Herding av stål
Tempering er en varmebehandlingsprosess der et bråkjølt arbeidsstykke gjenoppvarmes til en temperatur under A1, holdes i en bestemt tid og deretter avkjøles til romtemperatur. Bråkjølt stål bør ikke brukes direkte; det må gjennomgå herding, som bestemmer mikrostrukturen og egenskapene til stålet og er et avgjørende varmebehandlingstrinn.
Hensikten med temperering
For å oppnå ønskede mekaniske egenskaper
Etter bråkjøling har arbeidsstykket høy hardhet, men lav duktilitet og seighet. For å møte ulike ytelseskrav for ulike deler, brukes herding til å modifisere den bråkjølte mikrostrukturen, justere hardheten og redusere sprøhet, noe som resulterer i de ønskede mekaniske egenskapene til arbeidsstykket.
For å stabilisere arbeidsstykkets dimensjoner
Martensitten og den tilbakeholdte austenitten som dannes under bråkjøling er ustabile strukturer som kan brytes ned over tid, noe som forårsaker dimensjons- og formendringer. Tempering forvandler den bråkjølte mikrostrukturen til en stabil, og sikrer at arbeidsstykket beholder sine dimensjoner og form under bruk.
For å redusere eller eliminere indre spenninger fra bråkjøling
Slokking induserer betydelig indre stress. Hvis de ikke avlastes umiddelbart gjennom herding, kan disse spenningene føre til at arbeidsstykket deformeres eller til og med sprekker.
Transformasjoner under herding av bråkjølt stål
Bråkjølt martensitt og tilbakeholdt austenitt er metastabile faser som spaltes til ferritt og karbider når de tempereres fra romtemperatur til under A1. De spesifikke transformasjonene avhenger av tempereringstemperaturen:
Dekomponering av martensitt (mindre enn eller lik 200 grader)
Når temperert under 80 grader, skjer ingen signifikant mikrostrukturell endring, bortsett fra grupperingen av karbonatomer i martensitt. Mellom 80 grader og 200 grader begynner martensitt å brytes ned, med karbonatomer som utfelles som ε-karbider (Fe2.4C), noe som reduserer karbonovermetningen i martensitt og reduserer tetragonalitet. Ettersom tempereringstemperaturen er lav, feller bare en del av overskuddet av karbon ut, og etterlater martensitten som en overmettet fast løsning av karbon i -Fe. De fine ε-karbidene er spredt langs grenseflatene til den overmettede -faste løsningen, og opprettholder et koherent forhold (der atomene ved fasegrensene deles av de to krystallgittrene). Denne mikrostrukturen, som består av en mindre overmettet -fast løsning og ε-karbider, kalles temperert martensitt. På grunn av den fine og svært spredte naturen til ε-karbidene, reduseres ikke hardheten til stålet nevneverdig når det tempereres under 200 grader. Utfellingen av ε-karbider reduserer imidlertid gitterforvrengning, reduserer bråkjølingsspenningen og øker plastisiteten og seigheten til stålet noe.
Dekomponering av beholdt austenitt (200 grader –300 grader)
Beholdt austenitt ligner på underkjølt austenitt, så dens tempereringstransformasjonsprodukter er de samme som for underkjølt austenitt under lignende temperaturforhold, og danner martensitt, bainitt eller perlitt avhengig av temperaturen.
Når stål er herdet mellom 200 grader og 300 grader, fortsetter martensitt å brytes ned, og tilbakeholdt austenitt begynner å transformeres til lavere bainitt (200 grader –300 grader er det nedre bainitt-transformasjonsområdet). Ved dette temperaturområdet reduseres bråkjølingsspenningen ytterligere, men hardheten synker ikke nevneverdig.
Transformasjon av karbider (250 grader –450 grader)
Når temperert over 250 grader, fører den økte diffusjonsevnen til karbonatomer til at ε-karbider gradvis forvandles til stabil sementitt. Ved 450 grader omdannes alle ε-karbider til svært spredt sementitt. Den kontinuerlige utfellingen av karbon senker karboninnholdet i den -faste løsningen til dets likevektsnivå, og gjør den om til ferritt, selv om den forblir nållignende- i form. Denne strukturen, som består av nål-som ferritt og svært spredt sementitt, kalles temperert troostitt. Den herdede troostittstrukturen av 45 stål er vist i figuren nedenfor. På dette tidspunktet reduseres hardheten til stålet, og dets seighet og plastisitet øker ytterligere, med bråkjølingsspenning nesten eliminert.
