Hvad er temperering? | Behandle, Temperatur & Effekter på stål

Anløbning er en af ​​de mest grundlæggende, men udbredt misforståede varmebehandlingsprocesser i metalfremstilling.

Næsten hver afkølet stålkomponent gennemgår anløbning som en obligatorisk sekundær operation efter bratkøling, alligevel behandler mange ingeniører og produktionshold det som en triviel, standardiseret trin frem for en præcisionsstyret proces, der definerer den endelige styrke, sejhed, indre stresstilstand, og levetid.

I praksis, slukning låser i en hård, skør, stressbelastet martensitisk struktur, der er funktionelt ubrugelig til de fleste tekniske applikationer.

Tempering - omhyggeligt styret opvarmning under den kritiske transformationstemperatur - skræddersy den efterkølede mikrostruktur for at levere den nøjagtige balance mellem hårdhed, sejhed, Dimensionel stabilitet, og træthedsmodstand påkrævet til service.

Anløbning er derfor almindeligt anvendt til fremstilling af værktøjsstål, formstål, fjederstål, lejekomponenter, Gear, aksler, Automotive dele, Forme, og strukturelle maskinkomponenter.

1. Hvad er temperering?

I metallurgi, temperering er en varmebehandlingsproces, hvor en tidligere hærdet jernlegering genopvarmes til en temperatur under den lavere kritiske temperatur (A1), afholdt i en bestemt periode, og derefter afkølet under kontrollerede forhold.

For almindeligt-kulstofstål, den eutektoide temperatur forbundet med A1-linjen er ca 727° C. (1341° f), selvom de faktiske kritiske temperaturer varierer med den kemiske sammensætning.

Tempering påføres primært efter bratkøling for at modificere martensitisk struktur, når den er blevet brat..

Hovedformålene er at reducere skørhed og resterende spænding og samtidig bevare et passende niveau af hårdhed og styrke.

Ved at vælge tempereringstemperatur og holdetid, producenter kan justere balancen mellem hårdhed, sejhed, Duktilitet, slidstyrke, og dimensionel stabilitet.

De vigtigste virkninger af temperering omfatter:

Anløbstemperaturen vælges i henhold til stålkvaliteten og de ønskede slutegenskaber.

EN lav temperatur temperament kan bruges, når høj hårdhed skal bibeholdes, hvorimod en højere anløbstemperatur generelt giver større sejhed og duktilitet med en tilsvarende reduktion i hårdhed.

Tempering må ikke forveksles med udglødning. Udglødning er normalt beregnet til at blødgøre stål og fremme en relativt stabil, duktil mikrostruktur, ofte involverer opvarmning over en kritisk transformationstemperatur efterfulgt af langsom afkøling.

Temperering, derimod, påføres hærdet stål og udføres under det kritiske transformationsområde for at modificere snarere end fuldstændigt at eliminere den hærdede tilstand.

I praktisk stålfremstilling, temperering forstås derfor bedst som en kontrolleret justering af mikrostrukturen skabt ved quenching.

Målet er ikke blot at gøre hærdet stål blødere, men at konvertere en alt for skør som-afkølet struktur til en, der giver en mere nyttig ingeniørkombination af egenskaber.

2. Hvorfor temperering er nødvendig: Videnskaben bag slukket stål

For at forstå temperering, man skal først forstå, hvad quenching gør.

Når stål opvarmes til austenitfasefeltet - typisk over 800-900°C afhængigt af sammensætningen - bliver dets krystalstruktur fladecentreret kubisk (FCC).

Austenit kan opløse betydelige mængder kulstof. Hvis stålet derefter afkøles hurtigt, normalt i vand, olie, eller polymer, kulstofatomerne når ikke at diffundere ud.

Krystalstrukturen forsøger at forvandle sig til kropscentreret kubisk (BCC) ferrit, men det fangede kulstof forvrænger gitteret til en kropscentreret tetragonal (BCT) struktur kendt som Martensite.

Martensit er kendetegnet ved:

• Meget høj hårdhed.
• Høj flydespænding.
• Lav duktilitet og sejhed.
• Høje restspændinger.
• En tendens til forsinket revnedannelse.
• Tilstedeværelsen af ​​tilbageholdt austenit i mange legeringer.

