1080 Сталь: Свойства и основные применения объяснены
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь 1080 классифицируется как сталь средней углеродистости, в основном состоящая из железа с содержанием углерода примерно от 0,78% до 0,88%. Этот класс стали является частью классификационной системы AISI/SAE и известен своей отличной твердостью и прочностью, что делает его подходящим для различных применений. Основным легирующим элементом в стали 1080 является углерод, который существенно влияет на ее механические свойства, особенно на твердость и прочность на растяжение.
Комплексный обзор
Сталь 1080 характеризуется высоким содержанием углерода, что обеспечивает ей уникальное сочетание прочности, твердости и стойкости к износу. Этот класс стали часто используется в приложениях, требующих высокой прочности и ударной вязкости, например, в производстве инструментов, лезвий и пружин. Ее способность подвергаться термической обработке позволяет достигать широкого диапазона уровней твердости, что делает ее универсальной для различных инженерных приложений.
Преимущества стали 1080:
- Высокая твердость: Содержание углерода позволяет достигать высоких уровней твердости, что делает ее идеальной для режущих инструментов и приложений, устойчивых к износу.
- Хорошая прочность: Она проявляет отличную прочность на растяжение, что полезно в конструктивных приложениях.
- Подверженность термообработке: Сталь 1080 может подвергаться термообработке для улучшения ее механических свойств, что позволяет адаптироваться к специфическим требованиям применения.
Ограничения стали 1080:
- Хрупкость: При более высоких уровнях твердости сталь 1080 может стать хрупкой, что может привести к разрушению при ударной нагрузке.
- Подверженность коррозии: У нее отсутствует значительная стойкость к коррозии по сравнению с нержавеющими сталями, что требует защитных покрытий или обработок в коррозионных средах.
- Проблемы с сваркой: Высокое содержание углерода может усложнить процессы сварки, требует тщательного выбора материалов и методов сварки.
Исторически сталь 1080 использовалась в различных отраслях, особенно в производстве инструментов и автомобилестроении, благодаря своим благоприятным механическим свойствам. Ее рыночная позиция остается сильной, особенно в секторах, где необходимы высокопроизводительные материалы.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания/Комментарии |
---|---|---|---|
UNS | G10800 | США | Ближайший эквивалент AISI 1080 |
AISI/SAE | 1080 | США | Широко используется в производстве инструментов |
ASTM | A108 | США | Стандартное техническое условие для холоднотянутых стальных прутков |
EN | C75 | Европа | Аналогичные свойства, но с незначительными различиями в составе |
JIS | S45C | Япония | Сопоставимый класс с небольшими вариациями в содержании углерода |
В таблице выше перечислены различные стандарты и эквиваленты для стали 1080. Примечательно, что хотя такие классы, как C75 и S45C, аналогичны, они могут иметь небольшие различия в составе, которые могут повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, S45C может иметь немного более низкое содержание углерода, что может повлиять на ее твердость и устойчивость к износу.
Ключевые свойства
Химический состав
Элемент (Символ и название) | Диапазон (%) |
---|---|
C (Углерод) | 0.78 - 0.88 |
Mn (Марганец) | 0.60 - 0.90 |
P (Фосфор) | ≤ 0.04 |
S (Сера) | ≤ 0.05 |
Si (Кремний) | ≤ 0.40 |
Основным легирующим элементом в стали 1080 является углерод, который играет решающую роль в определении ее твердости и прочности. Марганец добавляется для улучшения закаливания и прочности на растяжение, в то время как фосфор и сера присутствуют в минимальных количествах, чтобы избежать хрупкости. Кремний может улучшить прочность и декарбонизацию при производстве стали.
