Koolstofstaal

Het doel van de warmtebehandeling van koolstofstaal is het veranderen van de mechanische eigenschappen van staal, meestal ductiliteit, hardheid, vloeigrens, of slagvastheid. Merk op dat de elektrische en thermische geleidbaarheid slechts lichtjes worden gewijzigd. Zoals bij de meeste versterkingstechnieken voor staal, is de modulus (elasticiteit) van Young onaangetast., Alle behandelingen van Staalhandel rekbaarheid voor verhoogde sterkte en vice versa. Het ijzer heeft een hogere oplosbaarheid voor koolstof in de austenietfase; daarom beginnen alle thermische behandelingen, behalve spheroidizing en Proces Het ontharden, door het Staal aan een temperatuur te verwarmen waarbij de austenitic fase kan bestaan. Het staal wordt dan gedoofd (warmte getrokken uit) met een matige tot lage snelheid waardoor koolstof te diffunderen uit de austeniet vormende ijzer-carbide (cementiet) en laat ferriet, of met een hoge snelheid, het vangen van de koolstof in het ijzer waardoor martensiet., De snelheid waarmee het staal wordt gekoeld door de eutectoïde temperatuur (ongeveer 727 °C) beïnvloedt de snelheid waarmee koolstof verspreidt uit austeniet en cementiet vormt. In het algemeen, snel koelen laat ijzercarbide fijn gedispergeerd en produceren een fijnkorrelige pearlite en koeling langzaam zal een grovere pearlite geven. Het koelen van een hypoeutectoïd staal (minder dan 0,77 gew.% C) resulteert in een lamellair-pearlitische structuur van ijzercarbide lagen met α-ferriet (bijna zuiver ijzer) ertussen. Als het hypereutectoïde staal (meer dan 0.,77 wt% C) dan is de structuur vol pearlite met kleine korrels (groter dan de pearlite lamella) van cementiet gevormd op de korrelgrenzen. Een eutectoïde staal (0,77% koolstof) zal een parelwitstructuur hebben in de korrels zonder cementiet aan de grenzen. De relatieve hoeveelheden bestanddelen worden gevonden met behulp van de hefboomregel. Hieronder volgt een lijst van de soorten warmtebehandelingen die mogelijk zijn:

Spheroidizing Spheroidiet vormt zich wanneer koolstofstaal gedurende meer dan 30 uur wordt verhit tot ongeveer 700 °C., Spheroidite kan zich bij lagere temperaturen vormen maar de tijd die nodig is neemt drastisch toe, aangezien dit een diffusie-gecontroleerd proces is. Het resultaat is een structuur van staven of bollen van cementiet binnen de primaire structuur (ferriet of pearliet, afhankelijk van welke kant van de eutectoïde u op). Het doel is om hogere koolstofstaal te verzachten en meer vervormbaarheid mogelijk te maken. Dit is de zachtste en meest nodulaire vorm van staal. Volledig onthardend koolstofstaal wordt verwarmd tot ongeveer 40 °C boven Ac3? of Acm?, gedurende 1 uur; Dit zorgt ervoor dat al het ferriet in austeniet wordt omgezet (hoewel cementiet nog kan bestaan als het koolstofgehalte hoger is dan het eutectoïde). Het staal moet dan langzaam worden gekoeld, in het gebied van 20 °C (36 °F) per uur. Meestal is het gewoon oven gekoeld, waar de oven is uitgeschakeld met het Staal nog binnen. Dit resulteert in een grove pearlite structuur, wat betekent dat de “banden” van pearlite dik zijn. Volledig gegloeid staal is zacht en nodulair, zonder interne spanningen, wat vaak nodig is voor kosteneffectieve vormen. Alleen spheroidized staal is zachter en meer nodulair., Proces het ontharden een proces wordt gebruikt om spanning in een koud-werkte koolstofstaal met minder dan 0.3% te verlichten C. Het staal wordt gewoonlijk verwarmd aan 550-650 °C gedurende 1 uur, maar soms temperaturen zo hoog zoals 700 °C. Het beeld rechts toont het gebied waar proces het ontharden voorkomt. Isothermisch gloeien het is een proces waarbij hypoeutectoid staal boven de bovenste kritische temperatuur wordt verwarmd. Deze temperatuur