I denne slukkede tilstand, stål er ofte for skørt til praktisk brug. Et skæreværktøj kan flise. En aksel kan revne under montering. Tandhjulstanden kan brække under stødbelastning.

Tempering reducerer disse risici ved at tillade kontrolleret diffusion og mikrostrukturel omarrangering.

Nødvendigheden af ​​temperering er derfor både videnskabelig og praktisk.

Videnskabeligt, det tillader stålet at nærme sig ligevægt ved at aflaste gitterspændingen og udfælde karbider. Praktisk talt, det gør det muligt for stålet at overleve virkelige serviceforhold.

3. Hvad er de vigtigste tempereringstemperaturområder?

Anløbstemperatur er en af ​​de vigtigste variabler i stålvarmebehandling, fordi den direkte styrer omfanget af mikrostrukturændringer efter bratkøling.

Når tempereringstemperaturen stiger, kulstofdiffusion, karbidudfældning, bedring, og omdannelsen af ​​tilbageholdt austenit bliver generelt mere udtalt.

Der er ikke et enkelt temperaturområde, der gælder for alle stål.

Lav temperatur temperering

Lavtemperatur-tempering er almindeligt anvendt, når komponenten skal bevare et højt niveau af hårdhed og slidstyrke og samtidig reducere skørheden forbundet med frisk martensit.

Typiske temperaturer er ca 150–250°C (300–480°F), selvom det passende interval afhænger af stålet.

På dette trin, kulstof begynder at omfordeles fra overmættet martensit, fine karbidfaser kan udvikle sig, og resterende spændinger fra bratkøling reduceres.

Reduktionen i hårdhed er normalt begrænset sammenlignet med anløbning ved højere temperaturer.

Denne behandling er almindelig til applikationer som f.eks:

• Skæreværktøjer
• Dør
• Slidbestandige komponenter
• Visse lejekomponenter
• Værktøjsståldele med høj hårdhed

Afvejningen er, at sejheden forbliver relativt begrænset sammenlignet med medium- eller højtemperatur-tempererede forhold.

Medium-temperatur temperering

Medium temperatur temperering, tilnærmelsesvis 250–450°C (480–840°F), producerer en større modifikation af den quenchede mikrostruktur.

Karbidudfældning bliver mere udviklet, martensit bliver mindre overmættet, og indre belastninger fortsætter med at falde.

Denne region kan være nyttig, når en komponent kræver en mere afbalanceret kombination af styrke, hårdhed, sejhed, og slidstyrke.

Den nøjagtige reaktion varierer betydeligt efter stål. Nogle stål udviser også temperamentskørhedsfænomener i særlige temperaturområder, hvilket betyder, at både tempereringstemperaturen og efterfølgende kølingspraksis kan kræve opmærksomhed.

Høj temperatur temperering

Højtemperaturtempering udføres generelt ved ca 450–700 ° C. (840–1290°F), forudsat at temperaturen forbliver passende for det specifikke stål og under det relevante kritiske transformationsområde.

Ved disse temperaturer, mikrostrukturen gennemgår meget mere omfattende genvinding og carbidudvikling.

Restspændinger er væsentligt reduceret, og materialet udvikler generelt betydeligt højere sejhed og duktilitet end i kølet eller lavt tempereret tilstand.

Højtemperaturhærdning er i vid udstrækning forbundet med bratkølede og hærdede konstruktionsstål, Legeringsstål, aksler, Gear, trykholdige komponenter, og tungt belastede maskindele.

En særlig vigtig skelnen er, at temperering ved høj temperatur ikke nødvendigvis betyder dårlig styrke.

Korrekt legerede og varmebehandlede stål kan bevare en betydelig flyde- og trækstyrke, samtidig med at de opnår meget bedre brudmodstand.

Sekundær hærdning under hærdning

Visse højlegerede værktøjsstål opfører sig anderledes. I stedet for konstant at falde i hårdhed, når tempereringstemperaturen stiger, de kan vise en sekundær-hærdende top, ofte inden for et højere tempereringsområde.

Dette sker ved legering af elementer såsom chrom, Molybdæn, wolfram, eller vanadiumpræcipitat som fint, stabile legeringscarbider.

Disse partikler hæmmer dislokationsbevægelser og kan øge eller bevare hårdheden.

Sekundær hærdning er især vigtig for højhastighedsstål og udvalgte værktøjsstål beregnet til forhøjede temperaturer.

