1090 сталь: свойства и ключевые применения

Сталь 1090 классифицируется как сталь со средним содержанием углерода, состоящая в основном из железа с содержанием углерода около 0,90%. Этот сорт стали относится к классификационной системе AISI/SAE и известен своей высокой прочностью и твердостью, что делает его подходящим для различных инженерных применений. Основным легирующим элементом в стали 1090 является углерод, который существенно влияет на ее механические свойства, особенно на прочность на разрыв и твердость.

Всеобъемлющий обзор

Сталь 1090 характеризуется отличной стойкостью к износу и способностью закаляться с помощью термообработки. Содержание углерода позволяет достичь тонкого баланса между прочностью и塑ичностью, что делает ее универсальным материалом для применения, требующего высокой прочности и жесткости.

Преимущества:
- Высокая прочность и твердость: Повышенное содержание углерода обеспечивает превосходную прочность на разрыв и твердость по сравнению с сталями с низким содержанием углерода.
- Хорошая стойкость к износу: Идеально подходит для применения, где критична стойкость к абразиву.
- Поддается термообработке: Может быть закалена при помощи закалки и нормализации, что улучшает ее механические свойства.

Ограничения:
- Сниженная塑ичность: Высокое содержание углерода может привести к хрупкости, особенно в закаленном состоянии.
- Проблемы с сваркой: Сталь 1090 может быть трудно сваривать из-за содержания углерода, что может привести к трещинам.
- Уязвимость к коррозии: Она более подвержена коррозии, чем стали с низким содержанием углерода, что требует защитных покрытий в определенных условиях.

Исторически сталь 1090 использовалась в различных приложениях, включая автозапчасти, инструменты и детали машин, благодаря своим благоприятным механическим свойствам. Ее рыночная позиция заметна в отраслях, требующих материалов высокой производительности, хотя она менее распространена, чем другие сорта, такие как сталь 1045 или 1080.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Наименование/Класс	Страна/Регион происхождения	Комментарии/Замечания
UNS	G10900	США	Ближайший эквивалент AISI 1090
AISI/SAE	1090	США	Сталь со средним содержанием углерода и высоким содержанием углерода
ASTM	A108	США	Стандартная спецификация для холоднокатаных углеродных стальных прутков
EN	C90E	Европа	Незначительные составные различия, о которых стоит знать
JIS	S45C	Япония	Схожие свойства, но с другими легирующими элементами

В таблице выше представлены различные стандарты и эквиваленты для стали 1090. Обратите внимание, что хотя S45C схож, он может содержать другие легирующие элементы, которые могут повлиять на характеристики в конкретных применениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.85 - 0.95
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.04
S (Сера)	≤ 0.05

Основным легирующим элементом в стали 1090 является углерод, который повышает твердость и прочность. Марганец способствует закаляемости и улучшает прочность, в то время как кремний помогает в декарбонизации во время производства стали. Фосфор и сера поддерживаются на низком уровне для сохранения пластичности и предотвращения хрупкости.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая)	Типичное значение/Диапазон (империал)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на разрыв	Отожженная	Температура комнаты	620 - 850 МПа	90 - 123 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (с отступлением 0,2%)	Отожженная	Температура комнаты	350 - 600 МПа	51 - 87 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Температура комнаты	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Закаленная и нормализованная	Температура комнаты	50 - 60 HRC	50 - 60 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленная и нормализованная	-20 °C	30 - 50 Дж	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства стали 1090 делают ее подходящей для применения, требующего высокой прочности и жесткости. Сочетание прочности на разрыв и предельной прочности указывает на ее способность выдерживать значительные нагрузки, в то время как значения твердости предполагают отличную стойкость к износу.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическое)	Значение (империал)
Плотность	Температура комнаты	7.85 г/см³	0.284 lb/in³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Температура комнаты	45 Вт/м·К	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Удельная теплоемкость	Температура комнаты	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/lb·°F
Коэффициент теплового расширения	Температура комнаты	11.5 x 10⁻⁶/К	6.4 x 10⁻⁶/°F

