高碳鋼

高碳鋼在經適當熱處理或冷拔硬化後，具有高的強度和硬度、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。由於含碳量高，水淬時容易產生裂紋，所以多采用雙液淬火，小截面零件多采用油淬。這類鋼一般在淬火後經中温回火或正火或在表面淬火狀態下使用。主要用於製造彈簧和耐磨零件。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、使用範圍較廣的鋼種。其碳含量在0.65一1.35%，是專門用於製作工具的鋼。高碳鋼密度7.81g/cm³。可用於漁具的生產。

優點：

1、熱處理後可以得到高的硬度(HRC60一65)和較好的耐磨性。

2、退火狀態下硬度適中，具有較好的可切削性。

3、原材料易得，生產成本低。

其缺點是:

1、熱硬性差，當刀具工作温度大於200℃時，其硬度和耐磨性急劇下降。

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

高碳鋼的硬度、強度主要取決於鋼中固溶的碳量，並隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超過0.6%時，淬火後硬度不再增加，只是過剩的碳化物數量增多，鋼的耐磨性略有增加，而塑性、韌性和彈性有所降低。為此，常根據使用條件和對鋼的強度、韌性匹配來選用不同的鋼號。例如，製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、氧氣轉爐生產。要求質量較高或特殊質量時可採用電爐冶煉加真空自耗或電渣重熔。冶熔時，嚴格控制化學成分，特別是硫和磷的含量。為減少偏析，提高等向性能，鋼錠可進行高温擴散退火(對工具鋼尤為重要)。熱加工時，過共析鋼的停鍛(軋)温度要求低(約800℃)，鍛軋成材後應避免粗大網狀碳化物的析出，在700℃以下應注意緩冷，以防熱應力造成裂紋。熱處理或熱加工過程中要防止表面脱碳(對彈簧鋼尤為重要)。熱加工時要有足夠的壓縮比，以保證鋼的質量和使用性能。

1、高碳鋼的碳的質量分數大於0.60%時，焊後的硬化、裂紋敏感傾向更大，因此焊接性極差，不能用於製造焊接結構。常用於製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修復。

2、由於高碳鋼的抗拉強度大都在675MPa以上，所以常用的焊條型號為E7015、E6015，對構件結構要求不高時可選用E5016、E5015焊條。此外，亦可採用鉻鎳奧氏體鋼焊條進行焊接。

3、焊接工藝

（1）由於高碳鋼零件為了獲得高硬度和耐磨性，材料本身都需經過熱處理，所以焊前應先進行退火，才能進行焊接。

（2）焊件焊前應進行預熱，預熱温度一般為250～350℃以上，焊接過程中必需保持層間温度不低於預熱温度。

（3）焊後焊件必需保温緩冷，並立即送入爐中在650℃進行消除應力熱處理。

4、高碳鋼含碳量比較高，焊接性就比較差，焊接時要預熱，焊後要緩冷或者進行350度的低温回火處理，具體的熱處理的時間長短是由工件的厚度來決定的。如果不能預熱，那就只好採用焊接性能好，抗裂性能好的焊接材料來配合，但是焊接速度一定要降下來。

5、高碳鋼屬於焊接性能不好的類種，如果要進行焊接的話，應在預熱條件下進行焊接，焊後須進行消除應力熱處理。

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案例是大馬士革。其碳含量為1.5%。20世紀70年代中期，美國斯坦福大學首先進行了超高碳鋼的超塑性研究，之後美國國家實驗室也開展了超高碳鋼的研究．並取得了一系列專利。此外．日本等國也開展了對超高碳鋼的研究。進入21世紀，我國在超高碳鋼方面也開展了研究。採用適當的製備工藝獲得無網狀碳化物的超細晶超高碳鋼。不僅在中、高温下具有高變形速率的超塑性特性。而且在室温下具有良好的綜合力學性能。超細晶超高碳鋼不僅有望替代部分中高碳鋼製作工模具、鋼絲、結構件，從而顯著提高其使用壽命，而且利用其中、高温下良好的固態連接特性，還可與自身或其它金屬基材料連接製備成新型高性能層狀複合材料。是一類極具工業化應用前景的新型材料 ^[1]  。