Szénacél

a szénacél hőkezelésének célja az acél mechanikai tulajdonságainak megváltoztatása, általában hajlékonyság, keménység, hozamerősség vagy ütésállóság. Vegye figyelembe, hogy az elektromos és hővezető képesség csak kismértékben változik. Mint az acél legtöbb erősítő technikájához, a Young modulusa (rugalmassága) nem befolyásolja., Az acélkereskedelem rugalmasságának minden kezelése a nagyobb szilárdság érdekében, és fordítva. A vasnak nagyobb a szén oldhatósága az ausztenit fázisban; ezért minden hőkezelés, kivéve a szferoidizálást és a folyamat lágyítását, az acél melegítésével kezdődik olyan hőmérsékletre, amelyen az ausztenit fázis létezhet. Az acélt ezután mérsékelt vagy alacsony sebességgel kioltják (kihúzzák a hőt), lehetővé téve, hogy a szén az ausztenit formáló vas-karbidból (cementit) diffundáljon, és ferritet hagyjon, vagy nagy sebességgel, a vasban lévő szén csapdába ejtése így martenzitot képez., Az acél eutektoid hőmérsékletén (kb. 727 °C) keresztül történő lehűtésének sebessége befolyásolja azt a sebességet, amellyel a szén az ausztenitből diffundál, és cementitet képez. Általánosságban elmondható, hogy a gyors hűtés hatására a vas-karbid finoman diszpergálódik, finom szemcsés pearlit keletkezik, a lassú hűtés pedig durvább pearlitot eredményez. A hypoeutectoid acél hűtése (kevesebb, mint 0,77 wt % C) a vas-karbid rétegek lamellás-pearlitos szerkezetét eredményezi α-Ferrit (közel tiszta vas) között. Ha ez hypereutectoid acél (több mint 0.,77 wt% C) ezután a szerkezet teljes pearlit, kis szemcsékkel (nagyobb, mint a pearlite lamella) a cementitből, amely a szemcsehatárokon képződik. Az eutektoid acél (0,77% szén) pearlit szerkezetű lesz a szemcsékben, cementit nélkül a határokon. Az összetevők relatív mennyiségét a kar szabálya alapján találjuk meg. Az alábbiakban felsoroljuk a lehetséges hőkezelések típusait:

Szferoidizáló Szferoidit képződik, amikor a szénacélt körülbelül 700 °C-ra melegítjük 30 órán keresztül., A szferoidit alacsonyabb hőmérsékleten alakulhat ki, de a szükséges idő drasztikusan megnő, mivel ez egy diffúzió által vezérelt folyamat. Az eredmény a cementit rudak vagy gömbök szerkezete az elsődleges szerkezeten belül (Ferrit vagy pearlit, attól függően, hogy az eutektoid melyik oldalán tartózkodik). A cél a magasabb szénacélok lágyítása és nagyobb formázhatóság lehetővé tétele. Ez az acél legpuhább és leglágyabb formája. A teljes lágyító szénacélt körülbelül 40 °C-ra melegítik Ac3 felett? vagy Acm?, 1 órán keresztül; ez biztosítja, hogy az összes Ferrit ausztenité alakuljon át (bár a cementit akkor is létezhet, ha a széntartalom nagyobb, mint az eutektoid). Az acélt ezután lassan le kell hűteni, óránként 20 °C (36 °F) tartományban. Általában ez csak kemence lehűtjük, ahol a kemence ki van kapcsolva az acél még benne. Ez durva pearlitos szerkezetet eredményez, ami azt jelenti, hogy a pearlit “sávjai” vastagok. A teljesen lágyított acél puha, gömbölyű, belső feszültségek nélkül, ami gyakran szükséges a költséghatékony kialakításhoz. Csak a gömbölyű acél lágyabb és gömbölyűbb., Folyamat lágyítás a stressz enyhítésére használt folyamat hidegen megmunkált szénacélban, kevesebb, mint 0,3% C. az acélt általában 550-650 °C-ra melegítik 1 órán keresztül, de néha olyan magas hőmérsékleten, mint 700 °C. A kép jobbra mutatja azt a területet, ahol a folyamat lágyítása történik. Izotermikus lágyítás ez egy olyan folyamat, amelyben a hypoeutectoid acélt a