4. Hvad er tempereringsprocessen?

Tempereringsprocessen er en kontrolleret termisk cyklus udført efter hærdning eller anden behandling, der har frembragt en tilstrækkelig hærdet mikrostruktur.

Selvom proceduren virker ligetil, at opnå ensartede resultater kræver kontrol over temperaturen, tid, ovnens ensartethed, indlæsning, afkøling, og tilstanden af ​​det bratkølede stål.

En typisk industriel tempereringssekvens kan repræsenteres som:

Slukning → Overfør til temperering → Opvarmning → Iblødsætning → Kontrolleret køling → Eftersyn

Trin 1: Sluk stålet

Tempering begynder normalt med en korrekt bratkølet komponent.

Stålet austenitiseres først og afkøles derefter hurtigt med en hastighed, der er tilstrækkelig til at producere den tilsigtede hærdede struktur.

Bratkølingsmediet kan omfatte:

• Olie
• Vand
• Polymer opløsning
• Gas under tryk
• Smeltet salt

Det korrekte medium afhænger af legeringen og komponentens geometri.

Målet er at opnå den nødvendige hærdbarhed og mikrostruktur, samtidig med at revnedannelse og forvrængning minimeres.

Trin 2: Overfør komponenten til tempereringsovnen

Efter bratkøling, komponenten skal tempereres i henhold til den specificerede produktionsprocedure.

For mange karakterer, hurtig temperering er ønskelig, fordi den friskkølede tilstand indeholder høje restspændinger.

Overførselsproceduren skal også undgå unødvendigt termisk chok eller ukontrolleret afkøling, der kan påvirke den endelige varmebehandlingstilstand.

Til kritiske komponenter, ovnoptegnelser bør dokumentere den faktiske temperaturcyklus i stedet for kun at stole på ovnens indstillingspunkt.

Trin 3: Opvarm til den specificerede tempereringstemperatur

Komponenten opvarmes til den valgte tempereringstemperatur, som kan variere fra ca 150°C til 700 °C afhængig af stålet.

Opvarmning bør være tilstrækkeligt kontrolleret for at forhindre for store temperaturgradienter, især i store eller komplekse komponenter.

Ovnen skal give passende:

• Temperaturensartethed
• Atmosfærekontrol, hvor det er nødvendigt
• Belastningscirkulation
• Instrumentkalibrering
• Temperaturregistrering

Til præcis varmebehandling, de faktisk emnetemperatur er vigtigere end den programmerede ovntemperatur.

Trin 4: Læg i blød ved temperatur

Når komponenten har nået den ønskede temperatur, den afholdes i en bestemt periode.

Under denne iblødsætningsfase, mikrostrukturen gennemgår de hærdningsreaktioner, der passer til stålet:

• Omfordeling af kulstof
• Karbidudfældning
• Martensitnedbrydning
• Stress afslapning
• Matrix opsving
• Retained-austenit transformation
• Legering-carbid udfældning i sekundært hærdende stål

Den nødvendige iblødsætningstid afhænger af komponentstørrelsen, Geometri, legering, ovn type, og gældende specifikation.

Trin 5: kontrolleret køling

Efter den nødvendige holdetid, komponenten afkøles i henhold til processpecifikationen.

Mange stål kan køles i luft efter anløbning, mens visse legeringssystemer eller kritiske komponenter kan kræve en specifik kølepraksis.

Køleforhold kan påvirke dimensionsstabilitet og, i nogle stål, modtagelighed for temperament skørhed. Derfor, "afkøling" bør ikke behandles som et ubetydeligt sidste trin.

Trin 6: Gentag temperering efter behov

Nogle stål kræver dobbelt eller tredobbelt temperering snarere end en enkelt cyklus.

Gentagen temperering kan bruges til:

• Yderligere stabilisere tilbageholdt austenit
• Temperer nydannet martensit efter tilbageholdt-austenit-transformation
• Forbedre dimensionsstabiliteten
• Udvikle en mere stabil hårdmetalstruktur
• Opnå ensartede egenskaber i hele komponenten

Denne praksis er især almindelig for højlegeret værktøjsstål.

5. Hvorfor kræver nogle stål dobbelt eller tredobbelt hærdning?

En enkelt hærdningscyklus er tilstrækkelig til mange bratkølede stål, men højlegeret Værktøjsstål og visse stål med højt kulstofindhold kræver ofte to eller endda tre hærdningscyklusser.

