Закаляване на стоманата
Закаляването е процес на термична обработка, при който закалената заготовка се нагрява отново до температура под A1, държи се за определено време и след това се охлажда до стайна температура. Закалената стомана не трябва да се използва директно; тя трябва да бъде подложена на темпериране, което определя микроструктурата и свойствата на стоманата и е решаващ етап на термична обработка.
Цел на закаляването
За постигане на желаните механични свойства
След закаляване детайлът има висока твърдост, но ниска пластичност и издръжливост. За да се изпълнят различните изисквания за производителност за различни части, темперирането се използва за модифициране на закалената микроструктура, регулиране на твърдостта и намаляване на чупливостта, което води до желаните механични свойства на детайла.
За стабилизиране на размерите на детайла
Мартензитът и задържаният аустенит, образувани по време на закаляването, са нестабилни структури, които могат да се разложат с течение на времето, причинявайки промени в размерите и формата. Закаляването трансформира закалената микроструктура в стабилна, като гарантира, че детайлът запазва своите размери и форма по време на употреба.
За намаляване или премахване на вътрешни напрежения от закаляване
Охлаждането предизвиква значително вътрешно напрежение. Ако не бъдат облекчени своевременно чрез темпериране, тези напрежения могат да доведат до деформиране или дори напукване на детайла.
Трансформации по време на закаляване на закалени стомани
Угасеният мартензит и задържаният аустенит са метастабилни фази, които се разлагат на ферит и карбиди, когато се темперират от стайна температура до под A1. Конкретните трансформации зависят от температурата на темпериране:
Разлагане на мартензит (По-малко или равно на 200 градуса)
При темпериране под 80 градуса не настъпва значителна микроструктурна промяна, с изключение на групирането на въглеродни атоми в мартензита. Между 80 градуса и 200 градуса мартензитът започва да се разлага, като въглеродните атоми се утаяват като ε-карбиди (Fe2.4C), намалявайки пренасищането на въглерода в мартензита и намалявайки тетрагоналността. Тъй като температурата на темпериране е ниска, само част от излишния въглерод се утаява, оставяйки мартензита като пренаситен твърд разтвор на въглерод в -Fe. Фините ε-карбиди се разпръскват по интерфейсите на свръхнаситения -твърд разтвор, поддържайки кохерентна връзка (където атомите на фазовите граници се споделят от двете кристални решетки). Тази микроструктура, състояща се от по-малко свръхнаситен -твърд разтвор и ε-карбиди, се нарича темпериран мартензит. Поради фината и силно диспергирана природа на ε-карбидите, твърдостта на стоманата не намалява значително, когато се темперира под 200 градуса. Въпреки това, утаяването на ε-карбиди намалява изкривяването на решетката, намалявайки напрежението на закаляване и леко увеличавайки пластичността и якостта на стоманата.
Разлагане на задържан аустенит (200 градуса –300 градуса)
Задържаният аустенит е подобен на недостатъчно охладения аустенит, така че неговите продукти от темпериране са същите като тези на недостатъчно охладения аустенит при подобни температурни условия, образувайки мартензит, бейнит или перлит в зависимост от температурата.
Когато стоманата се закалява между 200 градуса и 300 градуса, мартензитът продължава да се разлага и задържаният аустенит започва да се трансформира в нисш бейнит (200 градуса –300 градуса е долният диапазон на трансформация на бейнит). При този температурен диапазон напрежението на закаляване допълнително намалява, но твърдостта не намалява значително.
Трансформация на карбиди (250 градуса –450 градуса)
Когато се темперират над 250 градуса, повишената дифузионна способност на въглеродните атоми кара ε-карбидите постепенно да се трансформират в стабилен цементит. При 450 градуса всички ε-карбиди се превръщат във високо диспергиран цементит. Непрекъснатото утаяване на въглерода понижава съдържанието на въглерод в -твърдия разтвор до неговото равновесно ниво, превръщайки го във ферит, въпреки че остава игловидна-форма. Тази структура, съставена от игловиден-ферит и силно диспергиран цементит, се нарича темпериран троостит. Структурата на закаления троостит от стомана 45 е показана на фигурата по-долу. В този момент твърдостта на стоманата намалява и нейната якост и пластичност се увеличават допълнително, като напрежението на закаляване е почти елиминирано.