wordt gedurende enige tijd gehandhaafd en vervolgens verlaagd tot onder de lagere kritische temperatuur en wordt opnieuw gehandhaafd. Vervolgens wordt het gekoeld tot kamertemperatuur. Deze methode elimineert elke temperatuurgradiënt., Het normaliseren van koolstofstaal wordt verwarmd tot ongeveer 55 °C boven Ac3 of Acm gedurende 1 uur; Dit zorgt ervoor dat het staal volledig in austeniet transformeert. Het staal wordt dan luchtgekoeld, wat een koelsnelheid is van ongeveer 38 °C (100 °F) per minuut. Dit resulteert in een fijne parelwitte structuur, en een meer uniforme structuur. Genormaliseerd staal heeft een hogere sterkte dan gegloeid staal; het heeft een relatief hoge sterkte en hardheid. Het blussen van koolstofstaal met ten minste 0,4 wt% C wordt verwarmd tot normaliserende temperaturen en vervolgens snel gekoeld (gedoofd) in water, pekel of olie tot de kritische temperatuur., De kritische temperatuur is afhankelijk van het koolstofgehalte, maar is in het algemeen lager naarmate het koolstofgehalte toeneemt. Dit resulteert in een martensitische structuur; een vorm van staal die een super-verzadigd koolstofgehalte bezit in een misvormde body-centered cubic (BCC) kristallijne structuur, correct genoemd body-centered tetragonal (BCT), met veel interne stress. Aldus geblust staal is extreem hard maar Bros, meestal te bros voor praktische doeleinden. Deze inwendige spanningen kunnen spanningsscheuren op het oppervlak veroorzaken., Gedoofd staal is ongeveer drie keer harder (vier met meer koolstof) dan genormaliseerd staal. Martempering (marquenching) Martempering is eigenlijk geen temperprocedure, vandaar de term marquenching. Het is een vorm van isothermische warmtebehandeling toegepast na een eerste blussen, meestal in een gesmolten zoutbad, bij een temperatuur net boven de “martensiet starttemperatuur”. Bij deze temperatuur worden de resterende spanningen in het materiaal weggenomen en kan er bainiet worden gevormd uit het behouden austeniet dat geen tijd had om in iets anders te transformeren., In de industrie is dit een proces dat wordt gebruikt om de rekbaarheid en hardheid van een materiaal te controleren. Bij langere marquenching neemt de rekbaarheid toe met een minimaal verlies aan sterkte; het staal wordt in deze oplossing gehouden totdat de binnen-en buitentemperaturen van het onderdeel gelijk zijn. Vervolgens wordt het staal gekoeld met een matige snelheid om de temperatuurgradiënt minimaal te houden. Niet alleen vermindert dit proces interne spanningen en spanningsscheuren, maar het verhoogt ook de slagvastheid., Temperen dit is de meest voorkomende warmtebehandeling ondervonden, omdat de uiteindelijke eigenschappen nauwkeurig kunnen worden bepaald door de temperatuur en de tijd van het temperen. Bij het temperen wordt geblust staal opnieuw verhit tot een temperatuur onder de eutectoïde temperatuur en vervolgens afgekoeld. De verhoogde temperatuur staat zeer kleine hoeveelheden spheroidite toe te vormen, die rekbaarheid herstelt, maar de hardheid vermindert. Werkelijke temperaturen en tijden worden zorgvuldig gekozen voor elke samenstelling., Austempering het austempering proces is hetzelfde als martempering, behalve dat het blussen wordt onderbroken en het staal in het gesmolten zoutbad wordt gehouden bij temperaturen tussen 205 °C en 540 °C, en vervolgens met een gematigd tempo wordt afgekoeld. Het resulterende staal, genaamd bainiet, produceert een aciculaire microstructuur in het staal die grote sterkte heeft (maar minder dan martensiet), Grotere rekbaarheid, hogere slagvastheid en minder vervorming dan martensietstaal. Het nadeel van austempering is dat het alleen kan worden gebruikt op een paar staalsoorten, en het vereist een speciaal zoutbad.