Hovedårsagen er, at den første tempereringsbehandling kan ændre stabiliteten af ​​tilbageholdt austenit og producere frisk martensit under efterfølgende afkøling.

Et andet eller tredje temperament tempererer derefter denne nydannede martensit og forbedrer stabiliteten af ​​den endelige mikrostruktur.

Beholdt Austenit er hovedårsagen

Efter bratkøling, nogle stål bevarer en del af den oprindelige austenit, fordi den martensitiske transformation ikke fortsætter til fuldførelse.

Dette er især relevant i stål, der indeholder relativt høje niveauer af kulstof og legeringselementer.

Under den første tempereringscyklus, stabiliteten af ​​tilbageholdt austenit kan ændre sig. Ved afkøling efter anløbning, noget af denne tilbageholdte austenit kan forvandles til frisk, uhærdet martensit.

Dette skaber et nyt problem: selvom den oprindelige martensit er blevet hærdet, den nydannede martensit har ikke.

En anden tempereringscyklus bruges derfor til at temperere denne friske martensit.

Hvorfor er frisk martensit en bekymring?

Frisk martensit har de samme grundlæggende ulemper som den oprindelige as-quenched-struktur:

• Høj hårdhed
• Høj restbelastning
• Lav duktilitet
• Relativt dårlig sejhed
• Øget modtagelighed for revner

At efterlade denne struktur ubehandlet kan give lokale variationer i hårdhed og sejhed. I præcisionsværktøjsstål, det kan også bidrage til dimensionel ustabilitet.

Dobbelt temperering hjælper derfor med at sikre, at både den oprindelige martensit og martensit dannet efter den første tempereringscyklus er korrekt tempereret.

Hvornår bruges tredobbelt temperering?

Tredobbelt temperering anvendes, når en endnu højere grad af mikrostrukturel stabilisering er påkrævet.

Det er især almindeligt i nogle højhastighedsstål, varmebearbejdningsstål, og højtlegeret formstål, afhængig af producentens varmebehandlingsspecifikation.

En tredje cyklus kan vælges til:

• Yderligere stabilisere tilbageholdt austenit
• Temperer enhver nydannet martensit
• Forfin balancen mellem hårdhed og sejhed
• Forbedre dimensionsstabiliteten
• Etabler den nødvendige sekundære hærdningstilstand

Tredobbelt temperering bør ikke anvendes automatisk. Det er kun berettiget, når stålkvaliteten og de krævede egenskaber kræver det.

Typiske stål, der kræver gentagen hærdning

Gentagen anløbning er især relevant for stål som f.eks:

• H13 varmebearbejdningsstål
• Højhastighedsstål
• Højlegerede koldbearbejdningsstål
• Udvalgte varmebearbejdnings- og formstål
• Visse nedbørs- eller sekundærhærdende værktøjsstål

Det faktiske antal hærdningscyklusser bør altid følge den specifikke stålkvalitet og kvalificerede varmebehandlingsprocedure. Flere cyklusser betyder ikke automatisk bedre ydeevne.

6. Hvad er sekundær hærdning under hærdning?

Sekundær hærdning er et fænomen, hvor visse højtlegerede stål udvikler øget hårdhed under anløbning ved relativt høje temperaturer, selvom almindelig hærdning af kulstofstål generelt får hårdheden til at falde.

Denne adfærd er karakteristisk for stål, der indeholder betydelige mængder af carbiddannende legeringselementer, især Molybdæn, wolfram, Vanadium, og krom.

Hvorfor opstår sekundær hærdning?

Ved konventionel temperering, hårdheden af ​​brat martensit falder normalt, når kulstof forlader den overmættede matrix, og karbider bliver mere stabile.

I højlegeret værktøjsstål, imidlertid, en anden proces kan forekomme ved højere tempereringstemperaturer. Legeringselementer diffunderer og danner meget fint legerede carbider.

Disse præcipitater kan være ekstremt effektive til at modstå dislokationsbevægelser.

Den resulterende styrkelse kan kompensere for, og nogle gange overskrider, hårdheden tabt under tidligere stadier af hærdning.

