Co to jest temperowanie? | Proces, Temperatura & Wpływ na stal

Odpuszczanie jest jednym z najbardziej podstawowych, choć powszechnie błędnie rozumianych procesów obróbki cieplnej w produkcji metali.

Prawie każdy hartowany element stalowy poddawany jest odpuszczaniu jako obowiązkowej operacji wtórnej po hartowaniu, jednak wielu inżynierów i zespołów produkcyjnych traktuje to jako drobnostkę, znormalizowany etap, a nie precyzyjnie kontrolowany proces, który określa końcową wytrzymałość, wytrzymałość, stan stresu wewnętrznego, i życie serwisowe.

W rzeczywistości, hartowanie zamków w stanie twardym, kruchy, obciążona naprężeniami struktura martenzytyczna, która jest funkcjonalnie bezużyteczna w większości zastosowań inżynieryjnych.

Odpuszczanie — dokładnie kontrolowane ogrzewanie poniżej krytycznej temperatury przemiany — dostosowuje mikrostrukturę po hartowaniu, aby zapewnić dokładną równowagę twardości, wytrzymałość, stabilność wymiarowa, i odporność na zmęczenie wymagane do obsługi.

Dlatego też w produkcji stali narzędziowych powszechnie stosuje się odpuszczanie, stale, stale wiosenne, elementy noszące, koła zębate, wały, części samochodowe, formy, i konstrukcyjne elementy maszyn.

1. Co to jest temperowanie?

W metalurgii, ruszenie to proces obróbki cieplnej, podczas którego uprzednio utwardzony stop żelaza jest ponownie podgrzewany do określonej temperatury poniżej niższej temperatury krytycznej (A₁), utrzymywane przez określony czas, a następnie ochłodzono w kontrolowanych warunkach.

Na zwykły-stale węglowe, temperatura eutektoidy związana z linią A₁ wynosi w przybliżeniu 727°C (1341°F), chociaż rzeczywiste temperatury krytyczne różnią się w zależności od składu chemicznego.

Odpuszczanie stosuje się głównie po hartowaniu w celu modyfikacji struktury martenzytycznej po hartowaniu.

Głównym celem jest zmniejszenie kruchości i naprężeń szczątkowych przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniego poziomu twardości i wytrzymałości.

Wybierając temperaturę odpuszczania i czas przetrzymywania, producenci mogą regulować równowagę pomiędzy twardością, wytrzymałość, plastyczność, odporność na zużycie, i stabilność wymiarowa.

Do głównych efektów hartowania zalicza się:

Temperaturę odpuszczania dobiera się w zależności od gatunku stali i pożądanych właściwości końcowych.

A temperament niskotemperaturowy może być stosowany, gdy konieczne jest zachowanie wysokiej twardości, podczas gdy wyższa temperatura odpuszczania zazwyczaj zapewnia większą wytrzymałość i plastyczność przy odpowiednim zmniejszeniu twardości.

Odpuszczania nie należy mylić z wyżarzaniem. Wyżarzanie ma zwykle na celu zmiękczenie stali i zapewnienie jej stosunkowo stabilności, ciągliwa mikrostruktura, często obejmujące ogrzewanie powyżej krytycznej temperatury przemiany, a następnie powolne chłodzenie.

Ruszenie, dla kontrastu, jest nakładany na hartowaną stal i przeprowadzany poniżej krytycznego zakresu transformacji w celu modyfikacji, a nie całkowitego wyeliminowania stanu hartowanego.

W praktycznej produkcji stali, Dlatego odpuszczanie najlepiej rozumieć jako kontrolowaną regulację mikrostruktury powstałej w wyniku hartowania.

Celem nie jest po prostu zmiękczenie stali hartowanej, ale przekształcenie nadmiernie kruchej struktury po hartowaniu w taką, która zapewnia bardziej użyteczną inżynierską kombinację właściwości.

2. Dlaczego hartowanie jest konieczne: Nauka o hartowanej stali

Aby zrozumieć temperowanie, trzeba najpierw zrozumieć, na czym polega hartowanie.

Kiedy stal jest podgrzewana w polu fazy austenitu – zwykle powyżej 800–900°C, w zależności od składu – jej struktura krystaliczna staje się sześcienna skupiona na ścianie (FCC).

Austenit może rozpuszczać znaczne ilości węgla. Jeśli stal zostanie następnie szybko schłodzona, zwykle w wodzie, olej, lub polimer, atomy węgla nie mają czasu na dyfuzję.