Механические свойства
Свойство | Состояние/Тип термообработки | Типичное значение/Диапазон (метрические единицы) | Типичное значение/Диапазон (дюймовые единицы) | Справочный стандарт для испытательного метода |
---|---|---|---|---|
Прочность на растяжение | Отожженная | 620 - 850 МПа | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
Текучесть (0,2% смещение) | Отожженная | 350 - 600 МПа | 51 - 87 ksi | ASTM E8 |
Удлинение | Отожженная | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
Твердость (по Роквеллу C) | Закаленная и отпущенная | 50 - 60 HRC | 50 - 60 HRC | ASTM E18 |
Ударная прочность (по Шарпи) | -40°C | 20 - 30 Дж | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Механические свойства стали 1080 делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и ударной вязкости. Ее прочность на растяжение и текучесть указывают на ее способность выдерживать значительные нагрузки, в то время как значения твердости отражают ее стойкость к износу. Ударная прочность при низких температурах показывает ее работу в условиях динамической нагрузки.
Физические свойства
Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрические единицы) | Значение (дюймовые единицы) |
---|---|---|---|
Плотность | - | 7.85 г/см³ | 0.284 фунт/дюйм³ |
Температура плавления | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
Теплопроводность | 25°C | 50 Вт/м·К | 34.5 BTU·дюйм/ч·фут²·°F |
Удельная теплоемкость | 25°C | 0.49 кДж/кг·К | 0.12 BTU/фунт·°F |
Электрическое сопротивление | 20°C | 0.0006 Ом·м | 0.00001 Ом·дюйм |
Физические свойства стали 1080, такие как плотность и температура плавления, критически важны для приложений, связанных с высокотемпературными условиями. Теплопроводность указывает на ее способность рассеивать тепло, что имеет важное значение в механической обработке и инструментообразовании. Удельная теплоемкость актуальна для процессов, связанных с изменениями температуры, таких как термообработка.
Коррозионная стойкость
Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг стойкости | Примечания |
---|---|---|---|---|
Хлориды | 3-5 | 25°C/77°F | Удовлетворительная | Риск образованию питтинга |
Кислоты | 10 | 25°C/77°F | Плохая | Не рекомендуется |
Щелочные | 5-10 | 25°C/77°F | Удовлетворительная | Подвержена SCC |
Атмосферные | - | - | Хорошая | Требует защитного покрытия |
Сталь 1080 проявляет ограниченную стойкость к коррозии, особенно в кислых и богатых хлором средах. Она подвержена питтингу и коррозионным трещинам под напряжением (SCC) при воздействии хлоридов. В отличие от этого, классы, такие как 304 нержавеющая сталь, предлагают более высокую коррозионную стойкость, что делает их более подходящими для жестких условий.
Термостойкость
Свойство/Лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Замечания |
---|---|---|---|
Максимальная температура непрерывной эксплуатации | 300°C | 572°F | При превышении этих значений свойства ухудшаются |
Максимальная температура прерывистой эксплуатации | 400°C | 752°F | Только кратковременно |
Температура образования окалины | 600°C | 1112°F | Риск окисления при превышении этой температуры |
При повышенных температурах сталь 1080 может потерять свои механические свойства, особенно прочность и твердость. Не рекомендуется использовать в непрерывном режиме при температуре выше 300°C из-за потенциального ухудшения. Температура образования окалины указывает на то, где может произойти окисление, что требует защитных мер в высокотемпературных приложениях.
Свойства обработки
Свариваемость
Процесс сварки | Рекомендуемый filler metal (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Рекомендуется предварительный подогрев |
TIG | ER80S-D2 | Аргон | Необходимо последующее термическое лечение |
Сварка электродуговая | E7018 | - | Не идеальна для толстых участков |
Сталь 1080 создает сложности при сварке из-за высокого содержания углерода, что может привести к образованию трещин. Предварительный подогрев перед сваркой и последующая термическая обработка часто необходимы для уменьшения этих проблем. Выбор filler metal имеет решающее значение для обеспечения совместимости и минимизации дефектов.
