Karbon stål

formålet med varme behandling av karbonstål er å endre den mekaniske egenskaper av stål, vanligvis formbarhet, hardhet, flytespenning, eller slagfasthet. Vær oppmerksom på at elektrisk og termisk konduktivitet er bare litt endret. Som med de fleste styrke teknikker for stål, Young ‘ s modulus (elastisitet) er upåvirket., Alle behandlinger av stål handel formbarhet for økt styrke og vice versa. Strykejern har en høyere løselighet for karbon i austenite fase, og derfor er alle varme behandlinger, bortsett fra spheroidizing og prosessen avspenning, start ved oppvarming av stål til en temperatur som austenittisk fase kan eksistere. Stål er så slokna (varme trukket ut) på et moderat til lav pris slik at karbon for å spre ut av austenite forming jern-karbid (cementite) og forlater ferritt, eller ved en høy pris, fangst av karbon innenfor strykejern dermed danner martensite., Hastigheten som stål er avkjølt gjennom eutectoid temperatur (om 727 °C) påvirker den hastigheten som karbon diffunderer ut av austenite og former cementite. Generelt sett, kjøling raskt vil forlate strykejern carbide fint spredt og produsere en finkornet pearlite og kjøling sakte vil gi en grovere pearlite. Kjøling en hypoeutectoid stål (mindre enn 0.77 wt% C) resultatene i en lamellær-pearlitic struktur av jern carbide lag med α-ferritt (nesten rent jern) mellom. Hvis det er hypereutectoid stål (mer enn 0.,77 wt% C) deretter strukturen er full pearlite med små korn (større enn pearlite lamella) av cementite dannet på korn grenser. En eutectoid stål (0.77% karbon) vil ha en pearlite struktur over hele korn med ingen cementite på grensene. Den relative mengder av bestanddelene er funnet ved hjelp av spaken regelen. Følgende er en liste over typer av varme behandlinger mulig:

Spheroidizing Spheroidite former når karbon stål er oppvarmet til ca 700 °C i over 30 timer., Spheroidite kan dannes ved lavere temperaturer, men den tiden som er nødvendig drastisk øker, så dette er en diffusjon-kontrollert prosess. Resultatet er en struktur av stenger eller sfærer av cementite innen primær struktur (ferritt eller pearlite, avhengig av hvilken side av eutectoid du er på). Formålet er å mykne høyere karbonstål og tillate mer formability. Dette er den mykeste og mest smidig form av stål. Full avspenning Karbon stål er oppvarmet til ca 40 °C over Ac3? eller Acm?, for 1 time, og dette sikrer alle ferritt forvandles til austenite (selv om cementite kan fortsatt eksisterer om karbon innhold er større enn eutectoid). Stål må da kjøles langsomt, i riket av 20 °C (36 °F) per time. Vanligvis er det bare ovn avkjølt, hvor ovnen er slått av med stål fortsatt er inne. Dette resulterer i en grov pearlitic struktur, som betyr «band» av pearlite er tykk. Fullt herdet stål er myk og smidig, med noen indre spenninger, som er det ofte behov for kostnadseffektive forming. Bare spheroidized stål er mykere og mer smidig., Prosessen annealing En prosess som brukes for å lindre stress i en kald-arbeidet karbon stål med mindre enn 0,3% C. stål vanligvis er oppvarmet til 550-650 °C i 1 time, men noen ganger temperaturer så høye som 700 °C. bildet mot høgre viser området hvor prosessen annealing oppstår. Isotermisk annealing Det er en prosess som hypoeutectoid stål er oppvarmet over den øvre kritisk temperatur. Denne temperaturen er opprettholdt for en tid, og deretter redusert til under nedre kritiske temperatur og er igjen vedlikeholdt. Det er så avkjølt til romtemperatur. Denne metoden eliminerer alle temperaturgradient., Normalisering Karbon stål er oppvarmet til ca 55 °C over Ac3 eller Acm for 1 time, og dette sikrer stål helt forvandler å austenite. Stål er så luftkjølt, som er en kjølig pris på ca 38 °C (100 °F) per minutt. Dette resulterer i en fin pearlitic struktur, og en mer enhetlig struktur. Normalisert stål har en høyere styrke enn herdet stål; den har en relativt høy styrke og hardhet. Leskende Karbon stål med minst 0.4 wt% C er oppvarmet til å normalisere temperaturer og trykk deretter raskt nedkjølt (slukket) i vann, saltlake, eller olje til kritisk temperatur., Den kritiske temperaturen er avhengig av karbon innhold, men som en generell regel er lavere karbon innhold øker. Dette resulterer i en martensittisk struktur; en form for stål som har en super-mettet karbon innhold i en deformert kropp-sentrert kubikkmeter (BCC) krystallinsk struktur, riktig betegnet kroppen-sentrert tetragonal (BCT), med mye indre stress. Dermed slukket stål er ekstremt vanskelig, men sprø, vanligvis for sprøtt til praktiske formål. Disse interne spenninger som kan føre til stress sprekker på overflaten., Slukket stål er ca tre ganger hardere (fire med mer karbon) enn normalisert stål. Martempering (marquenching) Martempering er faktisk ikke en herding prosedyren, derav begrepet marquenching. Det er en form for isotermisk varmebehandling brukes etter en innledende slukke, vanligvis i en smeltet salt badekar, ved en temperatur like over «martensite start temperatur». Ved denne temperaturen, rester av spenninger i materialet er lettet og noen bainite kan være dannet fra opptjent austenite som ikke har tid til å forvandle seg til noe annet., I industrien, dette er en prosess som brukes til å styre formbarhet og hardhet av et materiale. Med lengre marquenching, og formbarhet øker med et minimalt tap i styrke, stål og er holdt i denne løsningen til den indre og ytre temperaturen del utjevne. Deretter stål er avkjølt i et moderat tempo for å holde temperaturen gradient minimal. Ikke bare er denne prosessen redusere interne spenninger og stress sprekker, men det øker også slagfasthet., Tempering Dette er den mest vanlige varmebehandling oppstått, fordi det endelige egenskaper kan nettopp være bestemt av temperatur og tid til herding. Tempering innebærer gjenoppvarming slokna stål til en temperatur under eutectoid temperatur så kjøling. Forhøyet temperatur gir svært små mengder av spheroidite til form, noe som gjenoppretter formbarhet, men reduserer hardhet. Selve temperaturer og tider som er nøye utvalgt for hver komposisjon., Austempering Den austempering prosessen er den samme som martempering, bortsett fra slukke er avbrutt og stål er holdt i smeltet salt badekar ved temperaturer mellom 205 °C og 540 °C, og deretter avkjøles på en moderat pris. Den resulterende stål, kalt bainite, produserer en acicular mikrostrukturen i stål som har stor styrke (men mindre enn martensite), større formbarhet, høyere effekt motstand, og mindre forvrengning enn martensite stål. Ulempen med austempering er det bare kan bli brukt på et par stål, og det krever en spesiell salt badekar.