Kas ir rūdīšana? | Apstrādāt, Temperatūra & Ietekme uz tēraudu

Rūdīšana ir viens no pamatīgākajiem, taču plaši pārprastajiem termiskās apstrādes procesiem metālu ražošanā.

Gandrīz katra rūdīta tērauda sastāvdaļa tiek pakļauta rūdīšanai kā obligāta sekundāra darbība pēc dzesēšanas, tomēr daudzi inženieri un ražošanas komandas to uzskata par triviālu, standartizēts solis, nevis precīzi kontrolēts process, kas nosaka galīgo izturību, izturība, iekšējais stresa stāvoklis, un kalpošanas laiks.

Praksē, dzēšanas slēdzenes cietā, trausls, stresa noslogota martensīta struktūra, kas ir funkcionāli neizmantojama lielākajai daļai inženiertehnisko lietojumu.

Rūdīšana — rūpīgi kontrolēta karsēšana zem kritiskās transformācijas temperatūras — tiek pielāgota rūdītā mikrostruktūra, lai nodrošinātu precīzu cietības līdzsvaru, izturība, Izmēra stabilitāte, un noguruma izturība, kas nepieciešama apkopei.

Tāpēc rūdīšanu parasti izmanto instrumentu tēraudu ražošanā, presēt tēraudus, atsperu tēraudi, gultņu sastāvdaļas, pārnesumi, vārpstas, automobiļu detaļas, veidnes, un strukturālās mašīnu sastāvdaļas.

1. Kas ir rūdīšana?

Metalurģijā, rūdīšana ir termiskās apstrādes process, kurā iepriekš sacietējis dzelzs sakausējums tiek atkārtoti uzkarsēts līdz temperatūrai zem zemākās kritiskās temperatūras (A₁), turēti uz noteiktu laiku, un pēc tam atdzesēts kontrolētos apstākļos.

Par vienkāršu-oglekļa tēraudi, ar A1 līniju saistītā eitektoīda temperatūra ir aptuveni 727° C (1341° F), lai gan faktiskās kritiskās temperatūras mainās atkarībā no ķīmiskā sastāva.

Rūdīšanu galvenokārt veic pēc rūdīšanas, lai modificētu rūdīto martensīta struktūru.

Galvenie mērķi ir samazināt trauslumu un atlikušo spriegumu, vienlaikus saglabājot atbilstošu cietības un stiprības līmeni.

Izvēloties rūdīšanas temperatūru un turēšanas laiku, ražotāji var pielāgot līdzsvaru starp cietību, izturība, elastība, nodilums pretestība, un izmēru stabilitāte.

Galvenās rūdīšanas sekas ietver:

Rūdīšanas temperatūra tiek izvēlēta atbilstoši tērauda markai un vēlamajām gala īpašībām.

Izšķirt zemas temperatūras temperatūra var izmantot, ja jāsaglabā augsta cietība, tā kā augstāka rūdīšanas temperatūra parasti rada lielāku stingrību un elastību, attiecīgi samazinot cietību.

Rūdīšanu nedrīkst jaukt ar atkausēšanu. Atlaidināšana parasti ir paredzēta, lai mīkstinātu tēraudu un veicinātu relatīvi stabilu, kaļamā mikrostruktūra, bieži vien ietver karsēšanu virs kritiskās transformācijas temperatūras, kam seko lēna dzesēšana.

Rūdījums, turpretī, tiek uzklāts uz rūdīta tērauda un tiek veikts zem kritiskā transformācijas diapazona, lai modificētu, nevis pilnībā novērstu rūdīto stāvokli.

Praktiskā tērauda ražošanā, Tāpēc rūdīšanu vislabāk var saprast kā kontrolētu mikrostruktūras pielāgošanu, ko rada rūdīšana.

Mērķis nav vienkārši padarīt rūdītu tēraudu mīkstāku, bet pārveidot pārmērīgi trauslu rūdītu struktūru par tādu, kas nodrošina noderīgāku inženiertehnisko īpašību kombināciju.

2. Kāpēc ir nepieciešama rūdīšana: Zinātne aiz rūdīta tērauda

Lai saprastu rūdīšanu, vispirms jāsaprot, ko dara dzēšana.

Kad tērauds tiek uzkarsēts austenīta fāzes laukā (parasti virs 800–900°C atkarībā no sastāva), tā kristāla struktūra kļūst kubiska, kas vērsta uz seju. (FCC).

Austenīts var izšķīdināt ievērojamu daudzumu oglekļa. Ja tēraudu pēc tam ātri atdzesē, parasti ūdenī, eļļas, vai polimērs, oglekļa atomiem nav laika izkliedēties.

Kristāla struktūra mēģina pārveidoties uz ķermeni vērstā kubiskā formā (BCC) ferīts, bet notvertais ogleklis izkropļo režģi uz ķermeni centrētā tetragonālā (Bct) struktūra pazīstama kā martensīts.

Martensītu raksturo:

• Ļoti augsta cietība.
• Augsta tecēšanas robeža.
• Zema elastība un stingrība.
• Augsti atlikušie spriegumi.
• Tendence uz aizkavētu plaisāšanu.
• Saglabāta austenīta klātbūtne daudzos sakausējumos.