Обрабатываемость
Параметр обработки | Сталь 1080 | AISI 1212 | Примечания/Советы |
---|---|---|---|
Относительный индекс обрабатываемости | 60% | 100% | Сталь 1080 сложнее обрабатывать |
Типичная скорость резания (токарная) | 25 м/мин | 50 м/мин | Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов |
Обрабатываемость стали 1080 умеренная, требующая тщательного выбора инструментов и параметров резания. Относительный индекс обрабатываемости указывает на то, что ее сложнее обрабатывать, чем стали с меньшим содержанием углерода, такие как AISI 1212. Оптимальные скорости резания и материалы инструментов могут повысить производительность.
Формуемость
Сталь 1080 не совсем подходит для обширных формовочных операций из-за высокого содержания углерода, что может привести к хрупкости. Холодная формовка возможна, но может потребовать тщательного контроля процесса, чтобы избежать трещин. Горячая формовка может быть выполнена при повышенных температурах для улучшения пластичности.
Термическая обработка
Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
---|---|---|---|---|
Отжиг | 700 - 800 / 1292 - 1472 | 1 - 2 часа | Воздух | Снизить твердость, улучшить пластичность |
Закалка | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 10 - 30 минут | Масло/вода | Повысить твердость |
Отпуск | 150 - 300 / 302 - 572 | 1 час | Воздух | Снизить хрупкость, улучшить ударную вязкость |
Процессы термической обработки значительно изменяют микроструктуру стали 1080, улучшая ее твердость и ударную вязкость. Закалка повышает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, позволяя достичь баланса свойств, подходящих для различных приложений.
Типичные приложения и конечные использования
Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора (кратко) |
---|---|---|---|
Автомобилеостроение | Листовые пружины | Высокая прочность, стойкость к усталости | Критично для несущих приложений |
Производство инструментов | Режущие инструменты | Твердость, стойкость к износу | Требуется для долговечности и производительности |
Аэрокосмическая отрасль | Компоненты landing gear | Высокая прочность, ударная вязкость | Критично для безопасности и надежности |
В автомобильном секторе сталь 1080 часто используется для листовых пружин благодаря своей высокой прочности и стойкости к усталости. В производстве инструментов ее твердость и стойкость к износу делают ее идеальной для режущих инструментов. Аэрокосмические приложения выигрывают от ее прочности и устойчивости, обеспечивая безопасность и надежность в критически важных компонентах.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
Особенность/Свойство | Сталь 1080 | AISI 4140 | AISI 1045 | Краткая примечание о плюсах/минусах или компромиссах |
---|---|---|---|---|
Ключевое механическое свойство | Высокая твердость | Хорошая прочность | Умеренная твердость | Сталь 1080 превосходит по твердости, 4140 - по прочности |
Ключевой аспект коррозии | Плохая | Удовлетворительная | Удовлетворительная | Сталь 1080 менее устойчива, чем легированные стали |
Свариваемость | Сложная | Умеренная | Хорошая | Сталь 1080 требует тщательных сварочных техник |
Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Хорошая | Сталь 1080 сложнее обрабатывать, чем более низкие сорта |
Формуемость | Ограниченная | Умеренная | Хорошая | Сталь 1080 менее формуемая из-за высокого содержания углерода |
Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Выше | Ниже | Стоимость варьируется в зависимости от легирующих элементов |
Типичная доступность | Обычная | Обычная | Обычная | Широко доступна в различных формах |
При выборе стали 1080 следует учитывать ее механические свойства, коррозионную стойкость и трудности при обработке. Хотя она предлагает высокую твердость и прочность, ее свариваемость и коррозионная стойкость могут ограничивать ее использование в некоторых приложениях. По сравнению с альтернативными классами, такими как AISI 4140 и AISI 1045, сталь 1080 наилучшим образом подходит для приложений, где критична твердость, в то время как другие классы могут быть предпочтительнее благодаря своей прочности и легкости обработки.
В заключение, сталь 1080 является универсальной сталью средней углеродистости с уникальными свойствами, которые делают ее подходящей для различных требовательных приложений. Ее сильные и слабые стороны должны быть тщательно оценены с учетом конкретных инженерных требований для обеспечения оптимальной работы.