Стали считаются углеродистой сталью, если для химических элементов не указано минимальное содержание, включая алюминий, хром, кобальт, колумбий, молибден, никель, титан, вольфрам или ванадий для легирующего эффекта; когда указанный минимум для меди составляет 0,40 или менее; и когда пределы для следующих элементов не превышены: марганец - 1,65 процента; кремний - 0,60%; и меди - 0,60 процента. Углеродистые стали Если маркировка стали начинается с «1», возможно, это углеродистая сталь. Стали серии 10XX (где XX или последние две цифры представляют среднее или среднее содержание углерода в классе) представляют собой простые углеродные марки. Стали 11XX представляют собой сероводородные марки и являются свободными обрабатывающими сталями. Стали 12XX, ресуспендированные и рефосфорированные, являются «лучшими» обрабатывающими марками. Стали серии 15XX содержат высокий марганец более 1,00 процента; 13XX серии имеют еще более высокое содержание марганца и являются единственным исключением из правила «1 как первая цифра означает углеродистую сталь».
Стали 13ХХ (марганец более 1,60%) считаются сплавами. Тот факт, что система для именования сталей основана на химическом составе, показывает важность химических факторов для свойств, включая обрабатываемость этих сталей. Включение среднего содержания углерода в качестве двух последних цифр обозначения марки указывает на важность углерода в качестве первичной детерминанты свойств стали. Сорт 1008 (0,08 средний углерод), 1018 (0,18 средний углерод) и 1045 (0,45 средний углерод) - все углеродистые стали, но они имеют значительно разные свойства. Сорт 1008 обладает высокой пластичностью из-за его низкого содержания углерода и лучше подходит для холодной обработки и формовки, чем для обработки.
Класс 1018 - это общий класс, используемый для многих общих применений, включая сварку, и часто выбирается на основе его низкой стоимости. Сорт 1045 часто выбирается с учетом его более высокой прочности и механических свойств. Хотя его содержание углерода затрудняет сварку без специальных методов, 1045 является общим для валов и других частей передачи энергии. На рисунке 1 показано количество простых марок углеродистой стали и их твердость по сравнению с их производством. Кривая показывает, что как твердость, так и обрабатываемость увеличиваются для этих сортов до одной точки, после чего обрабатываемость снижается по мере того, как твердость продолжает увеличиваться. Под микроскопом можно видеть структуру, которая возникает в результате увеличения количества углерода. Углерод образует более темную, более твердую фазу, называемую перлитом, которая состоит из феррита, чередующегося со слоями карбида железа, очень твердой составляющей. Это увеличение фазы перлита, обусловленное содержанием углерода, что объясняет увеличение механических свойств стали, особенно твердости. Выше 0,60 углерода в простых углеродистых сталях термическая обработка, называемая отжигом, используется для модификации микроструктуры и уменьшения твердости стали. Углерод играет ведущую роль в обрабатываемости простых углеродных сталей, главным образом благодаря его влиянию на объемные механические свойства, такие как твердость, прочность на разрыв и предел текучести и пластичность. Роль серы. На рисунке 1 приведена оценка производительности простых углеродистых сталей - как они «пика» на 0,18-0,22 процента углерода до того, как обрабатываемость начнет уменьшаться из-за более высокой выносливости, обусловленной более высоким содержанием углерода. Сталь оптимальной обрабатываемости - одна и та же, достаточно мягкая, чтобы легко формировать чип, но достаточно хрупкий, чтобы позволить этому чипу сломаться и разделиться - приводит к увеличению срока службы инструмента и превосходной поверхности.
Стали 11XX, называемые ресуспендированными сталями, используют добавки серы и марганца, чтобы попытаться создать этот мягкий, но хрупкий материал заготовки.Сера сочетается с марганцем с образованием твердого, но неметаллического вещества включения, называемого сульфидом марганца. Сульфиды марганца действуют как разрывы в стали, обеспечивая участки зародышеобразования для чипа.
