Литой углеродистый сталь: свойства и основные применения

Отливочный углеродистый Stahl - это категория сталей, характеризующаяся высоким содержанием углерода и методом производства, который включает отливку расплавленного металла в формы. Этот класс стали в основном классифицируется как низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь, в зависимости от содержания углерода, которое обычно колеблется от 0,05% до 0,30%. Основным легирующим элементом в отливочном углеродистом стали является углерод (C), который значительно влияет на его твердость, прочность и пластичность. Другие элементы могут включать марганец (Mn), кремний (Si) и небольшие количества серы (S) и фосфора (P), которые могут влиять на механические свойства и характеристики стали.

Всеобъемлющий обзор

Отливочный углеродистый Stahl известен своей отличной обрабатываемостью и сварочными свойствами, что делает его популярным выбором в различных инженерных приложениях. Его значительные характеристики включают хорошую прочность на растяжение, износостойкость и возможность термической обработки для улучшения его свойств. Природные свойства отливочного углеродистого Stahl позволяют использовать его в приложениях, где прочность и долговечность имеют первостепенное значение.

Преимущества отливочного углеродистого Stahl:
- Высокая прочность: Обеспечивает хорошую прочность на растяжение и текучесть, что делает его подходящим для конструктивных приложений.
- Экономичность: Как правило, менее дорогой, чем легированные стали и нержавеющие стали.
- Универсальность: Легко отливается в сложные формы, что уменьшает необходимость в обширной механической обработке.

Ограничения отливочного углеродистого Stahl:
- Подверженность коррозии: Подвержен ржавлению и коррозии, если не обработан или не покрыт должным образом.
- Низкая прочность: По сравнению с легированными сталями, может проявлять более низкую прочность, особенно при низких температурах.
- Ограниченная прочность при высоких температурах: Не идеален для приложений, требующих стойкости к высоким температурам.

Исторически отливочный углеродистый Stahl сыграл важную роль в развитии промышленного оборудования и инфраструктуры, широко применяясь в производстве компонентов, таких как шестерни, валы и рамы.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	C10, C20, C30	США	Ближайшие эквиваленты для низко и среднеуглеродистых сталей
AISI/SAE	1020, 1045	США	Незначительные различия в составе; 1020 - низкоуглеродистая, 1045 - среднеуглеродистая
ASTM	A216	США	Спецификация для отливок углеродной стали
EN	1.0402, 1.0503	Европа	Эквивалентные классы для низко и среднеуглеродистых отливок стали
DIN	G20Mn5, G40Mn2	Германия	Обозначения для отливок углеродистых сталей со специфическим содержанием марганца
JIS	SCW 40	Япония	Японский стандарт для отливок углеродной стали

Различия между эквивалентными классами могут значительно повлиять на характеристики. Например, хотя AISI 1020 и 1045 часто считаются схожими, более высокое содержание углерода в 1045 обеспечивает улучшенную твердость и прочность, что делает его более подходящим для приложений, требующих улучшенных механических свойств.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Наименование)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.05 - 0.30
Mn (Марганец)	0.30 - 0.90
Si (Кремний)	0.10 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.04
S (Сера)	≤ 0.05

Основная роль углерода в отливочном углеродистом Stahl - улучшение твердости и прочности через сопротивление фазового превращения и формирование карбидов. Марганец улучшает закаляемость и прочность на растяжение, в то время как кремний действует как деоксидант и может улучшать стойкость стали к окислению.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (имперские единицы)	Ссылка на стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	370 - 480 МПа	54 - 70 ksi	ASTM E8
Предел текучести (0.2% смещение)	Отожженная	210 - 310 МПа	30 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (Бринелль)	Отожженная	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
Ударная прочность	Charpy V-образный, -20°C	20 - 40 Дж	15 - 30 фунт-фут	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает отливочный углеродистый Stahl подходящим для приложений, которые требуют хорошей прочности и пластичности, таких как конструктивные компоненты и детали машин. Его способность к термической обработке еще больше улучшает его характеристики в сложных условиях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	Температура окружающей среды	7.85 г/см³	490 lb/ft³
Температура/Диапазон плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Температура окружающей среды	50 Вт/м·К	29 BTU·дюйм/(ч·ф²·°F)
Удельная теплоемкость	Температура окружающей среды	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Температура окружающей среды	0.00001 Ω·м	0.00001 Ω·дюйм

Плотность отливочного углеродистого Stahl способствует его прочности, в то время как высокая теплопроводность важна для приложений, связанных с передачей тепла. Удельная теплоемкость указывает на то, сколько энергии требуется для повышения температуры, что важно в термических приложениях.

