Stal węglowa

celem obróbki cieplnej stali węglowej jest zmiana właściwości mechanicznych stali, zwykle ciągliwości, twardości, granicy plastyczności lub odporności na uderzenia. Zauważ, że przewodność elektryczna i cieplna są tylko nieznacznie zmienione. Podobnie jak w przypadku większości technik wzmacniających dla stali, moduł Younga (sprężystość) nie ma wpływu., Wszystkie zabiegi ciągliwości stali w celu zwiększenia wytrzymałości i vice versa. Żelazo ma większą rozpuszczalność węgla w fazie austenitowej; dlatego wszystkie zabiegi cieplne, z wyjątkiem sferoidyzacji i wyżarzania procesowego, zaczynają się od ogrzewania stali do temperatury, w której może istnieć Faza austenityczna. Stal jest następnie hartowana (ciepło wyciągane) z umiarkowanym do niskiego tempa, umożliwiając dyfuzję węgla z austenitu, tworząc węglik żelaza (cementyt) i pozostawiając ferryt lub z wysoką szybkością, zatrzymując węgiel w żelazie, tworząc w ten sposób martenzyt., Szybkość, z jaką Stal jest chłodzona przez temperaturę eutektoidalną (około 727 °C), wpływa na szybkość, w której węgiel dyfunduje z austenitu i tworzy cementyt. Ogólnie rzecz biorąc, szybkie chłodzenie pozostawi węglik żelaza drobno rozproszony i wytworzy drobnoziarnisty perlit, a powolne chłodzenie da grubszy perlit. Chłodzenie stali hipoeutektoidalnej (poniżej 0,77% wagowych C) skutkuje lamelarno-perlityczną strukturą warstw węglika żelaza z α-ferrytem (prawie czystym żelazem) pomiędzy nimi. Jeśli jest to stal hipereutektoidalna (więcej niż 0.,77% wt % C) następnie struktura jest pełna perlit z drobnymi ziarnami (większymi niż Lamela perlitowa) cementytu uformowanego na granicach ziaren. Stal eutektoidalna (0,77% węgla) będzie miała perlitową strukturę w całym ziarnie, bez cementu na granicach. Względne ilości składników znajdują się za pomocą reguły dźwigni. Poniżej znajduje się lista możliwych rodzajów obróbki cieplnej:

Sferoidyzacja Sferoidytu tworzy się, gdy stal węglowa jest podgrzewana do około 700 °C przez ponad 30 godzin., Sferoidyt może tworzyć się w niższych temperaturach, ale czas potrzebny drastycznie wzrasta, ponieważ jest to proces kontrolowany przez dyfuzję. Rezultatem jest struktura prętów lub kul cementytu w strukturze pierwotnej (ferrytu lub perlitu, w zależności od tego, po której stronie eutektoidy się znajdujesz). Celem jest zmiękczenie wyższych stali węglowych i umożliwienie większej plastyczności. Jest to najdelikatniejsza i najbardziej ciągliwa forma stali. Pełne wyżarzanie stali węglowej jest ogrzewany do około 40 °C powyżej Ac3? czy Acm?, przez 1 godzinę; zapewnia to, że wszystkie Ferryty przekształcają się w austenit (chociaż cementyt może nadal istnieć, jeśli zawartość węgla jest większa niż eutektoid). Stal musi być następnie schładzana powoli, w zakresie 20 °C (36 °F) na godzinę. Zwykle jest to tylko chłodzenie pieca, gdzie piec jest wyłączany z stalą jeszcze w środku. Powoduje to grubą strukturę perlitu, co oznacza, że „pasma” perlitu są grube. W pełni wyżarzona Stal jest miękka i ciągliwa, bez naprężeń wewnętrznych, co często jest konieczne do opłacalnego formowania. Tylko sferoidalna Stal jest bardziej miękka i bardziej ciągliwa., Wyżarzanie procesowe proces stosowany w celu złagodzenia stresu w zimnej stali węglowej z mniej niż 0,3% C. Stal jest zwykle podgrzewana do 550-650 °C przez 1 godzinę, ale czasami temperatury tak wysokie, jak 700 °C. obraz po prawej stronie pokazuje obszar, w którym występuje wyżarzanie procesowe. Wyżarzanie izotermiczne jest to proces, w którym stal hipoeutektoidalna jest podgrzewana powyżej górnej temperatury krytycznej. Temperatura