- 12月 30, 2022
低碳鋼是由鐵和碳結(jié)合而成的鋼。由于鐵的存在,它具有良好的磁性。低碳鋼不是合金鋼。由于存在更多的碳,它的化學(xué)成分與其他元素或其他鋼有很大的不同,因?yàn)榈吞间摼哂辛己玫谋砻尜|(zhì)量,你可以通過(guò)不同的方式增加其表面硬度。讓我們進(jìn)一步了解這種材料。
什么是低碳鋼?
鋼的主要成分是鐵。根據(jù)碳含量的不同,有低碳鋼(也叫低碳鋼或普通碳鋼)、中碳鋼和高碳鋼。
下圖顯示了這三種鋼的區(qū)別和特點(diǎn)。
名稱 | 碳含量 (wt. %) | 微觀結(jié)構(gòu) | 特征 |
低碳鋼(低碳鋼) | 小于 0.25 | 珠光體、鐵素體 | 柔軟、便宜、延展性好、易于加工和焊接 |
中碳鋼 | 0.25 至 0.60 | 馬氏體 | 適度的延展性、硬度、強(qiáng)度和不易硬化 |
高碳鋼(碳素工具鋼) | 0.60 至 1.25 | 珠光體 | 非常堅(jiān)硬、堅(jiān)固、不屈服、難以加工和焊接 |
從上圖來(lái)看,低碳鋼是一種含有0.05%-0.25%碳的鋼種。由于其可塑性和延展性,該材料易于成型和加工。低碳鋼零件一般非常適用于沖壓、鍛造。低碳鋼被廣泛用于工具、汽車車身部件、建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。
低碳鋼是如何制造的?
低碳鋼的制造工藝與其他碳鋼的制造工藝相似。這些工藝隨著時(shí)間的推移一直在變化,目前比以前更有效率,更便宜。在現(xiàn)代制造工藝中,用純鐵或鐵礦石生產(chǎn)低碳鋼時(shí)涉及三個(gè)主要步驟。
1. 初級(jí)煉鋼
在這個(gè)過(guò)程中,鐵與煤和石灰混合,在高爐中加熱。 現(xiàn)代初級(jí)煉鋼使用現(xiàn)代爐子,如堿性氧氣爐或電弧爐。一般從電弧爐出來(lái)的鋼件質(zhì)量很高。
2. 二次煉鋼
二次煉鋼的目的主要是將碳含量降低到所需程度,并添加其他合金元素以改善鋼的性能。這一步驟主要是控制和監(jiān)測(cè)熱處理和爐子的冷卻。
3. 鑄造和初級(jí)成型
爐內(nèi)的鋼一達(dá)到規(guī)定的含碳量,機(jī)械性能提高到一定程度,就將鋼倒入模具中,這叫鑄造,也有人說(shuō)鑄鐵,這是不對(duì)的。在此過(guò)程中,液態(tài)鋼將固化并形成各種幾何形狀。這些晶體結(jié)構(gòu)的鑄鋼隨后將被切割成更小形狀的零件。
鑄鋼有很多缺陷。采用一種稱為熱軋的初級(jí)成型工藝。熱軋后,鋼獲得更多的強(qiáng)度、延展性、可焊性等。
4. 二次成型
一般來(lái)說(shuō),有一個(gè)二次成型工藝,如數(shù)控加工、冷軋、粉末涂層、表面硬化或電鍍,以進(jìn)一步改善低碳鋼零件的機(jī)械和化學(xué)性能或美學(xué)效果。在這些過(guò)程中,適當(dāng)?shù)貞?yīng)用了金屬涂層,例如鋅涂層或任何其他類型的碳鋼。
低碳鋼的力學(xué)性能
低碳鋼的碳含量低于其他碳鋼。低碳鋼的碳含量?jī)H為 0.25%。
低碳鋼具有良好的沖擊強(qiáng)度、良好的延展性和可焊性以及冷成型的可能性。憑借這些特性,數(shù)控加工低碳鋼比數(shù)控加工其他類型的鋼更容易。
低碳鋼的主要缺點(diǎn)是它的抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低,這意味著它比其他類型的鋼更容易斷裂。
幸運(yùn)的是,可以使用一種稱為滲碳的熱處理工藝來(lái)提高抗拉強(qiáng)度。滲碳是將低碳鋼加熱到一定溫度然后冷卻鋼的表面硬化工藝,使鋼在保持鋼芯柔軟和延展性的同時(shí)使鋼在表面硬化。
低碳鋼的應(yīng)用
低碳鋼被廣泛使用。典型應(yīng)用包括普通五金工具、炊具、醫(yī)療器械、機(jī)械、建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等。
1. 建筑和基礎(chǔ)設(shè)施
