Care este scopul temperamentului oțelului structural carbon?
Temperarea oțelului structural de carbon implică reîncălzirea oțelului stins la o temperatură sub AC1 (de obicei 150-650 grade, evitarea zonei de descompunere critică a martensitei stinse), ținându-l pentru o perioadă specificată, apoi răcirea lentă. Funcția sa principală este de a corecta defectele de performanță post-Quanching și de a „personaliza” proprietățile mecanice ale oțelului în funcție de cerințe, obținând în cele din urmă un echilibru de forță, duritate, duritate și ductilitate. Aceasta poate fi clasificată în următoarele cinci funcții cheie:
1. Eliminarea stingerii de stingere a tensiunilor interne pentru a preveni fisurarea sau deformarea în părți
Procesul rapid de răcire în timpul stingerii poate provoca tensiuni interne severe în oțel. Acest lucru se datorează în primul rând două surse:
Stresul tectonic: Când austenita se transformă rapid în martensită, volumul său se extinde (martensita este mai mare decât austenita în volum). Cu toate acestea, ratele de răcire inegale ale diferitelor părți ale piesei (cum ar fi suprafața și miezul părților cu pereți groși, sau marginile și canelurile de părți în formă de complex) provoacă transformări microstructurale asincrone și generează tensiuni interne.
Stresul termic: în timpul răcirii rapide, diferența de temperatură între suprafață și miezul piesei este semnificativă, ceea ce face ca suprafața să se micșoreze mai repede decât miezul, ceea ce duce la tensiuni la tracțiune și compresivă.
Dacă aceste tensiuni interne nu sunt eliminate, în cel mai bun caz, acestea pot provoca deformarea piesei în timpul depozitării sau prelucrării (cum ar fi îndoirea arborelor sau deformarea plăcilor) sau, în cel mai rău caz, provoacă direct fisurarea (în special în oțel structural cu conținut ridicat de carbon sau piese cu secțiune mare). În timpul temperamentului, atomii câștigă energie în timpul încălzirii, ceea ce poate atenua distorsionarea rețelelor prin difuzarea și mișcarea dislocării, eliberând treptat stresul intern.
De exemplu, după stingere, tensiunea internă a 45 de oțel poate ajunge la sute de MPA. După temperatura scăzută la 200 de grade, acest stres poate fi ușurat cu 50%-60%. După temperarea la temperatură ridicată la 500 de grade, rata de ameliorare a stresului poate atinge peste 80%, prevenind fundamental defecțiunea componentelor.
2. Reduceți fragilitatea și îmbunătățiți duritatea și plasticitatea oțelului
Deși oțelul structural de carbon stins are o duritate și o rezistență extrem de ridicată, structura sa martensită este o „soluție solidă suprasaturată”, ceea ce duce la o distorsiune severă a zăbrelei și o densitate de dislocare extrem de mare. Acest lucru duce la o duritate extrem de slabă și la o plasticitate scăzută. (De exemplu, energia de impact absorbită de oțelul 45 de 45 este de doar 5-10J, ceea ce o face predispusă la fractură fragilă atunci când este îndoită și incapabilă să reziste la sarcini de impact.) Acest lucru îl face practic impropriu pentru utilizarea directă ca piese finite. Una dintre funcțiile de bază ale temperaturii este reducerea fragilității. În timpul încălzirii, carbonul suprasaturat precipită din martensit (formând carburi precum cimentitul), atenuarea treptată a distorsiunii de zăbrele martensite și reducând rezistența la mișcarea de dislocare, îmbunătățind semnificativ duritatea și ductilitatea.
De exemplu, 45 de oțel are o absorbție de energie de impact de aproximativ 8J după stingere (nepătrunsă). Această energie crește la 15-20J după temperarea la temperatură scăzută la 200 de grade (încă oarecum fragilă, dar suficientă pentru aplicații cu impact redus). După temperarea la temperatură ridicată la 550 de grade, absorbția de energie impact a ajuns la peste 50J (îmbunătățind semnificativ duritatea și permițându-i să reziste la un impact moderat).
Pentru oțelurile structurale cu conținut ridicat de carbon (cum ar fi 65 de oțel), îmbunătățirea plasticității după temperare este și mai accentuată, alungirea crește de la 1%-2%după ce a fost stinsă la 10%-15%, împiedicând piesele să se rupă ușor atunci când sunt supuse forțelor externe.