Den generelle rækkefølge er:

Bratkøling → Indledende hærdning/blødgøring → Legering-carbid-udfældning → Sekundær hærdning

Legeringselementer involveret

De vigtigste elementer omfatter:

Den nøjagtige karbidtype afhænger af stålsammensætning og varmebehandlingshistorie.

Hvorfor er sekundær hærdning vigtig?

Sekundær hærdning gør det muligt for visse værktøjsstål at opnå høj hårdhed efter anløbning ved temperaturer, der er væsentligt højere end dem, der anvendes til konventionel lavtemperaturhærdning.

Dette er værdifuldt, fordi højtemperaturtempering også kan forbedres:

• Temperament modstand
• Dimensionel stabilitet
• Strukturel stabilitet
• Varm hårdhed
• Modstandsdygtighed over for blødgøring under service

Til værktøj, der arbejder ved forhøjet temperatur, bibeholdelse af hårdhed under service kan være vigtigere end at opnå den maksimalt mulige hårdhed ved stuetemperatur.

Sekundær hærdning og H13 Værktøjsstål

H13 er et repræsentativt værktøjsstål til varmbearbejdning, hvor legeringscarbidudfældning bidrager til dets reaktion under højtemperaturanløbning.

Dens varmebehandling er designet til at etablere en passende balance mellem hårdhed, sejhed, modstand mod termisk træthed, og modstandsdygtighed over for blødgøring.

Den nøjagtige sekundære hærdningsrespons afhænger af stålets kemi, austenitiserende temperatur, slukningsmetode, tempereringstemperatur, og holdetid.

Det er derfor forkert at behandle sekundær hærdning som blot "hærdning ved genopvarmning".

Fænomenet er resultatet af kontrolleret udfældning af legeringsrige karbider i en tidligere hærdet mikrostruktur.

7. Hvordan påvirker temperering mekaniske egenskaber?

Anløbning ændrer stålets mekaniske egenskaber ved at modificere den stærkt overmættede og belastede martensitiske struktur, der produceres ved bratkøling.

Størrelsen og retningen af ​​disse ændringer afhænger af stålkvaliteten og hærdningstilstanden, så forholdet skal forstås som en generel tendens frem for en fast regel.

Samlet effekt af temperering

*Generelle tendenser for konventionelle bratkølede stål; højtlegerede stål kan vise forskellig adfærd, især hvor sekundær hærdning forekommer.

Det praktiske formål med temperering er derfor at vælge den rigtige egenskabsbalance frem for at maksimere en enkelt mekanisk egenskab.

Et skæreværktøj kan kræve maksimal praktisk hårdhed og slidstyrke, mens et gear eller en aksel kan kræve betydeligt større sejhed og træthedsmodstand.

Ved at styre anløbstemperaturen og tiden for det specifikke stål, producenter kan skræddersy den endelige mikrostruktur til de faktiske servicekrav.

8. Hvad er temperering vs udglødning vs normalisering vs afspænding?

Temperering, udglødning, normalisere, og afstressende er alle termiske behandlingsprocesser, men det er de ikke udskiftes.

Deres temperaturområder, start af mikrostrukturer, kølemetoder, metallurgiske mekanismer, og tilsigtede resultater er forskellige.

9. Hærdning af forskellige ståltyper

Forskellige ståltyper reagerer forskelligt på anløbning. Det er vigtigt at forstå disse forskelle for at vælge den rigtige tempereringsplan.

Almindelige kulstofstål:

Enkel at temperere. Lavt kulstofstål (<0.3% C) er sjældent slukket og hærdet, fordi de ikke hærder væsentligt.

Mellem kulstofstål (0.3–0,6 % C) er almindeligvis bratkølede og hærdede til aksler, Gear, og aksler. Højt kulstofstål (>0.6% C) bruges til værktøj, Springs, og knive.

Legeringsstål:

Indeholder elementer såsom krom, nikkel, Molybdæn, og vanadium.

De har bedre hærdbarhed og reagerer godt på temperering. Sekundær hærdning er almindelig i legeringer med stærke karbiddannere.

Værktøjsstål:

Inkluder vandhærdning, oliehærdning, lufthærdning, høj hastighed, og varmbearbejdningsstål.

Tempering tidsplaner varierer meget. Højhastighedsstål er tredobbelt hærdet ved 540–560°C. Varmebearbejdningsstål som H13 er dobbelthærdet ved 500–550°C.

