Celem obróbki cieplnej stali węglowej jest zmiana właściwości mechanicznych stali, zwykle plastyczności, twardości, granicy plastyczności lub odporności na uderzenia. Należy pamiętać, że przewodność elektryczna i cieplna zmieniają się tylko nieznacznie. Podobnie jak w przypadku większości technik wzmacniania stali, moduł Younga (sprężystość) pozostaje niezmieniony. Wszystkie obróbki stali zwiększają ciągliwość w celu zwiększenia wytrzymałości i odwrotnie. Żelazo ma wyższą rozpuszczalność węgla w fazie austenitu; dlatego też wszystkie obróbki cieplne, z wyjątkiem sferoidyzacji i wyżarzania procesowego, rozpoczynają się od podgrzania stali do temperatury, w której może istnieć faza austenityczna. Następnie stal jest hartowana (odciągana ciepło) z dużą szybkością, co powoduje wytrącenie cementytu i na koniec zestalenie pozostałego czystego żelaza. Szybkość schładzania stali do temperatury eutektoidy wpływa na szybkość, z jaką węgiel dyfunduje z austenitu i tworzy cementyt. Ogólnie rzecz biorąc, szybkie chłodzenie pozostawi węglik żelaza drobno zdyspergowany i wytworzy drobnoziarnisty perlit (aż do osiągnięcia temperatury krytycznej martenzytu), a powolne chłodzenie da grubszy perlit. Chłodzenie stali podeutektoidalnej (poniżej 0,77% wag. C) powoduje powstanie lamelarno-perlitycznej struktury warstw węglika żelaza oα-ferryt (czyste żelazo) pomiędzy. Jeśli jest to stal nadeutektoidalna (więcej niż 0,77% wag. C), wówczas struktura jest pełnym perlitem z rozproszonymi małymi ziarnami (większymi niż blaszka perlitu) cementytu. Względne ilości składników wyznacza się za pomocą reguły dźwigni. Poniżej znajduje się lista możliwych rodzajów obróbki cieplnej:
·Sferoidyzacja: Sferoidyt tworzy się, gdy stal węglowa jest podgrzewana do około 700°C przez ponad 30 godzin. Sferoidyt może tworzyć się w niższych temperaturach, ale potrzebny czas drastycznie wzrasta, ponieważ jest to proces kontrolowany przez dyfuzję. Rezultatem jest struktura prętów lub kulek cementytu w strukturze pierwotnej (ferryt lub perlit, w zależności od tego, po której stronie eutektoidy się znajdujesz). Celem jest zmiękczenie stali o wyższej zawartości węgla i umożliwienie większej odkształcalności. Jest to najmiększa i najbardziej ciągliwa forma stali. Zdjęcie po prawej stronie pokazuje, gdzie zwykle występuje sferoidyzacja.
Pełne wyżarzanie: Stal węglową nagrzewa się do około 40°C powyżej Ac3? czy Acm? przez 1 godzinę; gwarantuje to przekształcenie całego ferrytu w austenit (chociaż cementyt może nadal istnieć, jeśli zawartość węgla jest większa niż eutektoid). Następnie stal należy powoli schładzać, w zakresie 20°C (36°F) na godzinę. Zwykle jest to po prostu schładzanie pieca, gdzie piec jest wyłączany, a stal pozostaje w środku. Powoduje to gruboziarnistą strukturę perlitu, co oznacza, że „pasma” perlitu są grube. Całkowicie wyżarzana stal jest miękka i ciągliwa, bez naprężeń wewnętrznych, które często są niezbędne do ekonomicznego formowania. Tylko stal sferoidyzowana jest bardziej miękka i plastyczna.
·Wyżarzanie procesowe: Proces stosowany w celu odprężenia stali węglowej obrabianej na zimno zawierającej mniej niż 0,3% wag. C. Stal zwykle podgrzewa się do 550°C.–650°C przez 1 godzinę, ale czasami temperatury sięgają nawet 700°C. Obraz po prawej stronie [potrzebne wyjaśnienia] pokazuje obszar, w którym zachodzi wyżarzanie procesowe.