3. Reglarea durității și a puterii pentru a satisface cerințele de aplicare diferite
După stingere, oțelul atinge duritatea și rezistența maximă (de exemplu, 45 de oțel atinge o duritate de HRC55-60 și o rezistență la tracțiune de peste 1000 MPa după stingere). Cu toate acestea, nu toate aplicațiile necesită o duritate extremă. Cerințele de performanță pentru diferite părți variază foarte mult (de exemplu, instrumentele necesită duritate ridicată, arborele necesită un echilibru de rezistență și duritate, iar conectorii necesită plasticitate). Temperarea permite o reglare precisă a durității și rezistenței prin controlul temperaturii de încălzire:
Temperarea la temperaturi scăzute (150-250 grade): doar o cantitate mică de carburi fine precipită, păstrând structura martensitei și minimizând pierderea de duritate și rezistență (45 de oțel atinge o duritate de HRC50-55 și o rezistență la tracțiune de peste 900 MPa după temperare). Acest lucru este utilizat în principal în aplicațiile care necesită atât duritate ridicată, cât și un anumit grad de duritate (de exemplu, unelte de tăiere și bucșe rezistente la uzură).
Temperarea la temperaturi medii (350-500 grade): martensita se descompune semnificativ în troostitul temperat (cimentit cu granulație fină + ferită), reducând duritatea la 100%. La HRC 35-45, puterea rămâne la 700-800 MPa, în timp ce elasticitatea este îmbunătățită semnificativ (limita elastică atinge 300-400 MPa). Este potrivit pentru arcuri și componente elastice (cum ar fi arcurile de amortizor auto și mucile de mașini -unelte).
Temperarea la temperaturi ridicate (500-650 grade): martensitul este complet descompus în „troostit temperat” (ciment cu granulație grosieră + ferită), reducând în continuare duritatea la 25-35 HRC. Puterea este menținută la 600-800 MPa, iar duritatea și ductilitatea sunt îmbunătățite semnificativ. Este potrivit pentru piesele de bază care necesită un echilibru de rezistență și duritate (cum ar fi arbori, tije de conectare și viteze) . 4.} stabilizează microstructura și dimensiunile pentru a asigura precizia și fiabilitatea pe termen lung.
Martensitul stins este o structură non-echilibru și are încă tendința de a se descompune spontan la temperatura camerei (carbonul precipită încet, schimbând treptat structura către echilibru). Acest „efect de îmbătrânire” poate duce la următoarele în timpul utilizării sau stocării pe termen lung:
Instabilitate microstructurală: martensita se descompune lent în perle sau cimentit, rezultând o scădere treptată a proprietăților (cum ar fi duritatea și elasticitatea);
Instabilitate dimensională: transformarea microstructurală este însoțită de modificări de volum, ceea ce duce la abateri mici, dar persistente, în dimensiuni parțiale (de exemplu, pierderea de precizie dimensională în rulmenții de precizie și instrumentele de măsurare).
Temperarea accelerează descompunerea martensită și precipitațiile de carbură prin „încălzire activă”, permițând structurii să ajungă la o stare relativ stabilă mai devreme (de exemplu, bainitul temperat format după temperatura la temperatură ridicată suferă aproape nici o transformare microstructurală la temperatura camerei). Aceasta rezultă în:
Blocarea microstructurii: prevenirea fluctuațiilor de performanță în timpul utilizării ulterioare;
Fixarea dimensiunilor: Eliminarea riscului de „deformare a îmbătrânirii”, asigurând precizia dimensională pe termen lung a pieselor de precizie (cum ar fi fusurile de mașină-unelte și șuruburile de precizie) . 5. facilitează procesarea ulterioară (îmbunătățește prelucrabilitatea)
Duritatea oțelului stins este extrem de mare (de exemplu, 45 de oțel ajunge la 55-60 HRC după stingere). Operațiunile de tăiere directă (cum ar fi transformarea și freza) se confruntă cu două probleme majore:
Uzura rapidă a sculelor: oțelul cu dficant ridicat poartă rapid unelte de tăiere din oțel sau carbură de mare viteză, ceea ce duce la costuri ridicate de prelucrare;
Precizia scăzută a prelucrării: Duritatea excesivă poate duce cu ușurință la ciorba și marcaje de chat în timpul tăierii pieselor, ceea ce face dificilă menținerea rugozității suprafeței (de exemplu, obținând o valoare RA sub 3,2 μm).
Temperarea oțelului stins la o temperatură medie înaltă poate reduce duritatea la 25-40 HRC (în intervalul „ușor de tăiat”).
În acest moment, microstructura oțelului este temperată troostită sau troostită temperată, ceea ce duce la o duritate moderată. Forțele de scule sunt distribuite uniform în timpul tăierii, ceea ce duce la o uzură lentă.
Plasticitatea crescută facilitează ruperea cipurilor (prevenirea înfășurării sculei), îmbunătățind semnificativ calitatea finisajului suprafeței (valorile RA pot fi reduse la sub 1,6 μm), deschizând calea pentru prelucrarea ulterioară de precizie (de exemplu, angrenaje de finisare și arbori).