Kulstofstål

formålet med varmebehandling af kulstofstål er at ændre stålets mekaniske egenskaber, normalt duktilitet, hårdhed, udbyttestyrke eller slagfasthed. Bemærk, at den elektriske og termiske ledningsevne kun ændres lidt. Som med de fleste styrke teknikker til stål, Youngs modul (elasticitet) er upåvirket., Alle behandlinger af stål handel duktilitet for øget styrke og omvendt. Jern har en højere opløselighed for kulstof i austenitfasen; derfor starter alle varmebehandlinger, undtagen sfæroidiserende og procesglødning, med at opvarme stålet til en temperatur, hvor den austenitiske fase kan eksistere. Stålet er derefter slukket (varme trukket ud) ved en moderat til lav hastighed tillader carbon til diffundere ud af austenit danner jern-carbid (cementit) og forlader ferrit, eller ved en høj hastighed, fældefangst carbon i jern dermed danner martensit., 727 C C) påvirker den hastighed, hvormed carbon diffunderer ud af austenit og danner cementit. Generelt vil afkøling hurtigt efterlade jerncarbid fint dispergeret og producere en finkornet perlit, og afkøling langsomt vil give en grovere perlit. Afkøling af et hypoeutektoidstål (mindre end 0,77 vægt% C) resulterer i en lamellær-pearlitisk struktur af jernkarbidlag med α-ferrit (næsten rent jern) mellem. Hvis det er hypereutektoid stål (mere end 0.,77 vægt% C) så er strukturen fuld perlit med små korn (større end perlit lamella) af cementit dannet på korngrænserne. Et eutektoidstål (0,77% kulstof) vil have en perlitstruktur i hele kornene uden cementit ved grænserne. De relative mængder af bestanddele findes ved hjælp af håndtaget regel. Følgende er en liste over mulige typer varmebehandlinger:

Sfæroidiserende Sfæroiditformer, når kulstofstål opvarmes til cirka 700.C i over 30 timer., Spheroidite kan dannes ved lavere temperaturer, men den nødvendige tid øges drastisk, da dette er en diffusionsstyret proces. Resultatet er en struktur af stænger eller kugler af cementit inden for primær struktur (ferrit eller perlit, afhængigt af hvilken side af eutektoiden du er på). Formålet er at blødgøre højere kulstofstål og tillade mere formbarhed. Dette er den blødeste og mest duktile form af stål. Fuld annealing kulstofstål opvarmes til cirka 40 C C over Ac3? eller Acm?, i 1 time; dette sikrer, at al ferrit omdannes til austenit (selvom cementit muligvis stadig findes, hvis kulstofindholdet er større end eutektoiden). Stålet skal derefter afkøles langsomt i området 20 C C (36.F) i timen. Normalt er det bare ovn afkølet, hvor ovnen er slukket med stålet stadig inde. Dette resulterer i en grov perlitisk struktur, hvilket betyder, at “båndene” af perlit er tykke. Fuldt udglødet stål er blødt og sejt, uden indre spændinger, hvilket ofte er nødvendigt for omkostningseffektiv formning. Kun kugleformet stål er blødere og mere sejt., Procesglødning en proces, der bruges til at lindre stress i et koldt bearbejdet kulstofstål med mindre end 0.3% C. stålet opvarmes normalt til 550-650.C i 1 time, men undertiden temperaturer så høje som 700. C. billedet til højre viser det område, hvor procesglødning forekommer. Isotermisk glødning det er en proces, hvor hypoeutektoidstål opvarmes over den øvre kritiske temperatur. Denne temperatur opretholdes i et stykke tid og reduceres derefter til under den lavere kritiske temperatur og opretholdes igen. Det afkøles derefter til stuetemperatur. Denne metode eliminerer enhver temperaturgradient., 55 C C over Ac3 eller Acm i 1 time; dette sikrer, at stålet fuldstændigt omdannes til austenit. Stålet luftkøles derefter, hvilket er en kølehastighed på cirka 38 C C (100.f) pr. Dette resulterer i en fin pearlitic struktur, og en mere ensartet struktur. Normaliseret stål har en højere styrke end udglødet stål; Det har en relativt høj styrke og hårdhed. Quuenching kulstofstål med mindst 0,4 vægt% C opvarmes til normaliserende temperaturer og derefter hurtigt afkølet (slukket) i vand, saltlage eller olie til den kritiske temperatur., Den kritiske temperatur er afhængig af kulstofindholdet, men er som hovedregel lavere, når kulstofindholdet stiger. Dette resulterer i en martensitisk struktur; en form for stål, der besidder et supermættet kulstofindhold i en deformeret kropscentreret kubisk (BCC) krystallinsk struktur, korrekt betegnet kropscentreret tetragonal (BCT), med meget intern stress. Således er slukket stål ekstremt hårdt, men sprødt, normalt for sprødt til praktiske formål. Disse indre spændinger kan forårsage spændingsrevner på overfladen., Slukket stål er cirka tre gange hårdere (fire med mere kulstof) end normaliseret stål. Martempering (marenuenching) Martempering er faktisk ikke en temperering procedure, dermed udtrykket marenuenching. Det er en form for isotermisk varmebehandling, der påføres efter en indledende slukning, typisk i et smeltet saltbad, ved en temperatur lige over “martensitstartstemperaturen”. Ved denne temperatur er restspændinger i materialet lettet, og nogle bainit kan dannes fra den tilbageholdte austenit, som ikke havde tid til at omdanne til noget andet., I industrien er dette en proces, der bruges til at kontrollere duktiliteten og hårdheden af et materiale. Ved længere marenuenching øges duktiliteten med et minimalt tab i styrke; stålet holdes i denne opløsning, indtil delens indre og ydre temperaturer udlignes. Derefter afkøles stålet med en moderat hastighed for at holde temperaturgradienten minimal. Ikke alene reducerer denne proces interne spændinger og spændingsrevner, men det øger også slagmodstanden., Hærdning dette er den mest almindelige varmebehandling, der opstår, fordi de endelige egenskaber præcist kan bestemmes af temperaturen og tidspunktet for tempereringen. Temperering involverer genopvarmning af slukket stål til en temperatur under eutektoidetemperaturen og derefter afkøling. Den forhøjede temperatur tillader meget små mængder sfæroidit at danne, hvilket genopretter duktiliteten, men reducerer hårdheden. Faktiske temperaturer og tider vælges omhyggeligt for hver sammensætning., Austemperering austempereringsprocessen er den samme som martemperering, bortset fra at dæmpningen afbrydes, og stålet holdes i det smeltede saltbad ved temperaturer mellem 205 C C og 540.C og derefter afkøles med en moderat hastighed. Det resulterende stål, kaldet bainit, producerer en acicular mikrostruktur i stålet, der har stor styrke (men mindre end martensit), større duktilitet, højere slagfasthed og mindre forvrængning end martensitstål. Ulempen ved austempering er, at den kun kan bruges på nogle få stål, og det kræver et specielt saltbad.