Šajā dzesētajā stāvoklī, tērauds bieži ir pārāk trausls praktiskai lietošanai. Griešanas instruments var saplīst. Montāžas laikā vārpsta var saplaisāt. Zobu zobs var saplīst trieciena slodzes ietekmē.

Rūdīšana samazina šos riskus, nodrošinot kontrolētu difūziju un mikrostrukturālu pārkārtošanos.

Tāpēc rūdīšanas nepieciešamība ir gan zinātniska, gan praktiska.

Zinātniski, tas ļauj tēraudam tuvoties līdzsvaram, mazinot režģa deformāciju un izgulsnējot karbīdus. Praktiski, tas ļauj tēraudam izturēt reālos ekspluatācijas apstākļus.

3. Kādi ir galvenie rūdīšanas temperatūras diapazoni?

Rūdīšanas temperatūra ir viens no svarīgākajiem tērauda termiskās apstrādes mainīgajiem, jo ​​tā tieši kontrolē mikrostrukturālo izmaiņu apjomu pēc rūdīšanas..

Palielinoties rūdīšanas temperatūrai, oglekļa difūzija, karbīda nokrišņi, atveseļošanās, un saglabātā austenīta transformācija kopumā kļūst izteiktāka.

Nav viena temperatūras diapazona, kas attiektos uz katru tēraudu.

Zemas temperatūras rūdīšana

Atlaidināšanu zemā temperatūrā parasti izmanto, ja komponentam jāsaglabā augsts cietības un nodilumizturības līmenis, vienlaikus samazinot trauslumu, kas saistīts ar svaigu martensītu..

Tipiskā temperatūra ir aptuveni 150-250°C (300–480°F), lai gan piemērotais diapazons ir atkarīgs no tērauda.

Šajā posmā, ogleklis sāk pārdalīties no pārsātinātā martensīta, var veidoties smalkas karbīda fāzes, un tiek samazināti rūdīšanas radītie atlikušie spriegumi.

Cietības samazināšanās parasti ir ierobežota salīdzinājumā ar rūdīšanu augstākā temperatūrā.

Šī apstrāde ir izplatīta tādiem lietojumiem kā:

• Griešanas rīki
• Dies
• Nodilumizturīgi komponenti
• Noteiktas gultņu sastāvdaļas
• Augstas cietības instrumentu tērauda detaļas

Kompromiss ir tāds, ka stingrība joprojām ir salīdzinoši ierobežota salīdzinājumā ar vidēju- vai augstas temperatūras temperatūras apstākļos.

Vidējas temperatūras rūdīšana

Vidējas temperatūras rūdīšana, aptuveni 250-450°C (480–840°F), rada lielākas dzēstās mikrostruktūras modifikācijas.

Karbīda nokrišņi kļūst attīstītāki, martensīts kļūst mazāk pārsātināts, un iekšējie spriegumi turpina samazināties.

Šis reģions var būt noderīgs, ja komponentam ir nepieciešama līdzsvarotāka kombinācija izturība, cietība, izturība, un nodiluma pretestība.

Precīza atbilde ievērojami atšķiras atkarībā no tērauda. Dažiem tēraudiem konkrētos temperatūras diapazonos ir arī trausluma parādības, kas nozīmē, ka var būt jāpievērš uzmanība gan rūdīšanas temperatūrai, gan tai sekojošajai dzesēšanas praksei.

Augstas temperatūras rūdīšana

Augstas temperatūras rūdīšanu parasti veic apm 450-700°C (840–1290°F), ar nosacījumu, ka temperatūra joprojām ir piemērota konkrētajam tēraudam un ir zemāka par attiecīgo kritisko transformācijas diapazonu.

Šajās temperatūrās, mikrostruktūrā notiek daudz plašāka atveseļošanās un karbīda evolūcija.

Atlikušie spriegumi ir ievērojami samazināti, un materiāls parasti attīsta ievērojami augstāku stingrību un elastību nekā rūdīšanas vai zemas temperatūras stāvoklī.

Augstas temperatūras rūdīšana ir plaši saistīta ar rūdītiem un rūdītiem konstrukciju tēraudiem, sakausējuma tēraudi, vārpstas, pārnesumi, spiedienu saturošas sastāvdaļas, un smagi noslogotas mašīnu daļas.

Īpaši svarīga atšķirība ir tāda, ka rūdīšana augstā temperatūrā ne vienmēr nozīmē vāju izturību.

Pareizi leģēti un termiski apstrādāti tēraudi var saglabāt ievērojamu ražību un stiepes izturību, vienlaikus iegūstot daudz labāku izturību pret lūzumiem.

Sekundārā sacietēšana rūdīšanas laikā

Daži ļoti leģēti instrumentu tēraudi darbojas atšķirīgi. Tā vietā, lai nepārtraukti samazinātos cietība, palielinoties rūdīšanas temperatūrai, tie var parādīt a sekundārās sacietēšanas maksimums, bieži vien augstākā rūdīšanas diapazonā.

Tas notiek, sakausējot elementus, piemēram, hromu, molibdēns, volframs, vai vanādija nogulsnes kā smalkas, stabili sakausējumi karbīdi.