Rustfrit stål:

Martensitisk rustfrit stål (F.eks., 410, 420, 440C) kan hærdes og hærdes. Austenitisk rustfrit stål (F.eks., 304, 316) kan ikke hærdes ved bratkøling og er ikke hærdet.

Ferritisk rustfrit stål er generelt ikke hærdet. Nedbørshærdende rustfrit stål ældes, ikke hærdet.

Maraging stål:

Disse er kulstoffattige, høj-nikkel legeringer, der styrkes ved aldring, ikke ved martensittempering.

Imidlertid, de kan gennemgå en løsningsbehandling og ældningsproces, der konceptuelt ligner temperering.

10. Hærdning H13 Værktøjsstål: Et praktisk eksempel

H13 Værktøjsstål er et chrom-molybdæn-vanadium varmbearbejdningsstål, der i vid udstrækning anvendes til trykstøbningsmatricer, smedning matricer, ekstruderingsværktøj, og andre værktøjer udsat for gentagen opvarmning og afkøling.

Dens kombination af varm styrke, sejhed, temperament modstand, og termisk træthedsbestandighed gør det til et repræsentativt eksempel på, hvorfor anløbning skal kontrolleres omhyggeligt i legeret værktøjsstål.

Efter austenitisering og quenching, H13 udvikler en hård martensitisk struktur med restspændinger og noget tilbageholdt austenit.

Den efterfølgende tempereringsbehandling er derfor ikke kun designet til at reducere skørhed, men også for at udvikle den nødvendige sekundære hærdningsrespons og mikrostrukturel stabilitet.

Typisk H13-temperingsplan

H13 er almindeligt dobbelt hærdet, med et tredje temperament undertiden angivet for store eller særligt kritiske komponenter.

Præcise parametre bør følge den gældende materialespecifikation og kvalificerede varmebehandlingsprocedure.

De faktiske austenitiserings- og bratkølingsbetingelser er også vigtige.

H13 er almindeligvis austenitiseret ved ca 1,020–1.050°C, efterfulgt af kontrolleret køling såsom luft- eller gaskøling, afhængig af sektionsstørrelse, udstyr, og de nødvendige egenskaber.

Typisk resulterende hårdhed

En korrekt varmebehandlet H13-komponent når normalt en endelig hårdhed i området omkring cirka 48–52 HRC, selvom den faktiske hårdhed afhænger af den austenitiserende tilstand, bratkølingshastighed, tempereringstemperatur, holdetid, og materialekemi.

Inden for det angivne tempereringsområde, den generelle tendens er:

• Omkring 500°C: højere hårdhed, med mindre tempereringsrelateret blødgøring.
• Omkring 550°C: noget lavere hårdhed, generelt med større sejhed og afspænding.

Forholdet er ikke strengt lineært, og H13 kan udstille sekundær hærdning på grund af udfældning af fine legeringscarbider under højtemperaturanløbning.

Hvorfor er H13 dobbelthærdet?

Den primære årsag til dobbelt temperering er adfærden af tilbageholdt austenit efter bratkøling.

Efter den første tempereringscyklus, noget tilbageholdt austenit kan under afkøling omdannes til frisk martensit.

Denne nydannede martensit har endnu ikke gennemgået temperering og kan derfor indeholde relativt høj restbelastning og skørhed.

Den anden tempereringscyklus behandler denne friske martensit og hjælper med at producere en mere ensartet endelig mikrostruktur:

Slukning → Første temperament → Retained Austenit Transformation → Frisk Martensit → Andet temperament

Dobbelt temperering hjælper også med at fuldføre de ønskede udfældningsreaktioner og forbedre konsistensen af ​​hårdhed og dimensionsstabilitet.

Til store eller meget kritiske H13 komponenter, -en tredje temperament kan bruges, når det kræves af varmebehandlingsspecifikationen, især hvor yderligere stabilisering er gavnlig.

Teknisk betydning

Formålet med H13-tempering er ikke blot at maksimere hårdheden.

Den endelige betingelse skal balancere hårdhed, varm styrke, sejhed, modstand mod termisk træthed, og dimensionel stabilitet.

