к хрупкости.

6. Непригодна для использования в условиях высоких температур

Углеродистая инструментальная сталь не подходит для использования в условиях высоких температур из-за двух основных факторов.

Один из них заключается в том, что углеродистая инструментальная сталь подвержена окислению при высоких температурах, что может ухудшить ее механические свойства из-за деградации поверхности.

Высокое содержание углерода среди легирующих элементов в углеродистой инструментальной стали делает ее восприимчивой к окислению при высоких температурах. Поэтому на поверхности углеродистой инструментальной стали могут образовываться оксиды и окалина, а текстура и шероховатость поверхности могут изменяться. Образование оксидов и окалины также может ухудшать поверхность и снижать механические свойства.

Окалина — это пленка оксидов, которая образуется на поверхности металла, или пленка примесей, которые прилипают к поверхности металла.

Одной из причин является то, что «углеродистая инструментальная сталь» может испытывать прогрессивный рост зерна при высоких температурах, что приводит к снижению прочности и твердости.

Углеродистая инструментальная сталь становится твердой при закалке, но ее прочность и твердость могут снижаться в результате роста кристаллических зерен из-за использования при высоких температурах.

Рост зерна при высоких температурах ослабляет прочные связи в металлургической структуре, вызывая изгиб границ зерен и полости на границах зерен, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и твердости. Снижение прочности и твердости может привести к снижению механических свойств и разрушению металлических деталей при использовании при повышенных температурах.