Aggregering og vekst av sementitt og omkrystallisering av ferritt (450 grader –700 grader)
Over 450 grader sfæroidiserer den sterkt dispergerte sementitten gradvis til fine partikler, og når temperaturen stiger, vokser disse partiklene. Samtidig begynner ferritt å omkrystallisere mellom 500 grader og 600 grader, og forvandles fra lekte- eller nållignende former til polygonale korn.
Denne strukturen, som består av granulær sementitt fordelt på en polygonal ferrittmatrise, kalles temperert sorbitt. Den herdede sorbittstrukturen av 45 stål er vist i figuren nedenfor. Hvis temperaturen økes ytterligere til 650 grader –A1, blir den granulære sementitten grov, og danner en mikrostruktur av polygonal ferritt og større granulær sementitt, kjent som temperert perlitt.
Transformasjonen av bråkjølt stål under herding skjer over forskjellige temperaturområder. Selv ved samme tempereringstemperatur kan flere typer transformasjoner forekomme. Egenskapene til herdet stål avhenger av disse mikrostrukturelle endringene, som igjen påvirker dets mekaniske ytelse. Generelt, når tempereringstemperaturen øker, reduseres styrke og hardhet mens duktilitet og seighet forbedres, med disse endringene som blir mer uttalt ved høyere temperaturer.
Typer og anvendelser av herding
Den primære faktoren som bestemmer stålets mikrostruktur og egenskaper er tempereringstemperaturen. Tempering er kategorisert i tre typer basert på temperatur og resulterende mikrostruktur:
Lav-temperaturtemperatur (150 grader –250 grader)
Lav-temperaturtempering produserer temperert martensitt. Målet er å beholde den høye hardheten og slitestyrken til bråkjølt stål, samtidig som det reduserer indre spenninger og sprøhet, og forbedrer duktilitet og seighet. Denne metoden brukes hovedsakelig for høy-karbon- og legeringsstål i skjæreverktøy, måleverktøy, kaldstansematriser, rullelagre, forkullede deler og overflate-herdede deler. Hardheten etter herding er typisk mellom 58–64 HRC.
Middels-temperaturtempering (350 grader –500 grader)
Denne metoden gir temperert troostitt. Hensikten er å oppnå høy flytestyrke, elastisk grense og betydelig seighet. Middels-temperering brukes først og fremst til ulike elastiske komponenter og varme-arbeidsdyser. Hardheten etter herding varierer vanligvis fra 35–50 HRC.
Høy-temperaturtemperatur (500 grader –650 grader)
Denne metoden produserer herdet sorbitt. Målet er å oppnå en balanse mellom styrke, hardhet, duktilitet og seighet. Når quenching og høy-tempering kombineres, blir prosessen ofte referert til som "quenching og tempering". Det er mye brukt for kritiske strukturelle komponenter i produksjonen av biler, traktorer og maskinverktøy (som koblingsstenger, pigger, gir og giraksler). Hardheten etter herding varierer vanligvis fra 200–330 HBW.
Selv om hardhetsverdiene til stål etter normalisering og bråkjølings-tempering er ganske like, gjennomgår kritiske strukturelle komponenter i produksjonen vanligvis bråkjølings-tempering i stedet for normalisering. Dette er fordi mikrostrukturen til temperert sorbitt har granulær sementitt, mens sorbitt oppnådd ved normalisering har lamellær sementitt. Derfor viser bråkjølt og herdet stål ikke bare høyere styrke, men har også bedre duktilitet og seighet sammenlignet med normalisert tilstand.
Herding og herding kan tjene som den siste varmebehandlingsprosessen eller som en forbehandling før overflateherding og kjemisk varmebehandling. Siden hardheten til herdet stål ikke er høy, muliggjør det enkel maskinering og lave overflateruhetsverdier.
I tillegg til disse tre vanlige herdingsmetodene, gjennomgår enkelte høy-legerte stål høy-mykningstempering ved 20 grader –40 grader under A1 for å oppnå herdet perlitt som et alternativ til kuleglødning.
For å sikre grundig mikrostrukturell transformasjon under herding, må arbeidsstykket holdes ved tempereringstemperaturen i tilstrekkelig tid, vanligvis mellom 1 og 3 timer, avhengig av materiale, temperatur, tykkelse, belastning og oppvarmingsmetode. Kjølemetoden etter herding har liten effekt på ytelsen til karbonstål, men for å unngå å indusere nye påkjenninger, avkjøles arbeidsstykker vanligvis sakte i luft etter herding.
Kontakt oss
For mer informasjon, vennligst kontakt oss påmetal@welongpost.com.
