Aký je účel ochladzovania uhlíkovej konštrukčnej ocele?

Aký je účel ochladzovania uhlíkovej konštrukčnej ocele?
Proces ochladzovania uhlíkovej konštrukčnej ocele zahŕňa zahrievanie ocele na austenitizujúcu teplotu (zvyčajne 30 - 50 stupňov nad AC3, čo si vyžaduje úplnú austenitizáciu pre hypoeutektoidnú oceľ), držanie ocele pri tejto teplote pri tejto teplote, ako je čas, aby sa mikroštruktúra mohla plne transformovať na austenit, a potom rýchlo ochladiť v chladnom médiu, ako je voda alebo olej. Jeho hlavným účelom je dosiahnuť „prielomové“ zlepšenie v mechanických vlastnostiach zmenou vnútornej mikroštruktúry ocele (transformácia austenitu na nerovnovážne štruktúry, ako je martenzit alebo bainit), najmä v prípade požiadaviek na pevnosť a tvrdosť. Tento proces je možné rozdeliť do nasledujúcich štyroch základných cieľov:
1. Výrazne zlepšiť tvrdosť ocele a odolnosť proti opotrebeniu
Rovnovážna mikroštruktúra uhlíkovej konštrukčnej ocele (napr. Pearlite + ferite) má relatívne nízku tvrdosť (napr. Horúca - valcovaná tvrdosť ocele Q235 je približne HB150 {} 210). Vďaka tomu je nevhodné pre aplikácie, ktoré si vyžadujú opotrebenie a odolnosť proti poškriabaniu (napr. Na mechanických častiach a okrajoch náradia). Počas ochladenia sa austenit rýchlo ochladí (rýchlosť chladenia musí prekročiť „rýchlosť kritického chladenia“). Atómy nemajú čas na difúziu a tvoriť rovnovážny perlit a namiesto toho sú nútení tvoriť martenzit. Martenzit je presýtený tuhý roztok uhlíka v -FE, s významným skreslením mriežky a početnými vnútornými dislokáciami. To výrazne zvyšuje tvrdosť:
Médium - uhlíkovú konštrukčnú oceľ (napríklad 45 oceľ) môže dosiahnuť tvrdosť HRC55 - 60 po ochladení, ďaleko presahujúca tvrdosť ocele valcovanej za tepla.
Vysoký - uhlíková konštrukčná oceľ (napríklad 65 oceľ) môže dokonca dosiahnuť tvrdosť HRC60-65 po ochladení a priblížiť sa k úrovni bežnej nástrojovej ocele.
Táto vysoká tvrdosť účinne zlepšuje odpor opotrebenia častí a znižuje opotrebenie počas používania (napr. Sprievodca ochladzovaním strojových strojov a bokom zubov).
2. Výrazne zlepšuje pevnosť ocele a odpor deformácie
Okrem tvrdosti výrazne zvyšuje ochladenie v ťahu, pevnosť výťažku a deformáciu odporu uhlíkovej konštrukčnej ocele. Ferrit v rovnovážnej štruktúre má vysokú plasticitu, ale nízku pevnosť, zatiaľ čo perlit má miernu pevnosť. Martenzit však môže dosiahnuť 50%-100% zvýšenie sily v dôsledku skreslenia mriežky a posilnenia dislokácie.
Napríklad 45 oceľ má horúcu - valcovanú pevnosť v ťahu približne 600 MPa. Po ochladení (bez temperovania) sa pevnosť v ťahu stúpa na viac ako 1 000 MPa a pevnosť výnosu sa zvyšuje z 355 MPa na viac ako 800 MPa.
V prípade častí, ktoré nesú zaťaženie, odoláva nárazu alebo odoláva deformácii (ako sú hriadele, spojovacie tyče a skrutky) rovnováha. “
Aj keď uhlíkové konštrukčné ocele po ochladení dosahujú extrémne vysokú tvrdosť a pevnosť, majú významné nevýhody: vysoký vnútorný stres v martenzitovej štruktúre, zlá ťažnosť a extrémne nízka húževnatosť (náchylná na krehké zlomeniny, pričom absorpcia nárazovej energie zvyčajne vstrebáva iba 5 {- 10J). Priame použitie môže ľahko viesť k zlyhaniu v dôsledku menších vplyvu alebo koncentrácie stresu. Preto sa ochladenie zriedka používa ako „konečné tepelné spracovanie“, ale skôr ako predchodca procesu temperovania. Jeho základnou funkciou je poskytnúť „vysokú - tvrdosť, vysokú pevnú základnú štruktúru“ pre následné úpravy výkonu.
Následné temperovanie pri rôznych teplotách (nízka - Temperovanie teploty 150 - 250 stupňov, stredné {{{}} Temperovanie 350-500 stupňov a vysoká teplota teploty 500-650) môže eliminovať vnútorný martenzitný stres a zlepšiť húževnatosť, zatiaľ čo si väčšinu zosvetľovanej pevnosti obmedzuje.
Napríklad po ochladení a vysokom - temperovanie teploty (ochladenie a temperovanie) 45 ocele sa tvrdosť zníži na HRC 28-32, zatiaľ čo pevnosť v ťahu zostáva nad 800 MPa a absorpcia nárazovej energie sa zvyšuje na viac ako 50J. To dosahuje ideálnu rovnováhu „vysokej sily a vysokej húževnatosti“, vďaka čomu je najbežnejšie používané komplexné riešenie optimalizácie výkonu vo výrobe strojov . 4. zlepšenie miestneho výkonu a splnenie požiadaviek „lokálne posilňovanie“.
Niektoré časti konštrukcie uhlíka konštrukčnej ocele nevyžadujú celkovú vysokú pevnosť (aby sa predišlo celkovej krehkosti) a vyžadujú iba posilnenie kritických pracovných oblastí (ako sú povrchy opotrebenia a oblasti koncentrovaného stresu). V týchto prípadoch môže ochladenie dosiahnuť „vylepšenia miestneho výkonu“ prístupom „miestne vykurovanie + miestne chladenie“.
Napríklad vodiace koľajnice stroje vyžadujú odolnosť proti opotrebovaniu povrchu (vysoká tvrdosť), ale matrica vodiacej koľajnice si musí udržiavať húževnatosť (aby sa zabránilo zlomeniu nárazu). To sa dá dosiahnuť „indukčným vykurovacím povrchom“. Zahŕňa to vykurovanie iba povrchu vodiacej koľajnice na austenitizáciu a rýchle ochladenie, pričom na povrchu sa vytvorí zhasnutý martenzit (tvrdosť HRC 50-55) na povrchu pri zachovaní pôvodnej rovnovážnej štruktúry matrice (udržiavanie húževnatosti).
V inom príklade vyžaduje časť hlavy alebo závitovej časti skrutky šmyku a opotrebenie. Miestne ochladenie môže dosiahnuť kritický výkon, pričom sa vyhne celkovej krehkosti a zníži riziko zlyhania časti.