Плотность стали 1090 показывает ее значительную массу, что способствует ее прочности. Температура плавления относительно высокая, что позволяет ей сохранять структурную целостность при повышенных температурах. Теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с теплопередачей.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Комментарии
Атмосферный	-	-	Удовлетворительный	Риск ржавления без защиты
Хлориды	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Плохая	Подверженность питтинговой коррозии
Кислоты	10-20	Температура комнаты	Плохая	Не рекомендуется для кислых сред
Щелочные	5-10	Температура комнаты	Удовлетворительная	Умеренная стойкость, но необходимы защитные меры

Сталь 1090 обладает средней коррозионной стойкостью, особенно в атмосферных условиях. Однако она подвержена питтинговой коррозии в хлоридных средах и не должна использоваться в кислых приложениях. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, коррозионная стойкость стали 1090 значительно ниже, что требует защитных покрытий или отделок в коррозионных условиях.

Тепловая стойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Комментарии
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	300 °C	572 °F	Сверх этого свойства ухудшаются
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	400 °C	752 °F	Только краткосрочное воздействие
Температура окисления	600 °C	1112 °F	Риск окисления при этой температуре

При повышенных температурах сталь 1090 сохраняет свою прочность, но может начать терять твердость и жесткость. Окисление может происходить при высоких температурах, приводя к образованию окалины, что может повлиять на целостность поверхности.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Комментарии
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный нагрев
TIG	ER70S-2	Аргон	Требуется термообработка после сварки

Сварка стали 1090 может быть сложной задачей из-за высокого содержания углерода, что может привести к трещинам. Рекомендуется предварительный нагрев перед сваркой и термообработка после сварки для снижения этих проблем.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 1090	AISI 1212	Комментарии/Советы
Индекс обрабатываемости	60	100	1212 легче обрабатывать
Типичная скорость резания (точение)	30-50 м/мин	60-80 м/мин	Регулировать в зависимости от инструмента

Сталь 1090 обладает умеренной обрабатываемостью. Для достижения лучших результатов следует использовать оптимальные скорости резания и инструменты, так как она может быстро упрочняться при обработке.

Формуемость

Сталь 1090 менее формуемая, чем стали с низким содержанием углерода, из-за более высокого содержания углерода. Холодная формовка возможна, но может потребовать больше усилий и привести к упрочнению. Горячая формовка более осуществима, что позволяет лучше формировать без ущерба для целостности материала.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 часа	Воздух	Упрощение, улучшение пластичности
Закалка	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 минут	Масло или вода	Закалка
Нормализация	200 - 600 °C / 392 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение жесткости

Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру стали 1090. Закалка повышает твердость, в то время как нормализация необходима для снижения хрупкости и повышения жесткости.

Типичные приложения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Автомобильная	Валы приводов	Высокая прочность, стойкость к износу	Долговечность под нагрузкой
Инструментальная	Станочные инструменты	Твердость, сохранение остроты	Долговечность производительности
Машиностроение	Шестерни	Жесткость, усталостная стойкость	Надежность в эксплуатации

Другие приложения включают:
- Валы и оси в машинах
- Клапаны пружин
- Высокопрочные крепежные изделия

Сталь 1090 выбирается для этих приложений благодаря своей способности выдерживать высокие нагрузки и износ, что делает ее идеальной для компонентов, требующих долговечности и производительности.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Характеристика/Свойство	Сталь 1090	AISI 1045	AISI 1080	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая прочность	1090 предлагает лучшую твердость, чем 1045
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительный	Удовлетворительный	Плохая	1090 менее устойчива к коррозии, чем 1080
Сварка	Сложная	Умеренная	Плохая	1045 легче сваривать, чем 1090
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Плохая	1045 легче обрабатывать, чем 1090
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Низкая	Умеренная	Стоимость варьируется в зависимости от рыночного спроса
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Умеренная	1045 более распространена

При выборе стали 1090 следует учитывать ее механические свойства, возможность коррозии и трудности при обработке. Хотя она предлагает высокую прочность и стойкость к износу, ее сварка и обрабатываемость могут ограничить ее использование в некоторых приложениях. Понимание этих компромиссов имеет важное значение для инженеров и проектировщиков при выборе материалов для проектов.

В заключение, сталь 1090 является прочной сталью со средним содержанием углерода с явными преимуществами и ограничениями. Ее применение охватывает различные отрасли, что делает ее ценным материалом для компонентов высокой производительности.