Šīs daļiņas kavē dislokācijas kustību un var palielināt vai saglabāt cietību.

Sekundārā rūdīšana ir īpaši svarīga ātrgaitas tēraudiem un atsevišķiem instrumentu tēraudiem, kas paredzēti lietošanai paaugstinātā temperatūrā.

4. Kas ir rūdīšanas process?

Rūdīšanas process ir kontrolēts termiskais cikls, ko veic pēc sacietēšanas vai citas apstrādes, kas ir radījusi pietiekami sacietējušu mikrostruktūru.

Lai gan procedūra šķiet vienkārša, konsekventu rezultātu sasniegšanai nepieciešama temperatūras kontrole, laiks, krāsns viendabīgums, iekraušana, dzesēšana, un rūdītā tērauda stāvoklis.

Tipisku rūpnieciskās rūdīšanas secību var attēlot kā:

Rūdīšana → Pāreja uz rūdīšanu → Apkure → Mērcēšana → Kontrolēta dzesēšana → Pārbaude

Solis 1: Nomieriniet tēraudu

Rūdīšana parasti sākas ar pareizi rūdītu komponentu.

Tērauds vispirms tiek austenitizēts un pēc tam ātri atdzesēts ar ātrumu, kas ir pietiekams, lai iegūtu paredzēto rūdītu struktūru.

Rūdīšanas vide var ietvert:

• Eļļas
• Laistīt
• Polimēru šķīdums
• Spiediena gāze
• Izkausēta sāls

Pareizā vide ir atkarīga no sakausējuma un komponentu ģeometrijas.

Mērķis ir sasniegt nepieciešamo cietināmību un mikrostruktūru, vienlaikus samazinot plaisāšanu un deformāciju.

Solis 2: Pārnesiet komponentu uz rūdīšanas krāsni

Pēc dzēšanas, komponents jārūda saskaņā ar norādīto ražošanas procedūru.

Daudzām klasēm, ir vēlama tūlītēja rūdīšana, jo tikko dzēstajā stāvoklī ir liels atlikušais spriegums.

Pārvietošanas procedūrā arī jāizvairās no nevajadzīga termiskā šoka vai nekontrolētas dzesēšanas, kas varētu ietekmēt galīgo termiskās apstrādes stāvokli..

Kritiskām sastāvdaļām, krāsns ierakstos jādokumentē faktiskais temperatūras cikls, nevis jāpaļaujas tikai uz krāsns iestatīto punktu.

Solis 3: Uzkarsē līdz norādītajai rūdīšanas temperatūrai

Komponents tiek uzkarsēts līdz izvēlētajai rūdīšanas temperatūrai, kas var svārstīties no aptuveni 150°C līdz 700 °C atkarībā no tērauda.

Apkurei jābūt pietiekami kontrolētai, lai novērstu pārmērīgu temperatūras gradientu, īpaši lielos vai sarežģītos komponentos.

Krāsnim jānodrošina piemērota:

• Temperatūras viendabīgums
• Atmosfēras kontrole, kur nepieciešams
• Slodzes cirkulācija
• Instrumenta kalibrēšana
• Temperatūras ierakstīšana

Precīzai termiskai apstrādei, līdz faktiskā sagataves temperatūra ir svarīgāka par ieprogrammēto krāsns temperatūru.

Solis 4: Mērcēt temperatūrā

Kad sastāvdaļa ir sasniegusi vajadzīgo temperatūru, tas tiek turēts noteiktu laiku.

Šajā mērcēšanas posmā, mikrostruktūra iziet tēraudam atbilstošās rūdīšanas reakcijas:

• Oglekļa pārdale
• Karbīda nokrišņi
• Martensīta sadalīšanās
• Stresa relaksācija
• Matricas atgūšana
• Saglabātā-austenīta transformācija
• Karbīda sakausējuma izgulsnēšana otrreizēji cietinātos tēraudos

Nepieciešamais mērcēšanas laiks ir atkarīgs no komponenta izmēra, ģeometrija, sakausējums, krāsns tips, un piemērojamo specifikāciju.

Solis 5: Kontrolēta dzesēšana

Pēc nepieciešamā turēšanas laika, komponents tiek atdzesēts saskaņā ar procesa specifikāciju.

Daudzus tēraudus pēc rūdīšanas var atdzesēt gaisā, savukārt dažām sakausējumu sistēmām vai kritiskām sastāvdaļām var būt nepieciešama īpaša dzesēšanas prakse.

Dzesēšanas apstākļi var ietekmēt izmēru stabilitāti un, dažos tēraudos, uzņēmība pret temperaments trausls. Tāpēc, “Atdzesēšana” nav jāuzskata par nenozīmīgu pēdējo soli.

Solis 6: Atkārtojiet rūdīšanu, kad nepieciešams

Dažiem tēraudiem ir nepieciešams dubultā vai trīskāršā rūdīšana nevis vienu ciklu.

Var izmantot atkārtotu rūdīšanu:

• Turpiniet stabilizēt saglabāto austenītu
• Atlaidināt jaunizveidoto martensītu pēc saglabātā austenīta transformācijas
• Uzlabojiet izmēru stabilitāti
• Izstrādājiet stabilāku karbīda struktūru
• Sasniedziet konsekventas īpašības visā komponentā

Šī prakse ir īpaši izplatīta augsti leģētiem instrumentu tēraudiem.

