Conținutul de carbon și proprietățile oțelului: scara carbonului

Scara dintr-o privire

Bandă de carbon	Caracter	Utilizări tipice
Foarte scăzut — sub 0.10%	Moale, extrem de formabil, se sudează fără precauții	Tablă ambutisată adânc, bandă, sârmă, nituri; oțelurile fără elemente interstițiale (IF) se află la baza acestei benzi
Scăzut — 0.10–0.25%	Calul de povară structural sudabil: ductilitate bună, rezistență modestă, răspuns limitat la călire	Profile și table de construcții (teritoriul S235–S355), țevi, fabricație generală
Mediu — 0.25–0.60%	Răspunde puternic la călire și revenire; banda pentru mașini	Arbori, roți dințate, osii: C45/1045 la aproximativ 0.45%, 4140 la aproximativ 0.40%
Ridicat — 0.60–1.00%	Arcuri, piese de uzură și muchii tăietoare; sudarea devine o procedură de specialitate	Oțeluri pentru arcuri (aproximativ 0.5–0.8%), oțeluri pentru șine, cabluri metalice, cuțite
Foarte ridicat — peste 1.00%	Volum maxim de carburi și duritate maximă în stare călită; casant fără o revenire atentă	Oțeluri pentru scule și matrițe (D2 conține aproximativ 1.5%), pile, căi de rulare pentru rulmenți la aproximativ 1.0%

Ce controlează carbonul

Plafonul de duritate. Carbonul stabilește duritatea maximă pe care o poate atinge un oțel atunci când este complet călit. Relația este abruptă la început, apoi se saturează: un oțel cu aproximativ 0.20% carbon atinge cel mult aproximativ 45 HRC, în timp ce unul cu aproximativ 0.60% carbon poate ajunge la mijlocul intervalului de 60 HRC. Dincolo de aproximativ 0.6–0.8%, carbonul suplimentar adaugă carburi rezistente la uzură, mai degrabă decât o duritate mai mare.

Adâncimea de călire este o altă întrebare. Cât de adânc pătrunde acea duritate — călibilitatea — se cumpără cu mangan, crom, molibden sau urme de bor, nu cu carbon. Confundarea celor două este o eroare clasică de specificație: un oțel simplu cu conținut ridicat de carbon se poate totuși înmuia la câțiva milimetri sub suprafața unei secțiuni groase.

Sudabilitatea merge în direcția opusă. Pe măsură ce carbonul crește, zona afectată termic se călește mai mult și fisurează mai ușor. Industria exprimă acest lucru prin echivalentul de carbon, cel mai frecvent formula IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Oțelurile cu CE scăzut se sudează liber; pe măsură ce CE urcă peste aproximativ 0.40–0.45, devin necesare preîncălzirea, energia liniară controlată și practica cu hidrogen scăzut — motiv pentru care mărcile de construcții limitează carbonul bine în interiorul benzii scăzute.

Tenacitatea și ductilitatea scad constant pe măsură ce urcați scara: alungirea și energia de încovoiere prin șoc la o rezistență dată sunt cele mai ridicate în benzile cu conținut scăzut de carbon, iar oțelurile cu conținut ridicat de carbon își câștigă duritatea cu o fragilitate pe care revenirea trebuie apoi să o cumpere înapoi.

Alegerea unei trepte

Regula de lucru este să nu cumpărați mai mult carbon decât consumă aplicația. Structurile sudate rămân la nivel scăzut; piesele care vor fi călite în profunzime și revenite trăiesc în banda medie; numai piesele plătite în uzură sau în durata de viață a muchiei — arcuri, șine, scule — justifică treptele ridicate și costurile lor de fabricație. Numele mărcilor strecoară adesea răspunsul: în desemnări cum ar fi C45, 1045 sau S45C, numărul este carbonul nominal în sutimi de procent.