ta jest utrzymywana przez pewien czas, a następnie zmniejszona do poniżej niższej temperatury krytycznej i jest ponownie utrzymywana. Następnie jest chłodzony do temperatury pokojowej. Metoda ta eliminuje wszelkie gradienty temperatury., Normalizacja stali węglowej jest podgrzewana do około 55 °C powyżej Ac3 lub Acm przez 1 godzinę; zapewnia to całkowitą przemianę stali w austenit. Stal jest następnie chłodzona powietrzem, co jest szybkością chłodzenia około 38 °C (100 °F) na minutę. Powoduje to delikatną strukturę perlityczną i bardziej jednolitą strukturę. Stal znormalizowana ma wyższą wytrzymałość niż stal wyżarzana; ma stosunkowo wysoką wytrzymałość i twardość. Hartowanie stali węglowej o zawartości co najmniej 0,4% wagowych C jest podgrzewane do normalizacji temperatur, a następnie szybko schładzane (hartowane) w wodzie, solance lub oleju do temperatury krytycznej., Temperatura krytyczna zależy od zawartości węgla, ale z reguły jest niższa wraz ze wzrostem zawartości węgla. Skutkuje to strukturą martenzytyczną; formą stali, która posiada super-nasyconą zawartość węgla w zdeformowanej strukturze krystalicznej sześciennej (BCC) skoncentrowanej na ciele, właściwie nazywanej tetragonalną (BCT) skoncentrowaną na ciele, z dużym naprężeniem wewnętrznym. W ten sposób hartowana stal jest niezwykle twarda, ale krucha, zwykle zbyt krucha do celów praktycznych. Te naprężenia wewnętrzne mogą powodować pęknięcia naprężeniowe na powierzchni., Hartowana stal jest około trzy razy twardsza (cztery z większą ilością węgla) niż stal znormalizowana. Martempering (marquenching) Martempering nie jest w rzeczywistości procedurą temperowania, stąd termin marquenching. Jest to forma izotermicznej obróbki cieplnej stosowana po wstępnym hartowaniu, zazwyczaj w kąpieli ze stopioną solą, w temperaturze tuż powyżej „temperatury początkowej martenzytu”. W tej temperaturze naprężenia szczątkowe w materiale są uwalniane, a niektóre bainitu mogą być utworzone z zatrzymanego austenitu, który nie miał czasu, aby przekształcić się w coś innego., W przemyśle jest to proces stosowany do kontroli ciągliwości i twardości materiału. Przy dłuższym markizowaniu ciągliwość wzrasta przy minimalnej utracie wytrzymałości; Stal jest utrzymywana w tym roztworze, aż do wyrównania temperatury wewnętrznej i zewnętrznej części. Następnie stal jest chłodzona z umiarkowaną prędkością, aby utrzymać minimalny gradient temperatury. Proces ten nie tylko zmniejsza naprężenia wewnętrzne i pęknięcia naprężeniowe, ale także zwiększa odporność na uderzenia., Odpuszczanie jest to najczęściej spotykana obróbka cieplna, ponieważ końcowe właściwości mogą być precyzyjnie określone przez temperaturę i czas odpuszczania. Odpuszczanie polega na podgrzaniu hartowanej stali do temperatury poniżej temperatury eutektoidalnej, a następnie schłodzeniu. Podwyższona temperatura pozwala na tworzenie bardzo małych ilości sferoidytu, co przywraca ciągliwość, ale zmniejsza twardość. Rzeczywiste temperatury i czasy są starannie dobierane dla każdej kompozycji., Hartowanie proces hartowania jest taki sam jak hartowanie, z tym wyjątkiem, że hartowanie jest przerywane, a Stal jest utrzymywana w stopionej kąpieli solnej w temperaturach od 205 °C do 540 °C, a następnie chłodzona w umiarkowanym tempie. Otrzymana stal, zwana bainitem, wytwarza iglastą mikrostrukturę w stali, która ma dużą wytrzymałość (ale mniejszą niż martenzyt), większą ciągliwość, wyższą odporność na uderzenia i mniejsze zniekształcenia niż stal martenzyt. Wadą hartowania jest to, że może być stosowany tylko na kilku stalach i wymaga specjalnej kąpieli solnej.