Агрегиране и растеж на цементит и прекристализация на ферит (450 градуса –700 градуса)
Над 450 градуса силно диспергираният цементит постепенно се сфероидизира във фини частици и с повишаването на температурата тези частици растат. Едновременно с това феритът започва да прекристализира между 500 градуса и 600 градуса, трансформирайки се от летва или игла-в многоъгълни зърна.
Тази структура, състояща се от гранулиран цементит, разпределен върху многоъгълна феритна матрица, се нарича темпериран сорбит. Структурата на закаления сорбит от стомана 45 е показана на фигурата по-долу. Ако температурата се повиши допълнително до 650 градуса –A1, гранулираният циментит става груб, образувайки микроструктура от полигонален ферит и по-голям гранулиран цементит, известен като темпериран перлит.
Трансформацията на закалената стомана по време на темперирането се извършва в различни температурни диапазони. Дори при една и съща температура на темпериране могат да възникнат множество видове трансформации. Свойствата на закалената стомана зависят от тези микроструктурни промени, които от своя страна влияят върху нейните механични характеристики. Като цяло, с повишаване на температурата на темпериране, силата и твърдостта намаляват, докато пластичността и издръжливостта се подобряват, като тези промени стават по-изразени при по-високи температури.
Видове и приложения на темпериране
Основният фактор, определящ микроструктурата и свойствата на стоманата, е температурата на закаляване. Закаляването се категоризира в три типа въз основа на температурата и получената микроструктура:
Ниско{0}}температурно темпериране (150 градуса –250 градуса)
Ниско{0}}температурното темпериране произвежда закален мартензит. Целта е да се запази високата твърдост и устойчивост на износване на закалената стомана, като същевременно се намали вътрешното напрежение и крехкостта и се подобри пластичността и якостта. Този метод се използва главно за високо-въглеродни и легирани стомани в режещи инструменти, измервателни инструменти, матрици за студено щамповане, търкалящи лагери, карбуризирани части и повърхностно-закалени части. Твърдостта след темпериране обикновено е между 58–64 HRC.
Средно{0}}температурно темпериране (350 градуса –500 градуса)
Този метод дава темпериран троостит. Целта му е да постигне висока граница на провлачване, граница на еластичност и значителна якост. Закаляването при средна-температура се използва предимно за различни еластични компоненти и матрици за-работа при гореща обработка. Твърдостта след темпериране обикновено варира от 35–50 HRC.
Високо{0}}температурно закаляване (500 градуса –650 градуса)
Този метод произвежда темпериран сорбит. Целта е да се постигне баланс между здравина, твърдост, пластичност и издръжливост. Когато закаляването и темперирането при висока-температура се комбинират, процесът обикновено се нарича „закаляване и темпериране“. Той се използва широко за критични структурни компоненти в производството на автомобили, трактори и машинни инструменти (като свързващи пръти, шпилки, зъбни колела и трансмисионни валове). Твърдостта след темпериране обикновено варира от 200–330 HBW.
Въпреки че стойностите на твърдостта на стоманата след нормализиране и закаляване-закаляване са доста сходни, критичните структурни компоненти в производството обикновено се подлагат на закаляване-закаляване вместо нормализиране. Това е така, защото микроструктурата на темперирания сорбит има гранулиран цементит, докато сорбитът, получен от нормализиране, има ламеларен цементит. Следователно закалената и темперирана стомана не само показва по-висока якост, но също така има по-добра пластичност и издръжливост в сравнение с нормализирано състояние.
Закаляването и темперирането могат да служат като последен процес на топлинна обработка или като предварителна обработка преди повърхностно закаляване и химическа топлинна обработка. Тъй като твърдостта на закалената стомана не е висока, тя позволява лесна обработка и ниски стойности на грапавостта на повърхността.
В допълнение към тези три често срещани метода на темпериране, някои високо-легирани стомани се подлагат на високо-температурно отвръщане при 20 градуса –40 градуса под A1, за да се получи темпериран перлит като алтернатива на сфероидизиращото отгряване.
За да се осигури пълна микроструктурна трансформация по време на темпериране, детайлът трябва да се държи при температурата на темпериране за достатъчно време, обикновено между 1 и 3 часа, в зависимост от материала, температурата, дебелината, натоварването и метода на нагряване. Методът на охлаждане след закаляване има малък ефект върху работата на въглеродната стомана, но за да се избегне предизвикването на нови напрежения, детайлите обикновено се охлаждат бавно във въздуха след закаляването.
Свържете се с нас
За повече информация, моля свържете се с нас наmetal@welongpost.com.