5. Kāpēc dažiem tēraudiem ir nepieciešama dubulta vai trīskārša rūdīšana??

Daudziem rūdītiem tēraudiem pietiek ar vienu rūdīšanas ciklu, bet augsta sakausējuma tēraudi un dažiem tēraudiem ar augstu oglekļa saturu bieži ir nepieciešami divi vai pat trīs rūdīšanas cikli.

Galvenais iemesls ir tas, ka pirmā rūdīšanas apstrāde var mainīt saglabātā austenīta stabilitāti un iegūt svaigu martensītu turpmākās dzesēšanas laikā..

Otrā vai trešā rūdīšana pēc tam atlaidina šo jaunizveidoto martensītu un uzlabo galīgās mikrostruktūras stabilitāti.

Saglabātais austenīts ir galvenais iemesls

Pēc dzēšanas, daži tēraudi saglabā daļu no sākotnējā austenīta, jo martensīta transformācija nenotiek līdz beigām.

Tas jo īpaši attiecas uz tēraudiem, kas satur salīdzinoši augstu oglekļa un leģējošo elementu līmeni.

Pirmā rūdīšanas cikla laikā, saglabātā austenīta stabilitāte var mainīties. Atdzesējot pēc rūdīšanas, daļa no šī saglabātā austenīta var pārveidoties par svaigs, nerūdīts martensīts.

Tas rada jaunu problēmu: lai gan sākotnējais martensīts ir rūdīts, jaunizveidotajam martensītam nav.

Tāpēc šī svaigā martensīta atlaidināšanai tiek izmantots otrs rūdīšanas cikls.

Kāpēc svaigs martensīts rada bažas??

Svaigam martensītam ir tādi paši galvenie trūkumi kā oriģinālajai rūdītajai struktūrai:

• Augsta cietība
• Augsts atlikušais stress
• Zema elastība
• Salīdzinoši vāja stingrība
• Paaugstināta jutība pret plaisāšanu

Atstājot šo struktūru neapstrādātu, var rasties lokālas cietības un stingrības atšķirības. Precīzijas instrumentu tēraudos, tas var arī veicināt izmēru nestabilitāti.

Tādējādi dubultā rūdīšana palīdz nodrošināt, ka gan sākotnējais martensīts, gan martensīts, kas izveidojies pēc pirmā rūdīšanas cikla, ir pareizi atlaidināts..

Kad tiek izmantota trīskāršā rūdīšana?

Trīskāršā rūdīšana tiek izmantota, ja nepieciešama vēl augstāka mikrostrukturālās stabilizācijas pakāpe.

Tas ir īpaši izplatīts dažos ātrgaitas tēraudos, karstā darba instrumentu tēraudi, un ļoti leģēti prestēraudi, atkarībā no ražotāja termiskās apstrādes specifikācijas.

Var izvēlēties trešo ciklu:

• Turpiniet stabilizēt saglabāto austenītu
• Atlaidiet jebkuru jaunizveidoto martensītu
• Uzlabojiet līdzsvaru starp cietību un stingrību
• Uzlabojiet izmēru stabilitāti
• Iestatiet nepieciešamo sekundārās sacietēšanas stāvokli

Trīskāršā rūdīšana nav jāpiemēro automātiski. Tas ir attaisnojams tikai tad, ja to pieprasa tērauda marka un nepieciešamās īpašības.

Tipiski tēraudi, kuriem nepieciešama atkārtota rūdīšana

Atkārtota rūdīšana īpaši attiecas uz tādiem tēraudiem kā:

• H13 karstā darba instrumentu tērauds
• Ātrgaitas tēraudi
• Augsti leģēti aukstās apstrādes instrumentu tēraudi
• Atlasīti karstās apstrādes un presēšanas tēraudi
• Noteikti nokrišņu vai otrreizēji rūdīšanas instrumentu tēraudi

Faktiskajam rūdīšanas ciklu skaitam vienmēr jāatbilst konkrētajai tērauda markai un kvalificētai termiskās apstrādes procedūrai. Vairāk ciklu automātiski nenozīmē labāku veiktspēju.

6. Kas ir sekundārā sacietēšana rūdīšanas laikā?

Sekundārā sacietēšana ir parādība, kurā dažiem ļoti leģētiem tēraudiem rūdīšanas laikā relatīvi augstā temperatūrā palielinās cietība, lai gan parastā oglekļa tēraudu rūdīšana parasti samazina cietību.

Šī uzvedība ir raksturīga tēraudiem, kas satur ievērojamu daudzumu karbīdu veidojošu leģējošu elementu, īpaši molibdēns, volframs, vanādijs, un hroms.

Kāpēc notiek sekundārā sacietēšana?

Parastās rūdīšanas laikā, rūdītā martensīta cietība parasti samazinās, jo ogleklis atstāj pārsātināto matricu un karbīdi kļūst stabilāki.

