1018 сталь: свойства и ключевые применения

1018 сталь - это низкоуглеродистая сталь, которая относится к средней углеродной легированной стали. Она в основном состоит из железа, с содержанием углерода примерно 0,18%, что способствует ее прочности и жесткости. Основные легирующие элементы в стали 1018 включают марганец, который улучшает закаляемость и предел прочности на растяжение, а также фосфор и серу, которые присутствуют в следовых количествах и могут повлиять на обрабатываемость и пластичность.

Обзор

Сталь 1018 известна своей отличной свариваемостью, обрабатываемостью и хорошими механическими свойствами, что делает ее популярным выбором в различных инженерных приложениях. Ее низкое содержание углерода обеспечивает хорошую пластичность и формуемость, в то время как присутствие марганца улучшает ее прочность и жесткость. Сталь часто используется в приложениях, требующих умеренной прочности и хорошей ударной вязкости.

Основные преимущества стали 1018 включают:

• Свариваемость: ее можно легко сваривать с использованием различных сварочных процессов.
• Обрабатываемость: она обладает хорошей обрабатываемостью, что позволяет эффективно производить изделия.
• Экономичность: она сравнительно недорога по сравнению с высоколегированными сталями.

Тем не менее, сталь 1018 также имеет некоторые ограничения:

• Коррозионная стойкость: она имеет ограниченную устойчивость к коррозии, что делает ее неподходящей для жестких условий без защитных покрытий.
• Ограничения прочности: хотя она обладает хорошей прочностью, она может быть не подходящей для приложений с высокими напряжениями по сравнению с высокоуглеродными или легированными сталями.

Исторически сталь 1018 широко использовалась в производстве валов, шестерен и других компонентов, где требовались умеренная прочность и хорошая пластичность. Ее распространенность на рынке объясняется ее универсальностью и легкостью в получении.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартизирующая организация	Обозначение/Град	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	G10180	США	Ближайший эквивалент AISI 1020
AISI/SAE	1018	США	Широко используемая низкоуглеродистая сталь
ASTM	A108	США	Стандартная спецификация для холоднокатаных углеродных стальных прутков
EN	C18E	Европа	Незначительные изменения в составе
JIS	S45C	Япония	Похожие свойства, но более высокое содержание углерода
ISO	1018	Международный	Эквивалентное обозначение

В приведенной выше таблице подчеркиваются различные стандарты и эквиваленты для стали 1018. Важно отметить, что, хотя такие градации, как AISI 1020 и JIS S45C, могут выглядеть схожими, они могут иметь тонкие различия в составе и механических свойствах, которые могут повлиять на их характеристики в конкретных приложениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.15 - 0.20
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
P (Фосфор)	≤ 0.04
S (Сера)	≤ 0.05
Fe (Железо)	Остальное

Основная роль ключевых легирующих элементов в стали 1018 включает:

• Углерод (C): Обеспечивает прочность и жесткость; низкое содержание углерода гарантирует хорошую пластичность.
• Марганец (Mn): Улучшает закаляемость и предел прочности на растяжение, улучшая общие механические свойства.
• Фосфор (P) и Сера (S): Присутствуют в малых количествах, могут улучшать обрабатываемость, но могут уменьшать пластичность при избытке.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (имперские единицы)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	370 - 580 МПа	53,5 - 84,2 ksi	ASTM E8
Предел текучести (0,2% сдвиг)	Отожженная	205 - 370 МПа	29,7 - 53,5 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	15 - 25%	15 - 25%	ASTM E8
Твердость (Бринелль)	Отожженная	119 - 207 HB	119 - 207 HB	ASTM E10
Ударная прочность (Шарпи)	-40°C	27 Дж	20 фт-фунт	ASTM E23

Комбинация этих механических свойств делает сталь 1018 подходящей для приложений, требующих умеренной прочности и хорошей прочности на сжатие, таких как производство шестерен, валов и других компонентов, подвергаемых умеренным нагрузкам.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	-	7,85 г/см³	0,284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20 °C	50,2 Вт/м·K	34,6 BTU·дюйм/(ч·ф²·°F)
Удельная теплоемкость	20 °C	0,486 кДж/кг·K	0,116 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	20 °C	0,00065 Ω·м	0,0004 Ω·дюйм

Практическое значение физических свойств стали 1018 включает:

• Плотность: ее плотность способствует весу и структурной целостности компонентов.
• Теплопроводность: умеренная теплопроводность делает ее подходящей для приложений, где необходимо рассеивание тепла.
• Температура плавления: температура плавления указывает на ее пригодность для приложений с высокой температурой, хотя ее не следует подвергать воздействию экстремальных температур в течение длительного времени.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Заметки
Атмосферные условия	-	-	Умеренная	Риск коррозии без защиты
Хлориды	3-5	25-60 °C (77-140 °F)	Плохая	Подвержена питтинговой коррозии
Кислоты	10-20	20-50 °C (68-122 °F)	Плохая	Не рекомендуется для кислых условий
Щелочи	5-10	20-50 °C (68-122 °F)	Умеренная	Умеренная устойчивость, но рекомендованы защитные меры

Сталь 1018 демонстрирует ограниченную коррозионную стойкость, особенно в условиях высокой влажности или при воздействии хлоридов и кислот. Она подвержена коррозии и питтинговой коррозии, особенно в морских или промышленных условиях. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, которые предлагают отличную коррозионную стойкость, сталь 1018 требует защитных покрытий или отделки для повышения своей прочности в коррозионных условиях.

