1. Aký je základný princíp toho, ako obsah uhlíka ovplyvňuje tvrdosť za studena-valcovaných zvitkov?
Spevnenie tuhého roztoku: Atómy uhlíka existujú ako intersticiálne tuhé roztoky v intersticiálnej mriežke feritu (-Fe). Pretože atómy uhlíka sú oveľa menšie ako atómy železa, deformujú železnú mriežku, vytvárajú lokalizované napäťové polia a bránia pohybu dislokácie. Táto deformácia mriežky zvyšuje odolnosť materiálu voči plastickej deformácii, čo vedie k zlepšeniu tvrdosti a pevnosti.
Fázová premena a stanovenie mikroštruktúry: Obsah uhlíka určuje mikroštruktúru ocele:
Nízkouhlíková oceľ (C < 0,25 %): Mikroštruktúra je prevažne feritová s malým množstvom perlitu. Samotný ferit je relatívne mäkký, čo má za následok nízku celkovú tvrdosť.
Stredne uhlíková oceľ (C 0,25%~0,6%): Zvyšuje sa podiel perlitu. Perlit je vrstvená zmes feritu a cementitu (Fe₃C, extrémne tvrdá zlúčenina), s tvrdosťou oveľa vyššou ako ferit.
Oceľ s vysokým obsahom uhlíka (C > 0,6 %): V mikroštruktúre sa objavuje viac cementitu, dokonca vytvára sieť alebo zrnité karbidy, čím sa výrazne zvyšuje tvrdosť.
2. Existuje kvantitatívny vzťah medzi obsahom uhlíka a tvrdosťou zvitkov valcovaných za studena-?
Empirický vzorec: V prípade uhlíkovej ocele valcovanej za tepla-alebo žíhanej ocele má pevnosť v ťahu (úmerná tvrdosti) približne lineárny vzťah s obsahom uhlíka.
Aditívny účinok pracovného kalenia pri valcovaní za studena: V prípade zvitkov valcovaných za studena- tvrdosť závisí nielen od obsahu uhlíka, ale aj od rýchlosti zníženia valcovania za studena. Hustota dislokácie sa prudko zvyšuje počas valcovania za studena, čo vedie k vytvrdzovaniu.
Kvantitatívny trend: Pri rovnakej miere redukcie valcovania za studena vedie zvýšenie obsahu uhlíka o 0,1 % zvyčajne k výraznému zvýšeniu tvrdosti (napr. HRB alebo HV) (napr. HV sa môže zvýšiť o 20-40 bodov). Avšak v oblasti s vysokým obsahom uhlíka má rýchlosť nárastu tvrdosti tendenciu sploštiť sa v dôsledku prítomnosti krehkých fáz v mikroštruktúre.
Vplyv popúšťania: V prípade ocelí valcovaných za studena, žíhaných alebo popúšťaných{0}} sa zmena tvrdosti s obsahom uhlíka mení v závislosti od teploty popúšťania a správania zrážania karbidov.
3. Aké sú rozdiely v typických hodnotách tvrdosti a aplikačných scenároch pre zvitky valcované za studena- s rôznymi rozsahmi obsahu uhlíka?
Mimoriadne-nízkouhlíková oceľ: menej alebo rovná 0,01 % (napríklad IF oceľ), používaná v paneloch karosérií automobilov (dvere, kapoty) a zložitých hlboko ťahaných-dieloch.
Nízkouhlíková oceľ: 0,02 % ~ 0,15 % Používa sa na kryty zariadení, všeobecné lisované diely a pocínované -pokovované substráty.
4.Ako mení samotný proces valcovania za studena pôvodnú tvrdosť určenú obsahom uhlíka?
Rozdiely v rýchlosti vytvrdzovania:
Nízko uhlíková oceľ: Relatívne nízka kapacita pracovného kalenia. Hoci sa tvrdosť po valcovaní za studena zvyšuje, rýchlosť vytvrdzovania je pomalá.
Oceľ s vysokým obsahom uhlíka: Extrémne vysoká rýchlosť pracovného kalenia. Kvôli veľkému množstvu perlitu a karbidov, ktoré sú už prítomné v počiatočnej mikroštruktúre, je pohyb dislokácie vážnejšie brzdený počas valcovania za studena, čo vedie k prudkému zvýšeniu tvrdosti so zvyšujúcou sa rýchlosťou redukcie a je pravdepodobnejšie, že dosiahne saturáciu.
Aditívny efekt konečnej tvrdosti:
Konečná tvrdosť za studena-valcovaného zvitku ≈ (matricová tvrdosť určená obsahom uhlíka) + (spevnenie za studena prispené mierou zníženia valcovania za studena).
For example: A low-carbon steel cold-rolled coil (such as SPCC) with a large reduction rate (>50 %) môže mať tvrdosť (napr. HRB 85) prevyšujúcu tvrdosť žíhanej stredne uhlíkovej ocele (napr. žíhaná 45# oceľ HRB 80). Preto je možné tvrdosť upraviť v určitom rozsahu prostredníctvom procesu valcovania za studena, aby sa splnili rôzne aplikačné požiadavky.
5. Pri výrobe alebo aplikácii, ako možno upraviť obsah uhlíka a proces podľa požiadaviek na tvrdosť?
Dizajn kompozície:
Cieľová{0}}orientácia: Ak konečný produkt vyžaduje extrémne vysokú tvrdosť (napr. pás z pružinovej ocele), musí sa zvoliť vysoko-uhlíková oceľ (napr. 65Mn, C75S), pretože samotné mechanické vytvrdzovanie nedokáže zvýšiť tvrdosť nízkouhlíkovej-oceli na požadovanú úroveň.
Cieľová plasticita: Ak sa vyžaduje vynikajúca tvárnosť (napr. hlboké ťahanie), musí sa zvoliť ultra-nízko{3}}uhlíková alebo -uhlíková oceľ, pretože žíhanie nemôže eliminovať stratu plasticity spôsobenú vysokým obsahom uhlíka.
Procesná kompenzácia:
Kompenzácia kolísania obsahu uhlíka: Ak sa pri kontinuálnom žíhaní alebo procesoch zvonového žíhania- zistí, že teplo má nadmerne vysoký obsah uhlíka (čo vedie k nadmerne vysokej tvrdosti), teplotu žíhania možno primerane zvýšiť alebo predĺžiť dobu zdržania, aby sa tvrdosť znížila na cieľový rozsah zmäkčením (rekryštalizácia a sféroidizácia).
Temperovanie s mechanickými vlastnosťami: V prípade stredne- a vysoko{1}}uhlíkových ocelí sa niekedy nedosahuje najjemnejší stav; namiesto toho sa získa špecifická perlitická morfológia (napr. sorbit) prostredníctvom „kritického žíhania“ alebo „izotermického žíhania“, aby sa vyrovnala tvrdosť a húževnatosť.
Bežné mylné predstavy pri posudzovaní kvality: Je dôležité poznamenať, že tvrdosť zvitkov valcovaných za studena- nemožno jednoducho odvodiť len z obsahu uhlíka. Pri rovnakom obsahu uhlíka sa môže konečná tvrdosť značne líšiť v dôsledku rôznych rýchlostí redukcie valcovania za studena a procesov žíhania. Používatelia preto musia pri používaní materiálu venovať pozornosť triede materiálu (zodpovedajúcemu rozsahu obsahu uhlíka) a stavu dodávky (žíhaný, 1/4 tvrdý, 1/2 tvrdý, úplne tvrdý atď.).