الكربون الصلب هو سبيكة حديدية تحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0.02% و 2.19%. وعادة ما يحتوي على كميات صغيرة من السيليكون والمنغنيز والكبريت والفوسفور. كلما زادت نسبة الكربون في الفولاذ الكربوني، زادت الصلابة والقوة، ولكن انخفضت الليونة.
هناك طرق مختلفة لتصنيف الفولاذ الكربوني. وفقًا لكمية الكربون الموجودة في الفولاذ الكربوني، يمكن تقسيمه إلى ثلاث فئات: الفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ متوسط الكربون، والفولاذ عالي الكربون.
الفولاذ منخفض الكربون: الفولاذ منخفض الكربون هو الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على نسبة كربون أقل من 0.25%. ويسمى أيضًا الفولاذ الطري بسبب انخفاض قوته وصلابته وليونته. ويشمل معظم الفولاذ الإنشائي الكربوني العادي وبعض الفولاذ الإنشائي الكربوني عالي الجودة. يستخدم معظمها في الأجزاء الإنشائية الهندسية دون معالجة حرارية، ويستخدم بعضها في الأجزاء الميكانيكية التي تتطلب مقاومة التآكل بعد الكربنة وغيرها من المعالجات الحرارية. هيكل الفولاذ منخفض الكربون الملدن هو الفريت وكمية صغيرة من البيرلايت. لذلك، يتمتع بقابلية تشكيل على البارد جيدة ويمكن تشكيله على البارد عن طريق الثني والختم وطرق أخرى. يتمتع هذا النوع من الفولاذ بقابلية لحام جيدة. الفولاذ منخفض الكربون الذي يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الكربون لديه صلابة منخفضة جدًا أو قابلية تشغيل ضعيفة. يمكن أن تؤدي معالجة التبريد إلى تحسين قابليته للتشغيل. بشكل عام، يمكن للفولاذ منخفض الكربون أن يمر بعملية معالجة حرارية، ويمكن استخدامه أيضًا لصنع أجزاء ميكانيكية ذات متطلبات قوة مختلفة. الشيء الوحيد الذي يجب ملاحظته هو أن الفولاذ منخفض الكربون لا يخضع عادة للمعالجة الحرارية قبل الاستخدام.
الفولاذ متوسط الكربون هو الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0.25% و 0.60%. ينقسم الفولاذ متوسط الكربون إلى فولاذ إنشائي كربوني عادي وفولاذ إنشائي كربوني عالي الجودة وفقًا لجودة المنتج. لديهم خصائص تشغيل ساخنة وتقطيع جيدة، على الرغم من أن خصائص اللحام ضعيفة إلى حد ما. يتمتع الفولاذ متوسط الكربون بقوة وصلابة أعلى من الفولاذ منخفض الكربون، ولكن ليونته وصلابته أقل نسبيًا. يمكن استخدام هذا النوع من الفولاذ مباشرة كفولاذ مدلفن على الساخن أو مسحوب على البارد، أو يمكن استخدامه بعد المعالجة الحرارية لتحسين خصائصه. يشمل الفولاذ متوسط الكربون بشكل عام الفولاذ المسطح والفولاذ شبه المسطح والفولاذ المربع والقضبان. يتمتع الفولاذ متوسط الكربون بالصلابة والتقسية وله خصائص ميكانيكية شاملة جيدة. لذلك، نظرًا لاستخداماته العديدة ذات مستويات القوة المتوسطة، فإن الفولاذ متوسط الكربون هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. بالإضافة إلى استخدامه كمواد بناء، فإنه يستخدم على نطاق واسع أيضًا في تصنيع الأجزاء الميكانيكية المختلفة.
غالبًا ما يسمى الفولاذ عالي الكربون بالفولاذ الأدواتي، وتتراوح نسبة الكربون فيه بين 0.60% و 1.70%. نظرًا لصلابته وقوته الاستثنائيتين، غالبًا ما يستخدم الفولاذ عالي الكربون لصنع أدوات مثل المطارق والعتلات، بالإضافة إلى أدوات القطع مثل المثاقب والصنابير والمثاقب. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن أداء اللحام للفولاذ عالي الكربون ضعيف نسبيًا. نظرًا لضعف التوصيل الحراري، ستحدث اختلافات كبيرة في درجة الحرارة مما يؤدي إلى تشققات باردة. لذلك، أثناء اللحام، تتشكل إجهادات داخلية مما يؤدي إلى تشققات. في الوقت نفسه، يكون الفولاذ عالي الكربون أكثر حساسية للتبريد. وتتشكل بسهولة بنية المارتينسيت في مناطق قريبة من اللحام، لذا يجب أن يتم التقسية بعد اللحام للقضاء على الإجهاد، وتثبيت البنية، ومنع التشققات، وتحسين أداء اللحام.
الفولاذ عالي الكربون، الذي يحتوي على نسبة كربون أعلى، يتمتع بصلابة وقوة أكبر ولكنه أيضًا أكثر هشاشة. الفولاذ عالي الكربون والفولاذ متوسط الكربون والفولاذ منخفض الكربون لديهم ليونة وصلابة جيدة ومناسبون لتصنيع الأجزاء الميكانيكية المختلفة. لذلك، في التطبيقات العملية، يجب اختيار مادة الفولاذ الكربوني المناسبة بناءً على متطلبات المواد المحددة وخصائص العملية. في الهندسة العملية، يجب اختيار الفولاذ الكربوني بناءً على خصائصه الميكانيكية وعمر الخدمة لضمان أداء وجودة المنتجات. بالنسبة للمكونات عالية الطلب، يجب اختيار الفولاذ الكربوني بناءً على بيئة التطبيق والعمل لضمان أن المنتج يتمتع بأداء جيد. يعد فهم خصائص ومعايير تصنيف الأنواع الثلاثة من الفولاذ الكربوني أمرًا ذا أهمية كبيرة للاختيار الرشيد للمواد وتحسين جودة المنتج. بشكل عام، الفولاذ عالي الكربون والفولاذ متوسط الكربون والفولاذ منخفض الكربون هي ثلاثة أنواع شائعة من مواد سبائك الفولاذ، واختيار مواد الفولاذ الكربوني المناسبة أمر بالغ الأهمية لأداء وجودة المنتجات.