低碳鋼在建筑項(xiàng)目中的建筑框架具有良好的抗拉強(qiáng)度。它符合抗震和抗風(fēng)的要求,不能被蟲(chóng)子破壞,而且低碳鋼具有抗侵蝕性和阻燃性,非常適合在建筑中使用。
2. 機(jī)械
低碳鋼的高強(qiáng)度、延展性和硬度使其成為機(jī)械配件制造的首選。由于碳含量低,這種鋼可以被加工、切割、壓制、成型,而不會(huì)斷裂。
3. 炊具
由于碳含量非常低,低碳鋼不會(huì)生銹,使炊具長(zhǎng)時(shí)間保持清潔和鋒利。低碳鋼比其他材料更耐熱,可用作不粘材料,比鋁炊具更健康。
4. 管道
由于低碳鋼具有極強(qiáng)的延展性,因此在人們制作各種管道和電線桿時(shí),用低碳鋼制成的管道非常受歡迎。低碳鋼可作為食品安全材料,因此非常適合在鋼管中輸送水、飲料和天然氣。此外,由于其低碳含量,戶外使用的管道在惡劣的環(huán)境中不會(huì)生銹和寒冷的天氣。與塑料管相比,低碳鋼管更環(huán)保,使用壽命更長(zhǎng)。它也可以切割成矩形。
低碳鋼使用案例
AISI 316L的碳含量很低,只有0.03%,是非常普遍使用的典型低碳鋼。在多年來(lái)與各公司打交道的過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)醫(yī)療儀器公司都喜歡使用這種材料。要制作原型或定制小批量鋼制零件,CNC 加工通常是第一選擇。CNC 加工的 316L 鋼零件通常不需要表面處理或任何熱處理工藝。CNC 低碳鋼零件可用作最終產(chǎn)品,而不僅僅是原型。其他常見(jiàn)產(chǎn)品如釣魚(yú)工具也大量使用AISI 316L。
低碳鋼CNC加工和小批量生產(chǎn)
為什么人們經(jīng)常抱怨鋼很難數(shù)控加工?鋼的切削加工性主要取決于其碳含量。高碳鋼難以加工主要是因?yàn)樗鼈兊牟磺匦约由蟽?nèi)應(yīng)力。
然而,低碳鋼也很難加工,因?yàn)樗鼈兲浟恕NC加工過(guò)程中出現(xiàn)的切屑往往會(huì)粘住并堆積,這會(huì)導(dǎo)致清理切屑的時(shí)間更長(zhǎng),并可能損壞刀具。易于加工的理想碳含量約為 0.20%。
例如,一些低碳鋼太軟,會(huì)導(dǎo)致積屑問(wèn)題。我們有時(shí)會(huì)使用一種方法:首先對(duì)軟鋼進(jìn)行表面硬化。使低碳鋼在外部硬化,鋼的內(nèi)部保持柔軟,從而解決積屑問(wèn)題,并且由于鋼的芯部仍然柔軟,當(dāng)加工過(guò)程中產(chǎn)生的外部應(yīng)力被施加在材料上時(shí),低碳鋼的柔軟性或延展性仍然會(huì)吸收應(yīng)力,使零件無(wú)法斷裂。
對(duì)于低碳鋼零件的短期生產(chǎn),CNC 加工是必經(jīng)之路。CNC加工所用的低碳鋼材料就是我們所說(shuō)的“塊材”,質(zhì)量好,價(jià)格合理。與鑄造和成型相比,CNC 加工速度非???。對(duì)于鑄造和成型來(lái)說(shuō),制作模具投入的時(shí)間和成本都很大。對(duì)于短線生產(chǎn)或低量生產(chǎn)的低碳鋼零件,總成本通常比鑄造和模壓要便宜得多,因?yàn)槟悴恍枰谱髂>摺?/p>
低碳鋼長(zhǎng)期生產(chǎn):鑄造和成型
如果要生產(chǎn)大批量的低碳鋼零件,常用的方法叫做鑄造。金屬注射成型(MIM)與塑料注射成型類似,是將液態(tài)的金屬注入模具中,液態(tài)金屬將在模具中固化。鋼件從模具中脫模后,粗略成型。有一些后處理工藝可進(jìn)一步提高成型零件的美觀性。
與塑料注射成型一樣,在設(shè)計(jì)MMI模具和零件時(shí),設(shè)計(jì)師必須考慮拔模角度、脫模、收縮、公差等問(wèn)題。
結(jié)論
低碳鋼的碳含量低于0.25。由于其特性,低碳鋼被廣泛用于幾乎所有行業(yè)。制作低碳鋼原型或小批量生產(chǎn)級(jí)零件的常用方法是通過(guò)數(shù)控加工。對(duì)于大批量的產(chǎn)品,金屬注射成型和鑄造是一種更可行的方式。
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