Af denne grund, en H13 matrice hærdet ved ca. 500-550°C er konstrueret til at bibeholde tilstrækkelig hårdhed til slidstyrke, samtidig med at den udvikler den sejhed og temperamentsbestandighed, der kræves til gentagne termiske cyklusser og mekanisk belastning under brug.

11. Industrielle anvendelser af hærdet stål

Hærdet stål er meget udbredt i industriel fremstilling, fordi det giver en kontrollerbar balance mellem styrke, hårdhed, sejhed, Duktilitet, Træthedsmodstand, og dimensionel stabilitet.

Gear og transmissionskomponenter

Gear gennemgår almindeligvis quenching efterfulgt af temperering for at opnå høj styrke og tilstrækkelig sejhed.

Tempereringsbehandlingen reducerer skørheden og resterende spændinger forbundet med den hærdede tilstand, mens den opretholder tilstrækkelig hårdhed til tandkontakt og slidstyrke.

Typiske komponenter omfatter:

• Gear gear
• Tandhjul
• Kør gear
• Tandhjul
• Aksler og gearaksler

Til tungt belastede gear, den endelige varmebehandlingstilstand er normalt designet omkring træthedsstyrke, kontaktstress, og modstand mod tandbrud frem for hårdhed alene.

Aksler, Aksler, og Pins

Afkølet og hærdet legeret stål er meget udbredt til aksler, aksler, stifter, og lignende maskinelementer udsat for kombineret bøjning, torsion, påvirkning, og cyklisk belastning.

Sammenlignet med en as-quenched struktur, en korrekt hærdet martensitisk struktur giver væsentligt bedre sejhed og modstand mod revneudbredelse, gør den mere velegnet til dynamisk belastede komponenter.

Fjedre

Fjederstål kræver høj elastisk styrke og udmattelsesbestandighed.

Anløbning efter hærdning bruges til at justere hårdheden og lindre indre spændinger, samtidig med at den styrke, der kræves for gentagen elastisk belastning, bevares.

Ansøgninger inkluderer:

• Spiralfjedre
• Bladfjedre
• Torsionsfjedre
• Ophængskomponenter
• Ventilfjedre

Tempereringstilstanden skal kontrolleres omhyggeligt, fordi både overdreven blødhed og overdreven skørhed kan reducere fjederlevetiden.

Matricer og værktøj

Værktøjsstål er almindeligvis hærdet for at opnå en kontrolleret kombination af hårdhed, slidstyrke, sejhed, og modstandsdygtighed over for blødgøring.

Værktøjsstål til varmebearbejdning, såsom H13, hærdes ved relativt høje temperaturer for at opnå termisk stabilitet og modstandsdygtighed over for gentagen opvarmning og afkøling.

Koldbearbejdnings- og højhastighedsværktøjsstål bruger forskellige hærdningsplaner afhængigt af deres legeringssystemer og påkrævet skære- eller formningsydelse.

Bilkomponenter

Hærdet stål bruges i vid udstrækning i bilfremstilling til komponenter, der skal modstå gentagne mekaniske belastninger og stød.

Eksempler omfatter:

• Aksel aksler
• Styrekomponenter
• Drivaksler
• Tilslutning af komponenter
• Ophængsdele
• Transmissionskomponenter

Sluk-og-tempereringsbehandling gør det muligt for disse komponenter at opnå høj styrke uden at ofre den sejhed, der er nødvendig for virkelige serviceforhold.

Byggeri og tungt udstyr

Tunge maskinkomponenter oplever ofte høje belastninger, stød, slid, og cyklisk stress. Hærdet legeret stål er derfor meget brugt til:

• Stifter og bøsninger
• Hydrauliske komponenter
• Gravemaskine og læssemaskine dele
• Krankomponenter
• Komponenter til landbrugsmaskiner
• Mineudstyr dele

I disse applikationer, den nødvendige hærdningstilstand vælges typisk i henhold til den dominerende kombination af slagfasthed, træthedsstyrke, og slidstyrke.

Tryk- og energiudstyr

Visse trykbærende og energisystemkomponenter bruger kølet og hærdet stål, fordi behandlingen kan give høj styrke sammen med forbedret sejhed.

Ansøgninger kan omfatte:

• Højstyrke trykkomponenter
• Turbine-relaterede mekaniske dele
• Industrielle befæstelser
• Krafttransmissionskomponenter
• Kraftige strukturelle komponenter

Til sikkerhedskritiske komponenter, varmebehandlingsprocessen understøttes normalt af hårdhedstestning, mekanisk prøvning, Dimensionel inspektion, og metallurgisk verifikation.