Augsti leģētos instrumentu tēraudos, lai arī, citāds process var notikt augstākās rūdīšanas temperatūrās. Leģējošie elementi izkliedējas un veidojas ļoti smalki sakausējuma karbīdi.

Šīs nogulsnes var būt ārkārtīgi efektīvas, lai pretotos dislokācijas kustībai.

Rezultātā nostiprināšanās var kompensēt, un dažreiz pārsniedz, cietība, kas zaudēta iepriekšējos rūdīšanas posmos.

Vispārējā secība ir:

Rūdīšana → sākotnējā rūdīšana/mīkstināšana → sakausējuma-karbīda nogulsnēšana → sekundārā sacietēšana

Iesaistītie leģējošie elementi

Svarīgākie elementi ietver:

Precīzs karbīda veids ir atkarīgs no tērauda sastāva un termiskās apstrādes vēstures.

Kāpēc sekundārā sacietēšana ir svarīga??

Sekundārā rūdīšana ļauj dažiem instrumentu tēraudiem sasniegt augstu cietību pēc rūdīšanas temperatūrā, kas ir ievērojami augstāka nekā parastajā rūdīšanā zemā temperatūrā..

Tas ir vērtīgi, jo var uzlaboties arī rūdīšana augstā temperatūrā:

• Temperatūras pretestība
• Izmēru stabilitāte
• Strukturālā stabilitāte
• Karstā cietība
• Izturība pret mīkstināšanu ekspluatācijas laikā

Instrumentiem, kas darbojas paaugstinātā temperatūrā, cietības saglabāšana ekspluatācijas laikā var būt svarīgāka nekā maksimālās iespējamās cietības sasniegšana istabas temperatūrā.

Sekundārais rūdījums un H13 instrumentu tērauds

H13 ir reprezentatīvs karstās apstrādes instrumentu tērauds, kurā sakausējuma-karbīda nokrišņi veicina tā reakciju augstas temperatūras rūdīšanas laikā.

Tā termiskā apstrāde ir paredzēta, lai izveidotu atbilstošu cietības līdzsvaru, izturība, termiskā noguruma izturība, un izturība pret mīkstināšanu.

Precīza sekundārā sacietēšanas reakcija ir atkarīga no tērauda ķīmijas, austenitizācijas temperatūra, dzēšanas metode, rūdīšanas temperatūra, un turēšanas laiks.

Tāpēc nav pareizi uzskatīt sekundāro sacietēšanu vienkārši kā “sacietēšanu, atkārtoti karsējot”.

Šī parādība ir saistīta ar sakausējumu bagātu karbīdu kontrolētu nogulsnēšanos iepriekš sacietētā mikrostruktūrā.

7. Kā rūdīšana ietekmē mehāniskās īpašības?

Rūdīšana maina tērauda mehāniskās īpašības, mainot ļoti pārsātināto un nospriegoto martensīta struktūru, kas rodas rūdīšanas rezultātā.

Šo izmaiņu lielums un virziens ir atkarīgs no tērauda markas un rūdīšanas stāvokļa, tāpēc attiecības ir jāsaprot kā vispārēja tendence, nevis fiksēts noteikums.

Rūdīšanas kopējais efekts

*Vispārējās tendences parastajiem rūdītajiem tēraudiem; ļoti leģētiem tēraudiem var būt atšķirīga uzvedība, īpaši, ja notiek sekundāra sacietēšana.

Tāpēc rūdīšanas praktiskais mērķis ir izvēlēties pareizo īpašību līdzsvaru, nevis palielināt jebkuru atsevišķu mehānisko īpašību.

Griešanas instrumentam var būt nepieciešama maksimāla praktiskā cietība un nodilumizturība, savukārt zobratam vai vārpstai var būt nepieciešama ievērojami lielāka stingrība un noguruma izturība.

Kontrolējot rūdīšanas temperatūru un laiku konkrētajam tēraudam, ražotāji var pielāgot galīgo mikrostruktūru faktiskajām pakalpojumu prasībām.

8. Kas ir rūdīšana un atlaidināšana pret normalizēšanu un stresa mazināšanu?

Rūdījums, rūdīšana, normalizēšana, un stresa mazināšana ir visi termiskās apstrādes procesi, bet viņi ir nav maināms.

To temperatūras diapazoni, sākuma mikrostruktūras, dzesēšanas metodes, metalurģijas mehānismi, un paredzētie rezultāti ir atšķirīgi.

9. Dažādu veidu tērauda rūdīšana

Dažādi tērauda veidi atšķirīgi reaģē uz rūdīšanu. Lai izvēlētos pareizo rūdīšanas grafiku, ir svarīgi saprast šīs atšķirības.

Vienkāršs oglekļa tērauds:

Vienkārši rūdīt. Zema oglekļa satura tēraudi (<0.3% C) tiek rūdīti un rūdīti reti, jo tie būtiski nesacietē.

Vidēja oglekļa tēraudi (0.3-0,6% C) parasti tiek rūdīti un rūdīti vārpstām, pārnesumi, un asis. Augsta oglekļa satura tēraudi (>0.6% C) tiek izmantoti instrumentiem, atsperes, un naži.

Leģētie tēraudi:

Satur tādus elementus kā hroms, niķelis, molibdēns, un vanādijs.

