Uhlíková ocel

účelem tepelné zpracování uhlíkové oceli, je změnit mechanické vlastnosti oceli, obvykle tažnost, tvrdost, mez kluzu, nebo odolnost proti nárazu. Všimněte si, že elektrická a tepelná vodivost jsou jen mírně změněny. Stejně jako u většiny zpevňujících technik pro ocel není Youngův modul (Elasticita) ovlivněn., Všechna ošetření tažnosti oceli pro zvýšení pevnosti a naopak. Žehlička má vyšší rozpustnost uhlíku v austenitu fázi, a proto všechny tepelné úpravy, s výjimkou spheroidizing a procesu žíhání, začněte tím, že ohřev oceli na teplotu, při které austenitické fáze může existovat. Ocel je pak rozloží (teplo táhlý) na středně nízké rychlosti umožňující uhlík difundovat ven z austenitu tvoří železo-karbid (cementitu) a opuštění feritové, nebo vysokým tempem, zachycování uhlíku do železa, čímž se vytváří martenzit., Rychlost, při které je ocel chlazena eutektoidní teplotou (asi 727 °C), ovlivňuje rychlost, jakou uhlík difunduje z austenitu a tvoří cementit. Obecně řečeno, rychlé chlazení zanechá karbid železa jemně rozptýlený a vytvoří jemně zrnitý perlit a pomalé chlazení poskytne hrubší perlit. Chlazení a hypoeutectoid oceli (méně než 0.77 wt% C) výsledky v lamelární-perlitická struktura železa, karbidu vrstev s α-feritu (téměř čisté železo) mezi. Pokud se jedná o hypereutektoidní ocel (více než 0.,77 wt% C) pak je struktura Plná perlit s malými zrny (větší než perlitová lamela) cementitu vytvořeného na hranicích zrn. Eutektoidní ocel (0,77% uhlík) bude mít perlitovou strukturu v celých zrnech bez cementitu na hranicích. Relativní množství složek se nachází pomocí pravidla páky. Níže je seznam typů tepelného ošetření možné:

Spheroidizing Spheroidite formy, když uhlíková ocel se zahřeje na teplotu přibližně 700 °C po dobu více než 30 hodin., Sferoidit se může tvořit při nižších teplotách, ale čas potřebný drasticky se zvyšuje, protože se jedná o proces řízený difúzí. Výsledkem je struktura tyčí nebo koulí cementitu v primární struktuře (ferit nebo perlit, v závislosti na tom, na které straně eutektoidu jste). Účelem je změkčit vyšší uhlíkové oceli a umožnit větší tvarovatelnost. Jedná se o nejměkčí a nej tvárnější formu oceli. Plná žíhání uhlíková ocel se zahřeje na přibližně 40 °C nad Ac3? nebo Acm?, po dobu 1 hodiny; tím je zajištěno, že se veškerý ferit přemění na austenit (i když cementit může stále existovat, pokud je obsah uhlíku větší než eutektoid). Ocel se pak musí pomalu ochlazovat, v oblasti 20 °C (36 ° F) za hodinu. Obvykle je to jen pec chlazená, kde je pec vypnutá s ocelí stále uvnitř. Výsledkem je hrubá perlitická struktura, což znamená, že „pásy“ perlitu jsou silné. Plně žíhaná ocel je měkká a tvárná, bez vnitřního namáhání, což je často nezbytné pro nákladově efektivní tváření. Pouze sféroidizovaná ocel je měkčí a tvárnější., Proces žíhání Je proces používaný k úlevě od stresu v chladu-pracoval uhlíkové oceli s méně než 0,3% C. ocel je obvykle zahřívá na 550-650 °C po dobu 1 hodiny, ale někdy teplotám až 700 °C. obrázek vpravo ukazuje oblast, kde proces žíhání dochází. Izotermické žíhání je to proces, při kterém se hypoeutektoidní ocel zahřívá nad horní kritickou teplotou. Tato teplota se udržuje po určitou dobu a poté se sníží na nižší kritickou teplotu a znovu se udržuje. Poté se ochladí na pokojovou teplotu. Tato metoda eliminuje jakýkoli teplotní gradient., Normalizace uhlíkové oceli se zahřívá na přibližně 55 °C nad Ac3 nebo Acm po dobu 1 hodiny; to zajišťuje, že se ocel zcela přemění na austenit. Ocel je pak vzduchem chlazena, což je rychlost chlazení přibližně 38 °C (100 °F) za minutu. To má za následek jemnou perlitickou strukturu a rovnoměrnější strukturu. Normalizovaná ocel má vyšší pevnost než žíhaná ocel; má relativně vysokou pevnost a tvrdost. Kalení uhlíkové oceli s nejméně 0,4 wt % C se zahřeje na normalizační teploty a poté se rychle ochladí (zháší) ve vodě, slaném nálevu nebo oleji na kritickou teplotu., Kritická teplota je závislá na obsahu uhlíku, ale jako obecné pravidlo je nižší, jak se zvyšuje obsah uhlíku. Výsledkem je martenzitická struktura, forma z oceli, která má super-nasycené obsahu uhlíku v deformované tělo-střed krychlových (BCC) krystalická struktura, správně nazývané body-centered tetragonal (BCT), s velkou vnitřní stres. Takto kalená ocel je extrémně tvrdá, ale křehká, obvykle příliš křehká pro praktické účely. Tyto vnitřní napětí může způsobit namáhání trhliny na povrchu., Kalená ocel je přibližně třikrát tvrdší (čtyři s více uhlíkem) než normalizovaná ocel. Martempering (marquenching) Martempering není ve skutečnosti temperovací postup, proto termín marquenching. To je forma izotermické tepelné zpracování aplikuje po počátečním uhašení, typicky v roztavené solné lázni, při teplotě těsně nad „martenzit start teplota“. Při této teplotě, zbytkové napětí v materiálu se ulevilo, a některé bainite může být tvořen z nerozděleného austenitu, který neměl čas, aby transformovat do něčeho jiného., V průmyslu se jedná o proces používaný k řízení tažnosti a tvrdosti materiálu. Při delším marquenchingu se tažnost zvyšuje s minimální ztrátou pevnosti; ocel je v tomto roztoku držena, dokud se vnitřní a vnější teploty části nevyrovnají. Poté se ocel ochladí mírnou rychlostí, aby se teplotní gradient udržel minimální. Tento proces nejen snižuje vnitřní napětí a stresové trhliny, ale také zvyšuje odolnost proti nárazu., Temperování Toto je nejčastější tepelné zpracování, protože konečné vlastnosti mohou být přesně určeny teplotou a časem temperování. Popouštění zahrnuje ohřívání kalené oceli na teplotu pod eutektoidní teplotou a poté chlazení. Zvýšená teplota umožňuje vytvoření velmi malého množství sferoiditu, který obnovuje tažnost, ale snižuje tvrdost. Skutečné teploty a časy jsou pečlivě vybrány pro každou kompozici., Pro izotermické kalení Je pro izotermické kalení je postup stejný jako martempering, kromě uhašení je přerušen a oceli se koná v roztavené solné lázni při teplotách v rozsahu 205 °C a 540 °C a pak se ochladí na střední rychlost. Výsledné oceli, tzv. bainite, vytváří jehlicovité mikrostruktury v oceli, která má velkou sílu (ale méně než martenzit), větší tažnost, vyšší odolnost proti nárazu a menší zkreslení, než martenzit oceli. Nevýhodou austemperingu je, že může být použita pouze na několika ocelích a vyžaduje speciální solnou lázeň.