Теплоустойчивость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Заметки
Макс. непрерывная рабочая темп.	400 °C	752 °F	Подходит для приложений с умеренными температурами
Макс. прерывистая рабочая темп.	500 °C	932 °F	Кратковременное воздействие более высоких температур
Температура растрескивания	600 °C	1112 °F	Риск растрескивания при повышенных температурах

При повышенных температурах сталь 1018 может сохранять свои механические свойства до определенного предела. Однако длительное воздействие высоких температур может привести к окислению и растрескиванию, что может повредить ее структурной целостности. Важно учитывать эти факторы при проектировании компонентов, которые будут работать в условиях высоких температур.

Свойства обработки

Свариваемость

Сварочный процесс	Рекомендуемый порошковый металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
MIG	ER70S-6	Смешанный аргоном + CO2	Хорошо для тонких секций
TIG	ER70S-2	Аргон	Чистые швы, низкая деформация
Электрод	E7018	-	Подходит для использования на улице

Сталь 1018 известна своей отличной свариваемостью, что делает ее подходящей для различных сварочных процессов. Для более толстых секций может потребоваться предварительный подогрев, чтобы избежать растрескивания. После сварки термическая обработка может улучшить свойства сварной зоны, уменьшая остаточные напряжения.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь 1018]	[AISI 1212]	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	70	100	1212 легче обрабатывать
Типичная скорость резания (Точение)	30-50 м/мин	60-80 м/мин	Настроить в зависимости от инструмента и настройки

Сталь 1018 обладает хорошей обрабатываемостью, что позволяет эффективно резать и формировать. Оптимальные условия включают использование острых инструментов и соответствующих скоростей резки для минимизации износа инструмента и достижения хорошей поверхности.

Формуемость

Сталь 1018 демонстрирует хорошую формуемость, позволяя проводить холодные и горячие формовочные процессы. Ее можно гнуть и формировать без значительного риска растрескивания, что делает ее подходящей для приложений, требующих сложных форм. Однако следует соблюдать осторожность с радиусами сгиба, чтобы избежать упрочнения.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 часа	Воздух	Улучшить пластичность и уменьшить жесткость
Закалка	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 минут	Масло или вода	Увеличить жесткость и прочность
Отпуск	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снизить хрупкость после закалки

Процессы термической обработки значительно влияют на микро структуру и свойства стали 1018. Отжиг улучшает пластичность, в то время как закалка увеличивает жесткость. Отпуск после закалки помогает снять напряжение и улучшить прочность.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни	Хорошая прочность, обрабатываемость	Экономически эффективный и надежный
Производство	Валы	Пластичность, свариваемость	Легкость в изготовлении
Строительство	Структурные компоненты	Умеренная прочность, формуемость	Универсальная и широко доступная

Другие применения стали 1018 включают:

• • Закрепляющие элементы
• • Части машин
• • Компоненты инструмента

Выбор стали 1018 для этих приложений в основном обусловлен ее балансом прочности, пластичности и легкостью в производстве, что делает ее идеальным материалом для широкого спектра инженерных нужд.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие соображения

Особенность/Свойство	Сталь 1018	AISI 1045	AISI 4140	Краткое замечание о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Высшая прочность	Высшая прочность	1045 предлагает лучшую прочность, 4140 - лучшую прочность на сжатие
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Умеренная	Хорошая	4140 обладает лучшей коррозионной стойкостью
Свариваемость	Отличная	Хорошая	Умеренная	4140 может требовать предварительного подогрева
Обрабатываемость	Хорошая	Умеренная	Плохая	1018 легче обрабатывать
Формуемость	Хорошая	Умеренная	Плохая	1018 можно легко формовать
Приблизительная относительная стоимость	Низкая	Умеренная	Высокая	1018 экономически эффективна для многих приложений
Типичное наличие	Высокое	Умеренное	Низкое	1018 широко доступна

При выборе стали 1018 учитываются такие факторы, как экономическая эффективность, доступность и конкретные механические свойства, необходимые для приложения. Ее отличная свариваемость и обрабатываемость делают ее предпочтительным выбором для многих производственных процессов. Однако для приложений, требующих более высокой прочности или коррозионной стойкости, альтернативные градации, такие как AISI 1045 или AISI 4140, могут быть более подходящими.

В заключение, сталь 1018 - это универсальная низкоуглеродистая сталь, которая предлагает баланс хороших механических свойств, простоты в производстве и экономичности, что делает ее популярным выбором в различных инженерных приложениях.