Viņiem ir labāka rūdāmība un tie labi reaģē uz rūdīšanu. Sekundārā sacietēšana ir izplatīta sakausējumos ar spēcīgiem karbīda veidotājiem.

Instrumentu tēraudi:

Iekļaujiet ūdens sacietēšanu, eļļas sacietēšana, gaisa sacietēšana, ātrgaitas, un karstās apstrādes tēraudi.

Rūdīšanas grafiki ir ļoti atšķirīgi. Ātrgaitas tēraudi tiek trīskārši rūdīti 540–560°C temperatūrā. Karstās apstrādes tēraudi, piemēram, H13, tiek rūdīti divreiz 500–550 °C temperatūrā.

Nerūsējoši tēraudi:

Martensīta nerūsējošie tēraudi (Piem., 410, 420, 440C) var rūdīt un rūdīt. Austenīta nerūsējošie tēraudi (Piem., 304, 316) nevar sacietēt ar rūdīšanu un nav rūdīti.

Ferīta nerūsējošais tērauds parasti nav rūdīts. Nokrišņos rūdoši nerūsējošie tēraudi tiek izturēti, nav rūdīts.

Martensijas tēraudi:

Tie ir ar zemu oglekļa saturu, sakausējumi ar augstu niķeļa saturu, ko stiprina novecošanās, ne ar martensīta rūdīšanu.

Lai arī, tiem var tikt veikta šķīduma apstrāde un novecošanas process, kas konceptuāli ir līdzīgs rūdīšanai.

10. Rūdīšanas H13 instrumentu tērauds: Praktisks piemērs

H13 instrumentu tērauds ir hroma-molibdēna-vanādija karstās apstrādes instrumentu tērauds, ko plaši izmanto liešanas presformās, kalšanas presformas, ekstrūzijas instrumenti, un citi instrumenti, kas pakļauti atkārtotai karsēšanai un dzesēšanai.

Tā karstā spēka kombinācija, izturība, temperamenta pretestība, un termiskā noguruma izturība padara to par reprezentatīvu piemēru tam, kāpēc rūdīšana ir rūpīgi jākontrolē leģētajos instrumentu tēraudos.

Pēc austenitizācijas un dzēšanas, H13 izveido cietu martensīta struktūru ar atlikušajiem spriegumiem un nedaudz saglabājušos austenītu.

Tāpēc turpmākā rūdīšanas apstrāde ir paredzēta ne tikai trausluma samazināšanai, bet arī attīstīt nepieciešamo sekundāro sacietēšanas reakciju un mikrostrukturālo stabilitāti.

Tipisks H13 rūdīšanas grafiks

H13 parasti dubultā rūdīta, ar trešo temperamentu, kas dažkārt norādīts lielām vai īpaši kritiskām sastāvdaļām.

Precīziem parametriem jāatbilst piemērojamajai materiāla specifikācijai un kvalificētai termiskās apstrādes procedūrai.

Svarīgi ir arī faktiskie austenitizācijas un dzēšanas apstākļi.

H13 parasti austenitizē aptuveni 1,020–1050°C, kam seko kontrolēta dzesēšana, piemēram, gaisa vai gāzes dzesēšana, atkarībā no sekcijas izmēra, iekārtas, un nepieciešamās īpašības.

Tipiska iegūtā cietība

Pareizi termiski apstrādāts H13 komponents parasti sasniedz galīgo cietību reģionā aptuveni 48–52 HRC, lai gan faktiskā cietība ir atkarīga no austenitizācijas stāvokļa, dzēšanas ātrums, rūdīšanas temperatūra, turēšanas laiks, un materiālu ķīmija.

Norādītajā rūdīšanas diapazonā, vispārējā tendence ir:

• Apmēram 500°C: augstāka cietība, ar mazāku ar rūdīšanu saistītu mīkstināšanu.
• Apmēram 550°C: nedaudz zemāka cietība, parasti ar lielāku izturību un stresa mazināšanu.

Attiecības nav stingri lineāras, un H13 var izstādīt sekundārā sacietēšana jo augstas temperatūras rūdīšanas laikā izgulsnējas smalki sakausējuma karbīdi.

Kāpēc H13 ir dubultā rūdīts?

Galvenais dubultās rūdīšanas iemesls ir uzvedība saglabāja austenītu pēc dzēšanas.

Pēc pirmā rūdīšanas cikla, daļa saglabātā austenīta atdzesēšanas laikā var pārveidoties par svaigu martensītu.

Šis jaunizveidotais martensīts vēl nav rūdīts un tāpēc var saturēt relatīvi lielu atlikušo spriegumu un trauslumu.

Otrais rūdīšanas cikls apstrādā šo svaigo martensītu un palīdz izveidot vienmērīgāku galīgo mikrostruktūru:

Rūdīšana → Pirmā rūdīšana → Saglabātā austenīta transformācija → Svaigs martensīts → Otrā rūdīšana

Dubultā rūdīšana arī palīdz pabeigt vēlamās nokrišņu reakcijas un uzlabot cietības konsistenci un izmēru stabilitāti.

Lieliem vai ļoti kritiskiem H13 komponentiem, izšķirt trešais temperaments var izmantot, ja to pieprasa termiskās apstrādes specifikācijas, īpaši, ja ir izdevīga papildu stabilizācija.