Стальные стали 11XX имеют больше серы и марганца, чем марки 10XX. Он более обрабатывается из-за сульфидов марганца в результате увеличения содержания марганца и серы. (Марганец добавляется для связывания серы и предотвращения его взаимодействия с железом в стали, образуя сульфиды железа или пириты, которые являются хрупкими при температурах прокатки стали.) Эти включения сульфида марганца видны под микроскопом, как правило, удлиненные и распределенных по всей стали. Дополнительным преимуществом этих сульфидов является их роль в удержании застроенной кромки на инструменте, на который влияют антисварные свойства сульфида марганца. Эффект холодной обработки. В условиях горячекатаного проката простые углеродистые стали, как правило, имеют механические свойства, показанные в записи HR для трех сортов, показанных на рисунке 2. Большинство стержней для механической обработки холодно вытянуты, что увеличивает растяжение и предел текучести и твердости и уменьшает пластичность, измеренную процентным удлинением и процентным уменьшением площади. Свойства холодного отвода показаны в строке с маркировкой CD для каждого из трех сортов. Линия процентного изменения показывает процентный эффект холодных работ на механические свойства стали. Холодная вытяжка представляет собой многоступенчатый процесс, когда бруски сначала очищаются путем абразивной дробеструйной обработки, чтобы удалить твердую абразивную оксидную шкалу, а затем охладить на холод, вытягивая карбидную матрицу меньше, чем пусковой диаметр стержня, что приводит к равномерному холоду работа прикладывается к барам. (Это называется «холодным рисунком», потому что в процессе не преднамеренно добавляется тепло.) После рисования стержни выпрямляются и разрезаются по длине пилой или срезом перед упаковкой для отгрузки. Знакомство с марками 12XX Мы видели, что простые углеродистые стали достигают оптимальной обрабатываемости (около 35 процентов от 1212 оборотов инструмента за минуту производства) и твердости в диапазоне от 125 до 140 BHN. Мы видели, как добавление серы (и марганца) может улучшить обрабатываемость стали. На рисунке 2 показано, как холодная работа при холодной вытяжке может улучшить механические свойства стали и повысить прочность, исключает липкость. В сталях серии 12XX все эти подходы объединяются для создания продукта, который оптимизирован для обработки: низкоуглеродистый-12L14 обычно расплавляется до 0,15 максимального углерода; 1215 обычно расплавляется до 0,09 максимум, чтобы предотвратить превышение желаемой твердости после холодной вытяжки. Добавляют элементы холодной обработки - марганец, фосфор и иногда азот для усиления реакции этих сортов на холодную рабочую деформацию холодного волочения. Эти упрочняющие элементы позволяют использовать более тяжелые корма, тем самым повышая производительность на цехе. Добавление серы. Значительное количество серы добавляется для создания полезных сульфидов марганца, которые способствуют обрабатываемости, действуя как разрывы в материале и контролируя заложенную кромку на инструменте.
Консолидация в мировой сталелитейной промышленности сделала ведущий и висмут наиболее широко доступным выбором сегодня. Однако еще одна «неэтилированная» сталь, получившая название 12T14, доступна в Laurel Steel (Онтарио, Канада). Эта сталь использует олово в качестве дополнения для повышения обрабатываемости. Добавление свинца в сталь, пока оно еще жидкое, приводит к осаждению свинца в виде частиц чистого металлического свинца на головах и хвостах сульфидов марганца, диспергированных по всей стали. Чистый свинец является более мягким, чем сталь, и имеет коэффициент трения, сравнимый с коэффициентом трения графитового смазочного материала.Благодаря своей роли внутреннего смазочного материала, свинец позволяет обрабатывать сталь на более высоких скоростях, чем ее не-свинцовый аналог.
Широко установлено, что свинец способствует обрабатываемости, но относительный вклад свинца в сравнении с серой мало известен. Например, класс 1117 практически идентичен 1018, за исключением марганца и серы. Тем не менее, увеличение скорости производства (измеряемое на дюймах перемещения инструмента за минуту) составляет 33 процента, что объясняется увеличением содержания серы. Добавление свинца к 1018 для производства 10L18 увеличивает скорость производства на 27 процентов, а добавление свинца к 1117 приводит к росту производительности на 65 процентов больше, чем 1018. Эти различия в скорости производства показывают, что существуют два разных механизма. Добавление серы контролирует застроенную кромку на инструменте, так что максимальная температура во время среза находится в застроенном крае, а не в инструменте, что увеличивает срок службы инструмента и увеличивает скорость и подачу. Кроме того, тщательное изучение чипов покажет, что они становятся более тонкими в ресуспендированных сталях, демонстрируя, что деформационное упрочнение инструментом уменьшается.
По мнению некоторых экспертов, затвердевание деформации составляет до 75 процентов тепла, связанного с резкой. С другой стороны, свинец действует как внутренняя смазка, уменьшая трение, что приводит к значительно меньшему значительному улучшению процесса обработки. Поскольку другие технологические средства были разработаны для удаления тепла во время обработки (например, высоконапорные и высокоскоростные хладагенты), важность свинца не так критична, как когда-то была. Считается, что в стали 12Т14 оловянная добавка способствует обрабатываемости путем ее сегрегации в границах зерен стали. Это позволяет разделить зерна на более низкие силы и меньше энергии, чем аналогичные, но не оловянные обрабатываемые стали во время обработки. В то время как скорости и подача для 12T14 не всегда равны значениям 12L14, многие тысячи тонн были проданы для приложений, не указывая на количество свинца и производства hi
