高碳鋼

　　高碳鋼(High Carbon Steel)常稱工具鋼，含碳量從0.60%至1.70%，可以淬火和回火。錘、撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造;切削工具如鉆頭，絲攻，鉸刀等由含碳量0.90%至1.00%的鋼制造。

　　簡(jiǎn)介

　　高碳鋼在經(jīng)適當(dāng)熱處理或冷拔硬化后，具有高的強(qiáng)度和硬度、高的彈性極限和疲勞極限，切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性變形能力差。由于含碳量高，水淬時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，所以多采用雙液淬火，小截面零件多采用油淬。這類鋼一般在淬火后經(jīng)中溫回火或正火或在表面淬火狀態(tài)下使用。主要用于制造彈簧和耐磨零件。碳素工具鋼是基本上不加入合金化元素的高碳鋼，也是工具鋼中成本較低、冷熱加工性良好、使用范圍較廣的鋼種。其碳含量在0.65一1.35%，是專門用于制作工具的鋼。高碳鋼密度7.81g/cm3。可用于漁具的生產(chǎn)。

　　性能特點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1、熱處理后可以得到高的硬度(HRC60一65)和較好的耐磨性。

　　2、退火狀態(tài)下硬度適中，具有較好的可切削性。

　　3、原材料易得，生產(chǎn)成本低。

　　其缺點(diǎn)是:

　　1、熱硬性差，當(dāng)?shù)毒吖ぷ鳒囟却笥?00℃時(shí)，其硬度和耐磨性急劇下降。

　　2、淬透性低。水淬時(shí)完全淬透的直徑一般僅為15一18mm;油淬時(shí)完全淬透的最大直徑或厚度僅為6mm左右，并易變形開裂。

　　高碳鋼的硬度、強(qiáng)度主要取決于鋼中固溶的碳量，并隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超過(guò)0.6%時(shí)，淬火后硬度不再增加，只是過(guò)剩的碳化物數(shù)量增多，鋼的耐磨性略有增加，而塑性、韌性和彈性有所降低。為此，常根據(jù)使用條件和對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性匹配來(lái)選用不同的鋼號(hào)。例如，制造受力不大的彈簧或簧式零件，可選擇較低碳量的65鋼。一般高碳鋼可用電爐、平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。要求質(zhì)量較高或特殊質(zhì)量時(shí)可采用電爐冶煉加真空自耗或電渣重熔。冶熔時(shí)，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，特別是硫和磷的含量。為減少偏析，提高等向性能，鋼錠可進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火(對(duì)工具鋼尤為重要)。熱加工時(shí)，過(guò)共析鋼的停鍛(軋)溫度要求低(約800℃)，鍛軋成材后應(yīng)避免粗大網(wǎng)狀碳化物的析出，在700℃以下應(yīng)注意緩冷，以防熱應(yīng)力造成裂紋。熱處理或熱加工過(guò)程中要防止表面脫碳(對(duì)彈簧鋼尤為重要)。熱加工時(shí)要有足夠的壓縮比，以保證鋼的質(zhì)量和使用性能。

　　焊接工藝

　　1、高碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.60%時(shí)，焊后的硬化、裂紋敏感傾向更大，因此焊接性極差，不能用于制造焊接結(jié)構(gòu)。常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊補(bǔ)修復(fù)。

　　2、由于高碳鋼的抗拉強(qiáng)度大都在675MPa以上，所以常用的焊條型號(hào)為E7015、E6015，對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)要求不高時(shí)可選用E5016、E5015焊條。此外，亦可采用鉻鎳奧氏體鋼焊條進(jìn)行焊接。

　　3、焊接工藝

　　(1)由于高碳鋼零件為了獲得高硬度和耐磨性，材料本身都需經(jīng)過(guò)熱處理，所以焊前應(yīng)先進(jìn)行退火，才能進(jìn)行焊接。

　　(2)焊件焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般為250～350℃以上，焊接過(guò)程中必需保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度。

　　(3)焊后焊件必需保溫緩冷，并立即送入爐中在650℃進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

　　4、高碳鋼含碳量比較高，焊接性就比較差，焊接時(shí)要預(yù)熱，焊后要緩冷或者進(jìn)行350度的低溫回火處理，具體的熱處理的時(shí)間長(zhǎng)短是由工件的厚度來(lái)決定的。如果不能預(yù)熱，那就只好采用焊接性能好，抗裂性能好的焊接材料來(lái)配合，但是焊接速度一定要降下來(lái)。

　　5、高碳鋼屬于焊接性能不好的類種，如果要進(jìn)行焊接的話，應(yīng)在預(yù)熱條件下進(jìn)行焊接，焊后須進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

　　超高碳鋼

　　超高碳鋼是碳含量為1.0-2.1%的鐵基合金材料。超高碳銅的最早工業(yè)案例是大馬士革。其碳含量為1.5%。20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)斯坦福大學(xué)首先進(jìn)行了超高碳鋼的超塑性研究，之后美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也開展了超高碳鋼的研究.并取得了一系列專利。此外.日本等國(guó)也開展了對(duì)超高碳鋼的研究。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)在超高碳鋼方面也開展了研究。采用適當(dāng)?shù)闹苽涔に嚝@得無(wú)網(wǎng)狀碳化物的超細(xì)晶超高碳鋼。不僅在中、高溫下具有高變形速率的超塑性特性。而且在室溫下具有良好的綜合力學(xué)性能。超細(xì)晶超高碳鋼不僅有望替代部分中高碳鋼制作工模具、鋼絲、結(jié)構(gòu)件，從而顯著提高其使用壽命，而且利用其中、高溫下良好的固態(tài)連接特性，還可與自身或其它金屬基材料連接制備成新型高性能層狀復(fù)合材料。是一類極具工業(yè)化應(yīng)用前景的新型材料。