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Führung aus schwarzem Kohlenstoffstahl
- John
Kohlenstoffstahl ist typischerweise fest. Seine Zugfestigkeit liegt je nach Kohlenstoffgehalt und Wärmebehandlung zwischen 400 MPa und 1.200 MPa.
Die SteelPro Group bietet Kunden in verschiedenen Ländern eine breite Palette an Kohlenstoffstahlsorten an. Wir bieten außerdem verschiedene Anpassungsmöglichkeiten für Ihr spezifisches Projekt. Im Folgenden erläutern wir, was Kohlenstoffstahl so langlebig macht, und geben Ihnen Expertenrat zur Auswahl der richtigen Kohlenstoffstahlsorte für Ihre Projekte.
Was ist schwarzer Kohlenstoffstahl?
Schwarzer Kohlenstoffstahl ist ein mittellegierter, lufthärtender Stahl, der für seine Dimensionsstabilität, Zähigkeit und moderate Verschleißfestigkeit bekannt ist. Schwarzer Kohlenstoffstahl wird für Stanzwerkzeuge, Umformwerkzeuge und Kunststoffformen verwendet, bei denen Präzision und thermische Ermüdungsbeständigkeit entscheidend sind. Gehärteter schwarzer Kohlenstoffstahl erreicht 61–62 HRC und ist damit zäher als verschleißfeste Legierungen wie D2.
Die SteelPro Group liefert schwarzen Kohlenstoffstahl, der UNS T30106 entspricht und der Norm ASTM A681 entspricht. Gängige Formen sind schwarze Rundrohre, Schläuche und Platten aus Kohlenstoffstahl.
Mechanische Eigenschaften von schwarzem Kohlenstoffstahl
In der nachfolgenden Tabelle sind die spezifischen mechanischen Eigenschaften als Referenz aufgeführt.
| Eigentum | Wert (metrisch) | Wert (Imperial) |
| Härte (Rockwell C) | 61 – 62 | 61 – 62 |
| Elastischer Modul | 200 GPa | 29000 ksi |
| Kompressionsmodul | 160 GPa | 23.200 ksi |
| Schermodul | 77,0 GPa | 11200 ksi |
| Poissonzahl | 0.3 | 0.3 |
| Bearbeitbarkeit | 65 % | 65 % |
Physikalische Eigenschaften von schwarzem Kohlenstoffstahl
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften sind zur Referenz in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| Eigentum | Wert (metrisch) | Wert (Imperial) |
| Dichte | 7,83 g/cm³ | 0,283 lb/in³ |
| Spezifisches Gewicht | 7.83 | 7.83 |
| Elastizitätsmodul | 207 GPa | 30 x 10³ ksi |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 11,5 x 10⁻⁶ /°C (20-100°C) | 6,39 x 10⁻⁶ /°F (68-212°F) |
| Wärmeleitfähigkeit | 24,9 W/m-K | 172,7 BTU·Zoll/Fuß²·h·°F |
| Spezifische Wärmekapazität | 460 J/kg-K | 0,11 BTU/lb-°F |
| Elektrischer spezifischer Widerstand | 0,00065 Ω·cm | 25,6 μΩ·Zoll |
Anwendungen für schwarzen Kohlenstoffstahl
Schwarzer Kohlenstoffstahl wird aufgrund seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Erschwinglichkeit in verschiedenen Branchen eingesetzt. Hier sind einige der häufigsten Anwendungen:
1. Bau und Infrastruktur
Schwarzer Kohlenstoffstahl wird häufig im Bau von Gebäuden, Brücken und Tragwerken verwendet. Aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit eignet er sich ideal für Gerüste, Bewehrungsstäbe und tragende Bauteile.
2. Rohrleitungs- und Sanitärsysteme
Aufgrund seiner Druck- und mechanischen Belastbarkeit wird schwarzer Kohlenstoffstahl häufig in Wasser-, Gas- und Ölpipelines verwendet. Besonders beliebt ist er in industriellen Umgebungen, in denen hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit unerlässlich sind.
3. Automobilindustrie
Viele Fahrzeugkomponenten wie Fahrgestelle, Achsen und Rahmen bestehen aus schwarzem Kohlenstoffstahl. Er sorgt für die strukturelle Integrität, die sowohl für Personenkraftwagen als auch für Nutzfahrzeuge erforderlich ist.
4. Fertigung und Schwermaschinen
Für Maschinenteile, Industriewerkzeuge und Gerätegehäuse wird häufig schwarzer Kohlenstoffstahl verwendet, da dieser dem Verschleiß unter rauen Betriebsbedingungen standhält.
5. Landwirtschaftliche Geräte
Von Pflügen bis hin zu Traktorkomponenten spielt schwarzer Kohlenstoffstahl eine Schlüsselrolle bei landwirtschaftlichen Werkzeugen und Maschinen, bei denen Haltbarkeit und Schlagfestigkeit von entscheidender Bedeutung sind.
