Вміст вуглецю та властивості сталі: вуглецеві сходи

Сходи з першого погляду

Вуглецевий діапазон	Характер	Типові застосування
Дуже низький — менше 0.10%	М’який, надзвичайно формозмінюваний, зварюється без запобіжних заходів	Лист для глибокого витягування, стрічка, дріт, заклепки; сталі без елементів проникнення (IF) сидять унизу цього діапазону
Низький — 0.10–0.25%	Зварювана конструкційна робоча конячка: добра пластичність, помірна міцність, обмежена реакція на зміцнення	Конструкційні профілі та плита (територія S235–S355), труби, загальне виготовлення
Середній — 0.25–0.60%	Сильно реагує на гартування з відпуском; машинобудівний діапазон	Вали, шестерні, осі: C45/1045 за приблизно 0.45%, 4140 за приблизно 0.40%
Високий — 0.60–1.00%	Ресори, зношувані деталі та різальні крайки; зварювання стає спеціалістською процедурою	Ресорні сталі (приблизно 0.5–0.8%), рейкові сталі, канатний дріт, ножі
Дуже високий — понад 1.00%	Максимальний об’єм карбідів і твердість після гартування; крихкий без ретельного відпуску	Інструментальні та штампові сталі (D2 містить приблизно 1.5%), напилки, доріжки підшипників за приблизно 1.0%

Що контролює вуглець

Стеля твердості. Вуглець встановлює максимальну твердість, якої сталь може сягнути після повного гартування. Залежність спочатку стрімка, потім насичується: сталь із приблизно 0.20% вуглецю сягає щонайбільше приблизно 45 HRC, тоді як сталь із приблизно 0.60% вуглецю може сягнути середини діапазону 60 HRC. Понад приблизно 0.6–0.8% додатковий вуглець додає зносостійкі карбіди, а не вищу твердість.

Глибина гартування — це інше питання. Як глибоко проникає ця твердість — прогартовуваність — купується марганцем, хромом, молібденом або слідами бору, а не вуглецем. Плутати ці два поняття — класична помилка специфікації: високовуглецева проста сталь все одно може розм’якшитися на кілька міліметрів нижче поверхні товстого перерізу.

Зварюваність рухається в інший бік. Зі зростанням вуглецю зона термічного впливу твердне більше й тріскається охочіше. Галузь виражає це через вуглецевий еквівалент, найчастіше формулу IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Сталі з низьким CE зварюються вільно; коли CE піднімається вище приблизно 0.40–0.45, стають потрібними попередній підігрів, контрольоване введення тепла та практика з низьким вмістом водню — саме тому конструкційні марки обмежують вуглець добре всередині низького діапазону.

Ударна в’язкість і пластичність знижуються неухильно вгору сходами: видовження та енергія удару за заданої міцності найвищі в низьковуглецевих діапазонах, а високовуглецеві сталі заробляють свою твердість крихкістю, яку відпуск потім має викупити назад.

Вибір щабля

Робоче правило полягає в тому, щоб не купувати більше вуглецю, ніж витрачає застосування. Зварні конструкції залишаються низькими; деталі, які будуть наскрізно гартувати з відпуском, живуть у середньому діапазоні; лише деталі, оплачені зносом або строком служби крайки, — ресори, рейки, інструменти — виправдовують високі щаблі та їхні витрати на виготовлення. Назви марок часто контрабандою вносять відповідь: у позначеннях, таких як C45, 1045 або S45C, число є номінальним вмістом вуглецю в сотих відсотка.