Wyżarzanie izotermiczne: Jest to proces, w którym stal podeutektoidalną nagrzewa się powyżej górnej temperatury krytycznej i utrzymuje tę temperaturę przez pewien czas, a następnie temperaturę obniża się poniżej dolnej temperatury krytycznej i ponownie utrzymuje. Następnie na koniec chłodzi się do temperatury pokojowej. Ta metoda pozwala wyeliminować gradient temperatury.
Normalizowanie: Stal węglową nagrzewa się do około 55°C powyżej Ac3 lub Acm przez 1 godzinę; zapewnia to całkowitą przemianę stali w austenit. Stal jest następnie chłodzona powietrzem, co daje szybkość chłodzenia około 38°C (100°F) na minutę. Powoduje to drobną strukturę perlityczną i bardziej jednolitą strukturę. Stal znormalizowana ma wyższą wytrzymałość niż stal wyżarzana; ma stosunkowo wysoką wytrzymałość i twardość.
Hartowanie: Stal węglową zawierającą co najmniej 0,4% wag. C podgrzewa się do temperatur normalizujących, a następnie szybko schładza (hartuje) w wodzie, solance lub oleju do temperatury krytycznej. Temperatura krytyczna zależy od zawartości węgla, ale z reguły jest niższa wraz ze wzrostem zawartości węgla. Powoduje to strukturę martenzytyczną; forma stali charakteryzująca się zawartością węgla przesyconego w zdeformowanej strukturze krystalicznej sześciennej skupionej wokół ciała (BCC), właściwie zwanej tetragonalną skupioną wokół ciała (BCT), z dużymi naprężeniami wewnętrznymi. W ten sposób hartowana stal jest niezwykle twarda, ale krucha, zwykle zbyt krucha ze względów praktycznych. Te naprężenia wewnętrzne powodują pęknięcia naprężeniowe na powierzchni. Stal hartowana jest około trzy do czterech razy (z większą ilością węgla) twardsza niż stal normalizowana.
Hartowanie (martwienie): Hartowanie nie jest w rzeczywistości procedurą hartowania, stąd termin „martwienie”. Jest to forma izotermicznej obróbki cieplnej stosowana po wstępnym hartowaniu, zwykle w kąpieli ze stopioną solą w temperaturze tuż powyżej „temperatury początkowej martenzytu”. W tej temperaturze naprężenia szczątkowe w materiale ustępują i z austenitu szczątkowego może powstać bainit, który nie miał czasu przemienić się w nic innego. W przemyśle jest to proces stosowany do kontrolowania ciągliwości i twardości materiału. Przy dłuższym hartowaniu plastyczność wzrasta przy minimalnej utracie wytrzymałości; stal utrzymuje się w tym roztworze aż do wyrównania się temperatur wewnętrznej i zewnętrznej. Następnie stal schładza się z umiarkowaną prędkością, aby gradient temperatury był minimalny. Proces ten nie tylko zmniejsza naprężenia wewnętrzne i pęknięcia naprężeniowe, ale także zwiększa odporność na uderzenia.
Hartowanie i odpuszczanie: Jest to najczęściej spotykana obróbka cieplna, ponieważ końcowe właściwości można dokładnie określić na podstawie temperatury i czasu odpuszczania. Odpuszczanie polega na ponownym podgrzaniu hartowanej stali do temperatury poniżej temperatury eutektoidy, a następnie ochłodzeniu. Podwyższona temperatura pozwala na wytworzenie bardzo małych ilości sferoidytu, który przywraca plastyczność, ale zmniejsza twardość. Rzeczywiste temperatury i czasy są starannie dobierane dla każdej kompozycji.
Hartowanie: Proces hartowania jest taki sam jak hartowanie, z tą różnicą, że stal jest przetrzymywana w kąpieli ze stopionej soli w temperaturach przemiany bainitu, a następnie umiarkowanie chłodzona. Powstała stal bainitowa ma większą ciągliwość, wyższą odporność na uderzenia i mniejsze odkształcenia. Wadą temperowania jest to, że można je stosować tylko na kilku stalach i wymaga specjalnej kąpieli solnej.
Czas publikacji: 01 listopada 2019 r