6. Schiffbau und Marineanwendungen
Aufgrund seiner Festigkeit und Kosteneffizienz ist schwarzer Kohlenstoffstahl ein bevorzugtes Material für den Bau von Schiffsrümpfen und anderen Schiffskomponenten, insbesondere wenn ein Korrosionsschutz hinzugefügt wird.
7. Zäune und Geländer
Schwarzer Kohlenstoffstahl wird häufig für Außenkonstruktionen wie Zäune, Tore und Leitplanken verwendet, wo seine Robustheit ein großer Vorteil ist.
Herstellung und Wärmebehandlung von schwarzem Kohlenstoffstahl
Durch Wärmebehandlung werden die Härte, Zähigkeit und Stabilität von schwarzem Kohlenstoffstahl für anspruchsvolle Anwendungen wie Präzisionswerkzeuge und verschleißfeste Komponenten angepasst.
Die SteelPro Group liefert schwarzen Kohlenstoffstahl in geglühtem, vorgehärtetem oder vollständig behandeltem Zustand, um Ihren spezifischen Anforderungen gerecht zu werden. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Anleitung zum Wärmebehandlungsprozess.
Schmieden
Schwarzer Kohlenstoffstahl sollte bei einer Temperatur zwischen 900 und 1150 °C (1650 und 2100 °F) geschmiedet werden. Nach dem Schmieden ist ein Glühen zwingend erforderlich, da beim Schmieden innere Spannungen und unregelmäßige Kornstrukturen entstehen, die die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen können.
Glühen
Nach der Warmbearbeitung oder vor dem erneuten Härten ist ein Glühen erforderlich, um die Duktilität wiederherzustellen und die Bearbeitbarkeit zu optimieren. Die Härte nach diesem Prozess liegt normalerweise zwischen 197 und 229 HB.
Die Temperatur sollte bei 800–850 °C (1475–1560 °F) gehalten werden. Sobald die Zieltemperatur erreicht ist, lassen Sie den Stahl 1 Stunde pro 25,4 mm (1 Zoll) Dicke einweichen, um sicherzustellen, dass Kern und Oberfläche gleichmäßige Bedingungen erreichen. Nach dem Einweichen kühlen Sie den Stahl in einem Ofen mit einer kontrollierten Rate von 15–20 °C (27–36 °F) pro Stunde ab, bis er ungefähr 650 °C (1200 °F) erreicht. Lassen Sie den Stahl ab diesem Zeitpunkt an der Luft auf Raumtemperatur abkühlen.
Aushärtung
- Austenitisierung
Erhitzen Sie den Stahl auf 815–870 °C (1500–1600 °F). Halten Sie den Stahl 30 Minuten pro 25,4 mm (1 Zoll) Dicke auf dieser Temperatur, um eine gründliche Umwandlung sicherzustellen.
- Abschrecken
Dünne Abschnitte (<25,4 mm oder 1 Zoll) sollten bei etwa 800 °C (1475 °F) luftgehärtet werden. Dickere Abschnitte (≥25,4 mm oder 1 Zoll) können eine Ölabschreckung ab 815-870 °C (1500-1600 °F) erfordern, um ausreichende Abkühlungsraten zu erzielen. Die Wahl des Abschreckmediums hilft, Rissbildung zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende Härte zu erreichen.
Anlassen
Das Anlassen erfolgt unmittelbar nach dem Abschrecken, um die Sprödigkeit zu verringern und die Zähigkeit zu verbessern. Der Stahl sollte auf die gewünschte Anlasstemperatur erhitzt und pro 25,4 mm (1 Zoll) Dicke 1 Stunde lang gehalten werden.
Der optimale Anlassbereich zum Ausgleich von Härte und Zähigkeit liegt bei 150-315 °C (300-600 °F). Dieser Bereich ist für die meisten Anwendungen geeignet, die mäßige Zähigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern. Für Anwendungen, die eine höhere Zähigkeit erfordern, kann ein Anlassen bei 425-540 °C (797-1000 °F) verwendet werden, wobei dies jedoch die Härte leicht reduziert.
| Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Härte (HRC) |
| 95 | 203 | 61 – 62 |
| 150 | 302 | 60 – 61 |
| 205 | 401 | 58 – 59 |
| 260 | 500 | 56 – 57 |
| 315 | 599 | 55 – 56 |
| 425 | 797 | 52 – 53 |
| 480 | 896 | 50 – 51 |
| 540 | 1004 | 48 – 49 |
Optimierung von schwarzem Kohlenstoffstahl
Schwarzer Kohlenstoffstahl kann nach dem Abschrecken einer kryogenen Behandlung oder während der Wärmebehandlung längeren Anlasszyklen unterzogen werden, um die Leistung für bestimmte Anwendungen zu verbessern.
- Kryogenische Behandlung: Wandelt Restaustenit bei -196 °C (-320 °F) um und verbessert so die Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität. Ideal für Präzisionswerkzeuge.
- Erweitertes Temperieren: Mehrere Anlasszyklen reduzieren Austenit und verbessern die Härte und bieten so eine kostengünstige Alternative.
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