Inženierzinātnes nozīme

H13 rūdīšanas mērķis nav vienkārši maksimāli palielināt cietību.

Galīgajā stāvoklī ir jāsabalansē cietība, karsts spēks, izturība, termiskā noguruma izturība, un izmēru stabilitāte.

Šī iemesla dēļ, H13 presforma, kas rūdīta aptuveni 500–550 °C, ir konstruēta tā, lai saglabātu pietiekamu cietību, lai nodrošinātu nodilumizturību, vienlaikus attīstot stingrību un izturību, kas nepieciešama atkārtotai termiskai cikliskumam un mehāniskai slodzei ekspluatācijas laikā..

11. Rūdīta tērauda rūpnieciskie pielietojumi

Rūdīts tērauds tiek plaši izmantots rūpnieciskajā ražošanā, jo tas nodrošina kontrolējamu līdzsvaru starp izturību, cietība, izturība, elastība, Noguruma pretestība, un izmēru stabilitāte.

Pārnesumi un transmisijas sastāvdaļas

Zobrati parasti tiek rūdīti, kam seko rūdīšana, lai iegūtu augstu izturību un atbilstošu stingrību.

Rūdīšanas apstrāde samazina trauslumu un atlikušos spriegumus, kas saistīti ar sacietēšanas stāvokli, vienlaikus saglabājot pietiekamu cietību zobu saskarei un nodilumizturību.

Tipiski komponenti ietver:

• Transmisijas pārnesumi
• Zobrati
• Piedziņas pārnesumi
• Zobrati
• Vārpstas un zobratu vārpstas

Smagi noslogotiem zobratiem, galīgais termiskās apstrādes stāvoklis parasti ir paredzēts noguruma izturībai, kontakta stress, un izturība pret zobu lūzumu, nevis tikai pret cietību.

Vārpstas, Asis, un Piespraudes

Vārpstām tiek plaši izmantoti rūdīti leģētie tēraudi, asis, tapas, un līdzīgi mašīnas elementi, kas pakļauti kombinētai liekšanai, vērpšana, trieciens, un cikliskā iekraušana.

Salīdzinājumā ar rūdītu struktūru, pareizi rūdīta martensīta struktūra nodrošina ievērojami labāku izturību un izturību pret plaisu izplatīšanos, padarot to piemērotāku dinamiski ielādējamiem komponentiem.

Atsperes

Atsperu tēraudiem ir nepieciešama augsta elastība un izturība pret nogurumu.

Rūdīšanu pēc sacietēšanas izmanto, lai pielāgotu cietību un mazinātu iekšējos spriegumus, vienlaikus saglabājot izturību, kas nepieciešama atkārtotai elastīgai slodzei.

Pieteikumos ietilpst:

• Spoles atsperes
• Lapu atsperes
• Vērpes atsperes
• Balstiekārtas sastāvdaļas
• Vārstu atsperes

The tempering condition must be carefully controlled because both excessive softness and excessive brittleness can reduce spring life.

Presformas un instrumenti

Tool steels are commonly tempered to achieve a controlled combination of hardness, nodilums pretestība, izturība, un izturība pret mīkstināšanu.

Hot-work tool steels such as H13 are tempered at relatively high temperatures to obtain thermal stability and resistance to repeated heating and cooling.

Cold-work and high-speed tool steels use different tempering schedules depending on their alloy systems and required cutting or forming performance.

Automobiļu sastāvdaļas

Tempered steel is extensively used in automotive manufacturing for components that must withstand repeated mechanical loading and impact.

Piemēri ietver:

• Axle shafts
• Steering components
• Drive shafts
• Connecting components
• Suspensijas daļas
• Transmisijas sastāvdaļas

Apstrāde ar rūdīšanu ļauj šiem komponentiem sasniegt augstu izturību, nezaudējot izturību, kas nepieciešama reālos ekspluatācijas apstākļos.

Celtniecība un smagais aprīkojums

Smago mašīnu komponentiem bieži ir liela slodze, šoks, nobrāzums, un cikliskais stress. Tāpēc rūdītie leģētie tēraudi tiek plaši izmantoti:

• Tapas un bukses
• Hidrauliskās sastāvdaļas
• Ekskavatoru un iekrāvēju daļas
• Celtņa sastāvdaļas
• Lauksaimniecības tehnikas sastāvdaļas
• Kalnrūpniecības iekārtu daļas

Šajās lietojumprogrammās, nepieciešamo rūdīšanas nosacījumu parasti izvēlas atbilstoši dominējošajai triecienizturības kombinācijai, noguruma spēks, un nodiluma pretestība.

Spiediena un enerģijas iekārtas

Dažos spiediena nesošos un energosistēmas komponentos tiek izmantoti rūdīti tēraudi, jo apstrāde var nodrošināt augstu izturību un uzlabotu stingrību..

