Hiiliteräslevy on teräslevymateriaali, jonka ensisijaisena seosaineena on hiili. Sen ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi sen hiilipitoisuudesta, lämpökäsittelyprosessista ja mikrorakenteesta riippuen. Teollisuudessa laajalti käytettynä perusmateriaalina hiiliteräslevyn mekaaniset ominaisuudet, käsittelyominaisuudet ja korroosionkestävyys vaikuttavat suoraan sen soveltuvuuteen eri skenaarioissa. Tässä artikkelissa selitetään systemaattisesti hiiliteräslevyn suorituskykyominaisuudet mekaanisten ominaisuuksien, fysikaalisten ominaisuuksien, prosessointisuorituskyvyn ja sovellusalueiden näkökulmasta.
Mekaaniset ominaisuudet
Hiiliteräslevyn mekaaniset ominaisuudet ovat yksi sen tärkeimmistä teknisistä indikaattoreista, mukaan lukien ensisijaisesti lujuus, kovuus, sitkeys ja sitkeys.
1. Lujuus ja kovuus
Hiilipitoisuus on keskeinen hiiliteräslevyn lujuuteen ja kovuuteen vaikuttava tekijä. Matala-hiilisellä teräksellä (hiilipitoisuus enintään 0,25 %) on alhainen lujuus, mutta erinomainen sitkeys, joten se soveltuu muovausprosesseihin, kuten meistämiseen ja hitsaukseen. Keskikokoinen-hiiliteräs (hiilipitoisuus 0,25 %-0,60 %) voi merkittävästi lisätä lujuuttaan lämpökäsittelyn (kuten karkaisun ja karkaisun) avulla, ja sitä käytetään yleisesti mekaanisten osien valmistuksessa. Hiilipitoisella teräksellä (hiilipitoisuus > 0,60 %) on erittäin korkea kovuus mutta huono sitkeys, ja sitä käytetään pääasiassa korkeaa kulutuskestävyyttä vaativissa komponenteissa, kuten jousissa ja leikkuutyökaluissa.
2. Sitkeys
Sitkeys heijastaa materiaalin kykyä kestää iskukuormituksia. Matala-hiilisellä teräksellä on hienon raekoon ja karbidien tasaisen jakautumisen ansiosta yleensä hyvä lujuus matalassa-lämpötilassa. Korkea-hiiliteräs sen sijaan on alttiina haurasmurtumaan matalissa lämpötiloissa ja vaatii karkaisua sen sitkeyden parantamiseksi.
3. Muovisuus
Plastisuus viittaa materiaalin kykyyn kestää muodonmuutoksia rikkoutumatta. Vähähiilisellä-teräksellä on korkea venymä ja pinta-alan pieneneminen, joten se soveltuu sellaisiin prosesseihin kuin kylmätaivutus ja syväveto. Korkea-hiiliteräs sitä vastoin on vaikeampi työstää plastisesti, koska sillä on voimakas taipumus kovettua.
Fyysiset ominaisuudet
Hiiliteräslevyn fysikaalisia ominaisuuksia ovat tiheys, lämpölaajenemiskerroin, lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus. Nämä ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi sen käyttöön tietyissä ympäristöissä.
1. Tiheys ja lämpölaajeneminen
Hiiliteräslevyn tiheys on noin 7,85 g/cm³, sama kuin useimpien rakenneterästen. Sen lämpölaajenemiskerroin kasvaa lämpötilan myötä, mikä edellyttää lämpöjännityksen huomioon ottamista korkean lämpötilan käyttöolosuhteissa. Esimerkiksi lämpörasituksia on valvottava tarkasti kattilan ja paineastian suunnittelun aikana.
2.Lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus
Hiiliteräksellä on parempi lämmönjohtavuus kuin ruostumattomalla teräksellä, mutta alhaisempi kuin puhtaalla alumiinilla tai kuparilla. Se soveltuu laitteisiin, joilla on kohtalaiset lämmönvaihtovaatimukset. Sen sähkönjohtavuus on kuitenkin suhteellisen heikko, joten se ei sovellu käytettäväksi sähköjohtimena.
