Сталь — это сплав металлов, состоящий в основном из железа и содержащий от 0,2 до 2,1 % углерода. Вся сталь содержит углерод, но термин «углеродистая сталь» применяется конкретно к стали, которая содержит углерод в качестве основного компонента. легирующий компонент. Среднеуглеродистая сталь — это углеродистая сталь, содержащая от 0,30 до 0,60% углерода. Он также имеет содержание марганца от 0,6 до 1,65 процента. Этот тип стали обеспечивает хороший баланс между прочностью и пластичностью, и он распространен во многих типах стальных деталей.
Железо состоит из кристаллической решетки атомов железа, которая позволяет атомам скользить друг относительно друга, что делает чистое железо относительно мягким. Углерод в стали уменьшает эту тенденцию, делая среднеуглеродистую сталь более твердой, чем железо. Дополнительные элементы, такие как хром, марганец, вольфрам и ванадий также могут выступать в качестве упрочняющих добавок в стали. Точная пропорция этих элементов определяет специфические свойства стали.
Дополнительный углерод делает сталь более твердой, но также и более хрупкой, поэтому производство углеродистой стали требует баланса между твердостью и пластичностью. Чаще всего среднеуглеродистая сталь используется в тяжелом оборудовании, таком как оси, коленчатые валы, муфты и шестерни. Сталь с содержанием углерода от 0,4 до 0,6 процента обычно используется в железнодорожной промышленности для изготовления осей, рельсов и колес».
Термическая обработка среднеуглеродистой стали существенно изменяет механические свойства, такие как пластичность, твердость и прочность. Термическая обработка стали незначительно влияет на другие свойства, такие как ее способность проводить тепло и электричество. Существует множество методов обработки стали нагреванием.
Содержание углерода и марганца в среднеуглеродистой стали делает закалку и отпуск наиболее распространенным методом термической обработки для этого типа стали. Этот процесс обычно включает в себя многократный нагрев стали до температуры менее 1333°F (около 723°C) и быстрое ее охлаждение путем закалки в жидкости, такой как масло или вода. Температура и время этого процесса позволяют производителю точно контролировать конечные свойства стали».
Цементация — это процесс упрочнения стали, который влияет только на внешнюю поверхность стали. Это создает твердый, водостойкий внешний вид с более пластичным внутренним. Углеродистая сталь часто подвергается поверхностной закалке, потому что трудно полностью закалить толстую деталь из углеродистой стали. Сталь с большим количеством легирующих присадок, чем сталь со средним содержанием углерода, обладает большей способностью к закалке и может не нуждаться в цементации.