12. Tempering Beyond Steel: Glas, Chokolade, og andre materialer

Ordet "tempering" bruges også på andre områder, men mekanismerne er forskellige.

Glashærdning

Glashærdning involverer opvarmning af glas til omkring 600-700°C og derefter hurtig afkøling af overfladerne med luftstråler.

Overfladen trækker sig hurtigere sammen end den indre, skabe trykspændinger på overfladen og trækspændinger i kernen.

Dette gør hærdet glas meget stærkere og får det til at gå i stykker, stumpe fragmenter frem for skarpe skår. Det bruges i bilruder, brusedøre, og arkitektoniske ruder.

Chokolade temperering

Chokoladetempering er en kontrolleret opvarmnings- og afkølingsproces, der tilskynder kakaosmør til at krystallisere i en stabil form, kendt som Form V (beta krystaller).

Korrekt tempereret chokolade har en blank finish, et sprødt snuptag, og en jævn smelte. Utempereret chokolade kan blomstre, føles kornet, eller blødgøres for let.

Andre materialer

Nogle ikke-jernholdige legeringer, såsom visse aluminium- og kobberlegeringer, gennemgå nedbørhærdning eller ældningsbehandlinger, der nogle gange løst kaldes temperering.

Imidlertid, udtrykket er mest præcist, når det anvendes til jernmetallurgi.

13. Konklusion

Tempering er en grundlæggende varmebehandlingsproces til transformation af quenched, meget stresset, og relativt skørt stål til et mere stabilt ingeniørmateriale.

Dens betydning ligger ikke blot i at reducere hårdheden, men ved at kontrollere den mikrostrukturelle udvikling af martensit og etablere den nødvendige balance mellem hårdhed, styrke, sejhed, Duktilitet, og dimensionel stabilitet.

Tempereringstemperaturen er den mest indflydelsesrige procesvariabel, men det skal ses sammen med holdetiden, stålsammensætning, forudgående austenitiserings- og bratkølingsbetingelser, komponent størrelse, og de nødvendige endelige egenskaber.

Den korrekte tempereringsbehandling er derfor stålkvalitetsspecifik snarere end universel.

Kulstofstål, legeret konstruktionsstål, stål med højt kulstofindhold, Værktøjsstål, højhastighedsstål, varmbearbejdningsstål, og martensitiske rustfrit stål kan alle udvise forskellige hærdningsreaktioner.

I industriel produktion, vellykket temperering bør bedømmes ud fra den endelige ydeevne af komponenten - ikke ud fra temperaturen alene.

En korrekt kontrolleret hærdningsproces konverterer den ekstreme hårdhed af den bratkølede tilstand til en pålidelig kombination af mekaniske egenskaber, der er egnet til gear, aksler, Springs, dør, Automotive dele, tungt udstyr, og andre krævende applikationer.

 

FAQS

Hvad er hærdning i stål?

Anløbning er en varmebehandlingsproces, hvor hærdet stål genopvarmes til en temperatur under dets kritiske transformationsområde, afholdt i et bestemt tidsrum, og derefter afkølet.

Det bruges primært til at reducere skørhed og resterende spænding og samtidig opnå den nødvendige balance mellem hårdhed, styrke, og sejhed.

Reducerer temperering hårdheden?

Til de fleste konventionelle bratkølede stål, forøgelse af hærdningstemperaturen reducerer generelt hårdhed og styrke, samtidig med at sejheden og duktiliteten forbedres.

Højlegeret værktøjsstål kan opføre sig anderledes på grund af sekundær hærdning.

Hvad er forskellen mellem temperering og udglødning?

Anløbning udføres normalt på hærdet stål under det kritiske transformationsområde for at modificere martensit.

Udglødning er generelt beregnet til at blødgøre stål og etablere en mere duktil, stabil mikrostruktur, ofte ved hjælp af langsom kontrolleret køling.

Hvordan inspiceres hærdet stål?

Typisk inspektion kan omfatte hårdhedstestning, Dimensionel inspektion, metallografisk undersøgelse, og mekanisk test, med yderligere overflade- eller ikke-destruktiv testning, hvor det kræves af applikationen eller specifikationen.