Prosessoitavuus
Hiiliteräslevyn prosessoitavuus määrää sen prosessoitavuuden, mukaan lukien ensisijaisesti hitsattavuus, työstettävyys ja muovattavuus.
1. Hitsattavuus
Matala-hiilinen teräs on alhaisen hiilipitoisuutensa vuoksi vähemmän altis halkeilulle hitsauksen aikana, ja siksi se on suositeltava materiaali hitsaukseen. Keski- ja korkea-hiiliteräkset vaativat hehkutusta hitsauksen jälkeen jäännösjännityksen poistamiseksi, muuten hitsi voi haurastua.
2. Koneistettavuus
Korkean kovuuden vuoksi keski{0}}- ja korkea-hiiliteräkset kuluvat nopeasti työkalun leikkaamisen aikana, mutta oikea lämpökäsittely (kuten normalisointi) voi optimoida niiden leikkaustehoa. Vähähiilinen teräs taas on altis työkalujen tarttumiseen korkean plastisuuden vuoksi, mikä edellyttää elementtien, kuten rikin, lisäämistä sen työstettävyyden parantamiseksi.
3. Muovattavuus
Vähähiilisestä-teräksestä voidaan muotoilla monimutkaisia muotoja prosessien, kuten kylmävalssauksen, leimaamisen ja taivutuksen, avulla, ja sitä käytetään laajalti auto-, rakennus- ja kodinkoneteollisuudessa. Korkean -hiiliteräksen muodonmuutoskestävyyden vuoksi se muodostuu tyypillisesti kuumatyöstöllä.
4. Korroosionkestävyys
Hiiliteräslevyillä on yleensä huono korroosionkestävyys, ja ne ovat erityisen herkkiä ruosteelle kosteissa tai syövyttävissä väliaineissa. Sen korroosionkestävyyteen vaikuttavat ensisijaisesti pintaolosuhteet ja ympäristötekijät. Suojaamattoman hiiliteräslevyn pitkäaikainen altistuminen ulkona voi aiheuttaa oksidihilseilyn hilseilemisen, mikä kiihdyttää korroosiota. Korroosionkestävyyden parantamiseksi käytetään usein pintakäsittelyjä, kuten galvanointia, maalausta tai seostamista (kuten kromin tai nikkelin lisäämistä).
Sovellukset
Hiiliteräslevyä käytetään monipuolisten ominaisuuksiensa vuoksi laajasti seuraavilla alueilla:
•Rakennus ja sillat: Matala{0}}hiilistä terästä käytetään teräsrakenneosissa, kuten palkkeissa, pilareissa ja lattialaatoissa.
•Koneet: Keskikokoista-hiiliterästä käytetään-kantavissa komponenteissa, kuten hammaspyörissä ja akseleissa;
•Autoteollisuus: Vähähiilistä{0}}terästä käytetään korin meistämiseen, kun taas korkeahiilistä terästä käytetään jousiin.
•Energialaitteet: Kattilat ja paineastiat käyttävät tietyn lujuusluokan hiiliteräslevyjä;
•Työkalujen valmistus:{0}}hiiliterästä käytetään työkaluissa, muoteissa ja muissa sovelluksissa.
Johtopäätös
Hiiliteräslevyn ominaisuudet määräytyvät sen kemiallisen koostumuksen ja käsittelytekniikan perusteella. Hiilipitoisuutta ja lämpökäsittelytapaa säätämällä se pystyy vastaamaan erilaisten teollisten skenaarioiden tarpeisiin. Suhteellisen heikosta korroosionkestävyydestään huolimatta hiiliteräslevy on erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa ja alhaisten kustannustensa ansiosta korvaamaton perusmateriaali nykyaikaisessa valmistuksessa. Tulevaisuudessa materiaalitieteen edistymisen myötä hiiliteräslevyn kokonaisvaltaista suorituskykyä optimoidaan entisestään, mikä laajentaa sen käyttöä huippuluokan laitteiden valmistuksessa.