Стойкость к коррозии

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Атмосферные	Вариабельно	При комнатной температуре	Удовлетворительная	Подвержен ржавчине без защиты
Хлориды	Вариабельно	При комнатной температуре	Плохая	Риск пitting коррозии
Кислоты	Вариабельно	При комнатной температуре	Не рекомендуется	Высокая подверженность
Щелочные	Вариабельно	При комнатной температуре	Удовлетворительная	Умеренная стойкость

Отливочный углеродистый Stahl демонстрирует удовлетворительную стойкость к атмосферной коррозии, но подвержен ржавлению, если не покрыт или не обслуживается должным образом. В хлорных средах он подвержен пitting, в то время как воздействие кислот может привести к быстрому разрушению. По сравнению с нержавеющими сталями коррозионная устойчивость отливочного углеродистого Stahl значительно ниже, что делает его менее подходящим для морских или химических приложений.

Теплоустойчивость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура постоянной эксплуатации	400 °C	752 °F	За пределами этого значения свойства могут ухудшаться
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	500 °C	932 °F	Только кратковременное воздействие
Температура корки	600 °C	1112 °F	Риск окисления при этой температуре
Учет прочности при ползучести	300 °C	572 °F	Начинает терять прочность

При повышенных температурах отливочный углеродистый Stahl может подвергаться окислению и потере механических свойств. Максимальная температура постоянной эксплуатации указывает на верхний предел для длительного воздействия, в то время как температура корки подчеркивает риск деградации поверхности.

Технологические свойства

Сварочные свойства

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/поток	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон/CO2	Хорошо для тонких участков
TIG	ER70S-2	Аргон	Высококачественные сварки
Электродуговая сварка	E7018	Н/Д	Подходит для более толстыми секциями

Отливочный углеродистый Stahl обычно считается хорошо свариваемым, особенно с правильными наполняющими металлами. Предварительный нагрев может потребоваться для более толстых участков, чтобы избежать трещин, а термообработка после сварки может повысить целостность сварного шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Отливочный углеродистый Stahl	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	70	100	Хорошая обрабатываемость, но варьируется в зависимости от содержания углерода
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	30-50 м/мин	60-80 м/мин	Настроить в зависимости от инструмента и настройки

Отливочный углеродистый Stahl предлагает хорошую обрабатываемость, особенно в низкоуглеродистых классах. Оптимальные скорости резания и инструменты могут улучшить производительность, а более высокое содержание углерода может требовать более прочных инструментов из-за повышения твердости.

Формуемость

Отливочный углеродистый Stahl может быть сформирован как холодными, так и горячими процессами. Холодная формовка подходит для тонких секций, в то время как горячая формовка предпочтительнее для более толстых материалов. Материал демонстрирует работу на упрочнение, что может повлиять на радиусы изгиба и границы формовки.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температуры (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Смягчение, улучшенная пластичность
Закалка	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 минут	Масло или вода	Закалка, увеличение прочности
Отпуск	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение прочности

Процессы термической обработки значительно изменяют микроструктуру отливочного углеродистого Stahl, улучшая его механические свойства. Отжиг смягчает материал, в то время как закалка увеличивает твердость. Отпуск важен для снятия напряжений и улучшения прочности.

Типичные применения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Блоки двигателей	Высокая прочность, хорошая обрабатываемость	Долговечность и производительность
Строительство	Структурные балки	Высокая прочность на растяжение, свариваемость	Нагрузочные приложения
Машиностроение	Коробки передач	Износостойкость, прочность	Надежность при нагрузках
Нефть и газ	Компоненты трубопроводов	Коррозионная стойкость, прочность	Безопасность и целостность

Другие применения включают:
* - Компоненты тяжелой техники
* - Сельскохозяйственное оборудование
* - Инструменты и приспособления

Отливочный углеродистый Stahl выбирается для этих применений благодаря своему сочетанию прочности, обрабатываемости и экономичности, что делает его подходящим для широкого спектра промышленных применений.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие наблюдения

Особенность/Свойство	Отливочный углеродистый Stahl	AISI 4140	Нержавеющая сталь 304	Краткое примечание о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Хорошая прочность на растяжение	Более высокая прочность	Низкая прочность	4140 предлагает лучшую прочность, но по более высокой цене
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительная стойкость	Хорошая стойкость	Отличная стойкость	Нержавеющая сталь превосходит в коррозионных средах
Свариваемость	Хорошая	Удовлетворительная	Отличная	Нержавеющая сталь требует специальных техник
Обрабатываемость	Хорошая	Удовлетворительная	Плохая	Отливочный углеродистый Stahl легче обрабатывается
Формуемость	Хорошая	Удовлетворительная	Плохая	Нержавеющая сталь менее формуемая
Приблизительная относительная стоимость	Низкая	Средняя	Высокая	Стоимость является значительным фактором выбора
Типичная доступность	Высокая	Средняя	Высокая	Отливочный углеродистый Stahl широко доступен

При выборе отливочного углеродистого Stahl учитываются такие факторы, как экономическая эффективность, доступность и специфические требования приложения. Хотя он предлагает хорошие механические свойства и обрабатываемость, его подверженность коррозии может потребовать защитных покрытий или обработок в определенных условиях. Понимание компромиссов между отливочным углеродистым Stahl и альтернативными материалами имеет решающее значение для оптимального выбора материалов в инженерных приложениях.