Περιεκτικότητα σε Άνθρακα και Ιδιότητες Χάλυβα: Η Κλίμακα Άνθρακα

Η κλίμακα με μια ματιά

Carbon band	Character	Typical uses
Very low — under 0.10%	Μαλακός, εξαιρετικά μορφοποιήσιμος, συγκολλάται χωρίς προφυλάξεις	Φύλλα βαθιάς εξέλασης, ταινίες, σύρμα, πριτσίνια· οι χάλυβες χωρίς διάκενα (IF) βρίσκονται στο κάτω μέρος αυτής της ζώνης
Low — 0.10–0.25%	Ο συγκολλήσιμος δομικός εργάτης: καλή ολκιμότητα, μέτρια αντοχή, περιορισμένη απόκριση σκλήρυνσης	Δομικές διατομές και πλάκες (περιοχή S235–S355), σωλήνες, γενική κατασκευή
Medium — 0.25–0.60%	Αποκρίνεται έντονα στη βαφή και την επαναφορά· η ζώνη μηχανημάτων	Άξονες, γρανάζια, άξονες τροχών: C45/1045 σε περίπου 0.45%, 4140 σε περίπου 0.40%
High — 0.60–1.00%	Ελατήρια, εξαρτήματα φθοράς και κοπτικές ακμές· η συγκόλληση γίνεται εξειδικευμένη διαδικασία	Χάλυβες ελατηρίων (περίπου 0.5–0.8%), χάλυβες σιδηροτροχιών, συρματόσχοινα, μαχαίρια
Very high — over 1.00%	Μέγιστος όγκος καρβιδίων και σκληρότητα ως βαμμένη· εύθραυστος χωρίς προσεκτική επαναφορά	Χάλυβες εργαλείων και μητρών (ο D2 φέρει περίπου 1.5%), λίμες, δακτύλιοι ρουλεμάν σε περίπου 1.0%

Τι ελέγχει ο άνθρακας

Ανώτατο όριο σκληρότητας. Ο άνθρακας θέτει τη μέγιστη σκληρότητα που μπορεί να φτάσει ένας χάλυβας όταν βαφεί πλήρως. Η σχέση είναι απότομη στην αρχή, στη συνέχεια κορεσμένη: ένας χάλυβας με περίπου 0.20% carbon φτάνει περίπου 45 HRC το πολύ, ενώ ένας με περίπου 0.60% carbon μπορεί να φτάσει στα μέσα της δεκαετίας του 60 HRC. Πέρα από περίπου 0.6–0.8%, ο επιπλέον άνθρακας προσθέτει καρβίδια ανθεκτικά στη φθορά παρά υψηλότερη σκληρότητα.

Το βάθος σκλήρυνσης είναι διαφορετικό ερώτημα. Το πόσο βαθιά διεισδύει αυτή η σκληρότητα — η βαφή — αγοράζεται με μαγγάνιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο ή ίχνη βορίου, όχι με άνθρακα. Η σύγχυση των δύο είναι ένα κλασικό σφάλμα προδιαγραφής: ένας απλός χάλυβας υψηλού άνθρακα μπορεί ακόμη να μαλακώσει λίγα χιλιοστά κάτω από την επιφάνεια μιας παχιάς διατομής.

Η συγκολλησιμότητα κινείται αντίθετα. Καθώς ο άνθρακας αυξάνεται, η θερμικά επηρεασμένη ζώνη σκληραίνει περισσότερο και ρωγματώνεται πιο εύκολα. Η βιομηχανία το εκφράζει με το ισοδύναμο άνθρακα, συνηθέστερα τον τύπο IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Οι χάλυβες με χαμηλό CE συγκολλούνται ελεύθερα· καθώς το CE ανεβαίνει πάνω από περίπου 0.40–0.45, η προθέρμανση, η ελεγχόμενη εισροή θερμότητας και η πρακτική χαμηλού υδρογόνου γίνονται απαραίτητες — γι' αυτό οι δομικές ποιότητες περιορίζουν τον άνθρακα καλά μέσα στη χαμηλή ζώνη.

Η σκληρότητα και η ολκιμότητα μειώνονται σταθερά ανεβαίνοντας την κλίμακα: η επιμήκυνση και η ενέργεια κρούσης σε δεδομένη αντοχή είναι υψηλότερες στις ζώνες χαμηλού άνθρακα και οι χάλυβες υψηλού άνθρακα κερδίζουν τη σκληρότητά τους με ευθραυστότητα που η επαναφορά πρέπει στη συνέχεια να εξαγοράσει.

Επιλογή βαθμίδας

Ο πρακτικός κανόνας είναι να αγοράζετε όχι περισσότερο άνθρακα από όσον ξοδεύει η εφαρμογή. Οι συγκολλημένες κατασκευές παραμένουν χαμηλά· τα εξαρτήματα που θα σκληρυνθούν διαμπερώς και θα επαναφερθούν ζουν στη μεσαία ζώνη· μόνο εξαρτήματα που πληρώνονται σε φθορά ή διάρκεια ακμής — ελατήρια, σιδηροτροχιές, εργαλεία — δικαιολογούν τις υψηλές βαθμίδες και το κόστος κατασκευής τους. Τα ονόματα ποιοτήτων συχνά κρύβουν την απάντηση: σε ονομασίες όπως C45, 1045 ή S45C, ο αριθμός είναι ο ονομαστικός άνθρακας σε εκατοστά του τοις εκατό.