felső kritikus hőmérséklet fölé melegítik. Ezt a hőmérsékletet egy ideig fenntartják, majd az alacsonyabb kritikus hőmérséklet alá csökkentik, majd ismét fenntartják. Ezután szobahőmérsékletre hűtjük. Ez a módszer kiküszöböli a hőmérsékleti gradienst., A szénacél normalizálása körülbelül 55 °C-ra melegszik Ac3 vagy Acm felett 1 órán keresztül; ez biztosítja, hogy az acél teljesen ausztenité alakuljon át. Az acél ezután léghűtéses, ami körülbelül 38 °C (100 °F) / perc hűtési sebesség. Ez finom pearlitikus struktúrát eredményez, egyenletesebb struktúrát eredményez. A normalizált acél nagyobb szilárdságú, mint a lágyított acél; viszonylag nagy szilárdságú és keménységű. A szénacél legalább 0,4 wt% C-os kioltását a hőmérséklet normalizálására melegítjük, majd gyorsan lehűtjük (leállítjuk) vízben, sós lében vagy olajban a kritikus hőmérsékletre., A kritikus hőmérséklet a széntartalomtól függ,de általános szabályként alacsonyabb, mint a széntartalom. Ez martensitikus szerkezetet eredményez; olyan acélforma, amely szuper telített széntartalommal rendelkezik egy deformált testközpontú köbös (BCC) kristályszerkezetben, megfelelően testközpontú tetragonális (BCT) néven, sok belső stresszel. Így kioltott acél rendkívül kemény, de törékeny, általában túl törékeny gyakorlati célokra. Ezek a belső feszültségek stressz repedéseket okozhatnak a felületen., A kioltott acél körülbelül háromszor nehezebb (négy, több szénnel), mint a normalizált acél. Martempering (marquenching) Martempering valójában nem egy temperálás eljárás, így a kifejezés marquenching. Ez az izotermikus hőkezelés egyik formája, amelyet egy kezdeti leállítás után alkalmaznak, jellemzően olvadt sófürdőben, közvetlenül a “martenzit indítási hőmérséklete” feletti hőmérsékleten. Ezen a hőmérsékleten az anyagon belüli maradék feszültségek enyhülnek, és a megtartott ausztenitből bizonyos bainit képződhet, amelynek nem volt ideje másra átalakulni., Az iparban ezt a folyamatot használják, hogy ellenőrizzék a hajlékonyság, keménység, az anyag. Hosszabb marquenching esetén a hajlékonyság minimális szilárdsági veszteséggel növekszik; az acélt ebben a megoldásban tartják, amíg az alkatrész belső és külső hőmérséklete kiegyenlül. Ezután az acélt mérsékelt sebességgel lehűtjük, hogy a hőmérsékleti gradiens minimális legyen. Ez a folyamat nemcsak csökkenti a belső feszültségeket és a stressz repedéseket, hanem növeli az ütésállóságot is., Temperálás ez a leggyakoribb hőkezelés, mivel a végső tulajdonságok pontosan meghatározhatók a temperálás hőmérsékletével és idejével. A temperálás magában foglalja a kioltott acél melegítését az eutektoid hőmérséklet alatti hőmérsékletre, majd hűtésre. Az emelkedett hőmérséklet lehetővé teszi nagyon kis mennyiségű szferoidit képződését, ami visszaállítja a hajlékonyságot, de csökkenti a keménységet. Az egyes összetételekhez a tényleges hőmérsékletet és időt gondosan választják ki., Az austempering eljárás ugyanaz, mint a martempering, kivéve, ha a leállítás megszakad, és az acélt az olvadt sófürdőben 205 °C és 540 °C közötti hőmérsékleten tartják, majd mérsékelt sebességgel lehűtik. A kapott acél, az úgynevezett bainit, acikuláris mikrostruktúrát hoz létre az acélban, amely nagy szilárdságú (de kisebb, mint a martenzit), nagyobb rugalmasságot, nagyobb ütésállóságot és kisebb torzítást eredményez, mint a martenzit acél. Az austempering hátránya, hogy csak néhány acélon használható, speciális sófürdőt igényel.