Pieteikumi var ietvert:

• Augstas stiprības spiediena sastāvdaļas
• Ar turbīnām saistītās mehāniskās daļas
• Rūpnieciskie stiprinājumi
• Jaudas pārvades sastāvdaļas
• Lieljaudas konstrukcijas sastāvdaļas

Drošībai kritiskām sastāvdaļām, termiskās apstrādes process parasti tiek atbalstīts ar cietības testu, mehāniskā pārbaude, izmēru pārbaude, un metalurģiskā pārbaude.

12. Rūdīšana ārpus tērauda: Stikls, Šokolāde, un citi materiāli

Vārds “rūdīšana” tiek lietots arī citās jomās, bet mehānismi ir dažādi.

Stikla rūdīšana

Stikla rūdīšana ietver stikla uzsildīšanu līdz aptuveni 600–700°C un pēc tam ātru virsmu atdzesēšanu ar gaisa strūklām.

Virsma saraujas ātrāk nekā iekšpuse, radot spiedes spriegumus uz virsmas un stiepes spriegumus serdē.

Tas padara rūdītu stiklu daudz stiprāku un liek tam saplīst, neasas lauskas, nevis asas lauskas. To izmanto automašīnu logos, dušas durvis, un arhitektoniskais stiklojums.

Šokolādes rūdīšana

Šokolādes rūdīšana ir kontrolēts sildīšanas un dzesēšanas process, kas veicina kakao sviesta kristalizāciju stabilā formā, pazīstama kā V forma (beta kristāli).

Pareizi rūdītai šokolādei ir spīdīga apdare, kraukšķīgs snap, un gluda kausēšana. Nerūdīta šokolāde var uzziedēt, jūtos graudains, vai mīkstina pārāk viegli.

Citi materiāli

Daži krāsaino metālu sakausējumi, piemēram, daži alumīnija un vara sakausējumi, iziet nokrišņu sacietēšanas vai novecošanas apstrādi, ko dažreiz brīvi sauc par rūdīšanu.

Lai arī, Šis termins ir visprecīzākais, ja to piemēro melnajai metalurģijai.

13. Secinājums

Rūdīšana ir būtisks termiskās apstrādes process rūdīta pārveidošanai, ļoti saspringts, un salīdzinoši trausls tērauds kļūst par stabilāku inženiertehnisko materiālu.

Tās nozīme nav tikai cietības samazināšanā, bet gan martensīta mikrostrukturālās evolūcijas kontrolēšanā un nepieciešamā līdzsvara nodibināšanā starp cietību, izturība, izturība, elastība, un izmēru stabilitāte.

Rūdīšanas temperatūra ir visietekmīgākais procesa mainīgais lielums, bet tas jāņem vērā kopā ar turēšanas laiku, tērauda sastāvs, iepriekšējie austenitizācijas un dzēšanas apstākļi, komponenta izmērs, un nepieciešamās galīgās īpašības.

Tāpēc pareizā rūdīšanas apstrāde ir tērauda klases specifisks, nevis universāls.

Oglekļa tēraudi, leģētie strukturālie tēraudi, tēraudi ar augstu oglekļa saturu, tēraudi, ātrgaitas tēraudi, karstās apstrādes tēraudi, un martensīta nerūsējošais tērauds var uzrādīt dažādas rūdīšanas reakcijas.

Rūpnieciskajā ražošanā, veiksmīga atlaidināšana jāvērtē pēc komponenta galīgās veiktspējas, nevis tikai pēc temperatūras.

Pareizi kontrolēts rūdīšanas process pārvērš rūdītā stāvokļa ārkārtējo cietību uzticamā mehānisko īpašību kombinācijā, kas piemērota zobratiem, vārpstas, atsperes, mirst, automobiļu detaļas, smago tehniku, un citi prasīgi lietojumi.

 

FAQ

Kas ir tērauda rūdīšana?

Rūdīšana ir termiskās apstrādes process, kurā rūdīts tērauds tiek atkārtoti uzkarsēts līdz temperatūrai, kas zemāka par tā kritisko transformācijas diapazonu., turēts uz noteiktu laiku, un pēc tam atdzesē.

To galvenokārt izmanto, lai samazinātu trauslumu un atlikušo spriegumu, vienlaikus nodrošinot nepieciešamo cietības līdzsvaru, izturība, un izturība.

Vai rūdīšana samazina cietību?

Lielākajai daļai parasto rūdītu tēraudu, rūdīšanas temperatūras paaugstināšana parasti samazina cietību un izturību, vienlaikus uzlabojot stingrību un elastību.

Augsti leģēti instrumentu tēraudi var izturēties atšķirīgi sekundārās sacietēšanas dēļ.

Kāda ir atšķirība starp rūdīšanu un atkausēšanu?

Rūdīšanu parasti veic rūdītam tēraudam zem kritiskā transformācijas diapazona, lai modificētu martensītu.

Atlaidināšana parasti ir paredzēta, lai mīkstinātu tēraudu un padarītu to elastīgāku, stabila mikrostruktūra, bieži izmanto lēni kontrolētu dzesēšanu.

Kā tiek pārbaudīts rūdītais tērauds?

Tipiskā pārbaude var ietvert cietības pārbaudi, izmēru pārbaude, metalogrāfiskā pārbaude, un mehāniskā pārbaude, ar papildu virsmas vai nesagraujošo testēšanu, ja to prasa pieteikums vai specifikācija.