Ogljikovo jeklo je železo, legirano z ogljikom, njegovo obnašanje pa je odvisno predvsem od vsebnosti ogljika. Štiri običajne vrste, po naraščajočem vrstnem redu ogljika, so nizkoogljično, srednje ogljično, visokoogljično in ultra-visokoogljično jeklo. Vsebnost ogljika poveča trdnost in trdoto, vendar zmanjša duktilnost, žilavost in varivost, zato je izbira materiala vedno ravnotežje in ne tekma za najvišjo številko.
Štiri vrste ogljikovega jekla
| Vrsta | Vsebnost ogljika | Tipične lastnosti | Pogoste uporabe |
| Nizkoogljično (blago jeklo) | Pod 0,3 % | Mehak, duktilen, enostavno varjen in oblikovan | Konstrukcijski deli, cevi, avtomobilske karoserije, splošna proizvodnja |
| Srednji karbon | 0.3-0.6% | Ravnovesje trdnosti in duktilnosti | Zobniki, osi, gredi, strojni deli |
| Visoka vsebnost ogljika | 0.6-1.0% | Trd, odporen proti obrabi, manj duktilen | Vzmeti, žice, rezalna orodja, tirnice |
| Ultra-visoka vsebnost ogljika | 1.0-2.0% | Izjemno trd in krhek | Matrice, luknjači, specializirani rezalni robovi |
Kako je tirno jeklo razvrščeno
Tirno jeklo se proizvaja v treh družinah. Ogljikove tirnice se talijo in valjajo iz železove-rude, pri čemer se trdnost zanaša predvsem na ogljik in mangan; tipično navadno tirno jeklo vsebuje približno 0,40-0,80 % ogljika z manganom pri približno 1,0-1,4 %. Tirnice iz zlitin dodajo majhne količine legirnih elementov, kot so vanadij, titan, krom ali niobij, da povečajo trdnost in žilavost, ki presega stopnje ogljika. Toplotno obdelane tirnice so tirnice iz ogljika ali zlitine, ki se segrevajo in nato ohlajajo pod nadzorovanimi pogoji, da se izboljša struktura perlita; glava tirnice razvije utrjeno plast, ki močno izboljša odpornost proti obrabi in podaljša življenjsko dobo.
Razredi kitajskih železnic in mehanske lastnosti
Vroče{0}}valjane tirnice (GB/T 2585)
| Ocena | Natezna trdnost (MPa) | Trdota (HB) |
| U75V | vsaj 980 | 280-320 |
| U78CrV | vsaj 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | vsaj 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | vsaj 980 | 290-330 |
Toplotno{0}}obdelane tirnice
| Ocena | Natezna trdnost (MPa) | Trdota (HB) |
| U75V (toplotno obdelan) | vsaj 1180 | 320-380 |
| U78CrV (toplotno obdelan) | vsaj 1280 | 370-420 |
Evropske družine in družine UIC uporabljajo lastne oznake: R260 in R350HT po EN 13674-1 ter stopnje 700, 900A in 1100 po UIC 860, kjer je število najmanjša natezna trdnost v MPa.
Izbira pravega tirnega jekla
Izberite razred glede na promet: težke osne obremenitve in ostri zavoji zahtevajo trše,-glave z večjo trdnostjo, kjer toplotno-obdelane tirnice zaslužijo svojo prednost. Ravne, rahlo obremenjene vrvi lahko uporabljajo standardne stopnje ogljika po nižji ceni. Pomembna je tudi varivost: tirnice z visoko vsebnostjo ogljika in zlitin potrebujejo nadzorovane postopke varjenja, kemična sestava tirnice pa mora biti združljiva z varilnim postopkom, uporabljenim v projektu. Za pritrdilne komponente so vzmetna jekla, kot je 60Si2MnA, v visoko-ogljičnem območju, trdota sponk po toplotni obdelavi pa je običajno 42–50 HRC.
Pogoste napačne predstave
Več ogljika ni samodejno boljše: ultra{0}}visokoogljično jeklo je preveč krhko za strukturne in dinamične dele. Tirnice niso izdelane iz nizkoogljičnega jekla, ki bi se obrabilo v mesecih. Izraz legirano jeklo ne pomeni nerjavnega jekla: legirni elementi so dodani v majhnih odstotkih za izboljšanje trdnosti in žilavosti, ne za odpornost proti koroziji.
pogosta vprašanja
Zakaj je tirno jeklo vedno visokoogljično?
Ker mora biti glava tirnice odporna proti obrabi in tirnica kot celota mora biti odporna na upogibanje in utrujenost. Visoka vsebnost ogljika zagotavlja zahtevano trdoto in moč, medtem ko so specifične ravni ogljika in mangana prilagojene za varljivost in žilavost.
Kakšna je razlika med karbonsko tirnico in tirnico iz zlitine?
Karbonska tirnica se za trdnost opira na ogljik in mangan; tirnica iz zlitine dodaja majhne količine vanadija, titana, kroma ali niobija za povečanje trdnosti in žilavosti.
Kaj toplotna obdelava naredi tirnici?
Nadzorovano segrevanje in hlajenje izpopolnita perlitno strukturo in ustvarita utrjeno plast na glavi tirnice, s čimer običajno povečata natezno trdnost za 150–200 MPa in občutno izboljšata življenjsko dobo obrabe na ukrivljenem tiru.
Je U75V boljši od U71Mn?
U75V ima večjo trdnost in boljšo odpornost proti obrabi ter je pogosta izbira za proge za-težke-vleke in-hitrosti. U71Mn se še vedno pogosto uporablja za običajne linije, kjer sta njegova varljivost in stroški dobro uravnotežena.
Ali je visokoogljično jeklo enostavno variti?
Ne. Jekla z visoko vsebnostjo ogljika potrebujejo nadzorovano predgretje, kvalificirane postopke in pregled po-varjenju, zato je varjenje tirnic (flash sočelno, termitno ali aluminotermično) specializirana operacija z odobrenimi parametri.
Kakšno trdoto naj imajo vzmetne sponke?
Železniške vzmetne sponke so običajno kaljene in kaljene na 42-50 HRC. Nižja trdota tvega plastično deformacijo in izgubo obremenitve prstov; večja trdota tvega krhek zlom ob udarcu.