Struktura kryształu próbuje przekształcić się w sześcienną skupioną na ciele (BCC) ferryt, ale uwięziony węgiel zniekształca siatkę w tetragonalny skupiony na ciele (BCT) strukturę tzw martenzyt.

Martenzyt charakteryzuje się:

• Bardzo wysoka twardość.
• Wysoka granica plastyczności.
• Niska plastyczność i wytrzymałość.
• Wysokie naprężenia szczątkowe.
• Tendencja do opóźnionego pękania.
• Obecność austenitu szczątkowego w wielu stopach.

W stanie po hartowaniu, stal jest często zbyt krucha, aby można ją było zastosować w praktyce. Narzędzie tnące może odpryskiwać. Wał może pęknąć podczas montażu. Ząb przekładni może pęknąć pod wpływem obciążenia udarowego.

Hartowanie zmniejsza to ryzyko, umożliwiając kontrolowaną dyfuzję i przegrupowanie mikrostrukturalne.

Konieczność hartowania ma zatem charakter zarówno naukowy, jak i praktyczny.

Naukowo, pozwala stali osiągnąć równowagę poprzez złagodzenie naprężeń sieci i wytrącenie węglików. Praktycznie, umożliwia stali przetrwanie w rzeczywistych warunkach pracy.

3. Jakie są główne zakresy temperatur odpuszczania?

Temperatura odpuszczania jest jedną z najważniejszych zmiennych w obróbce cieplnej stali, ponieważ bezpośrednio kontroluje zakres zmian mikrostrukturalnych po hartowaniu.

Wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania, dyfuzja węgla, opady węglika, powrót do zdrowia, a przemiana austenitu szczątkowego staje się na ogół bardziej wyraźna.

Nie ma jednego zakresu temperatur, który miałby zastosowanie do każdej stali.

Niska temperatura

Odpuszczanie w niskiej temperaturze jest powszechnie stosowane, gdy element musi zachować wysoki poziom twardości i odporności na zużycie, jednocześnie zmniejszając kruchość związaną ze świeżym martenzytem.

Typowe temperatury wynoszą w przybliżeniu 150–250 ° C. (300–480°F), chociaż odpowiedni zakres zależy od stali.

Na tym etapie, węgiel zaczyna redystrybuować z przesyconego martenzytu, mogą powstawać drobne fazy węglikowe, a naprężenia resztkowe powstałe w wyniku hartowania są zmniejszone.

Zmniejszenie twardości jest zwykle ograniczone w porównaniu z odpuszczaniem w wyższej temperaturze.

Zabieg ten jest powszechny w zastosowaniach takich jak:

• Narzędzia tnące
• Umiera
• Elementy odporne na zużycie
• Niektóre elementy łożysk
• Części ze stali narzędziowej o wysokiej twardości

Kompromis polega na tym, że wytrzymałość pozostaje stosunkowo ograniczona w porównaniu ze średnią- lub w warunkach odpuszczania w wysokiej temperaturze.

Temperatura średniej temperatury

Odpuszczanie średniotemperaturowe, około 250–450 ° C. (480–840°F), powoduje większą modyfikację hartowanej mikrostruktury.

Wytrącanie węglików staje się bardziej rozwinięte, martenzyt staje się mniej przesycony, a naprężenia wewnętrzne nadal maleją.

Region ten może być przydatny, gdy komponent wymaga bardziej zrównoważonej kombinacji wytrzymałość, twardość, wytrzymałość, i odporność na zużycie.

Dokładna reakcja różni się znacznie w zależności od stali. Niektóre stale wykazują również zjawisko kruchości odpuszczania w określonych zakresach temperatur, co oznacza, że ​​zarówno temperatura odpuszczania, jak i późniejsza praktyka chłodzenia mogą wymagać uwagi.

Temperatura w wysokiej temperaturze

Odpuszczanie w wysokiej temperaturze zazwyczaj przeprowadza się w temperaturze ok 450–700 ° C. (840–1290°F), pod warunkiem, że temperatura pozostaje odpowiednia dla konkretnej stali i poniżej odpowiedniego krytycznego zakresu przemiany.

W tych temperaturach, mikrostruktura ulega znacznie szerszemu odzyskowi i ewolucji węglików.

Naprężenia szczątkowe są znacznie zmniejszone, a materiał ogólnie uzyskuje znacznie wyższą wytrzymałość i ciągliwość niż w stanie po hartowaniu lub w niskiej temperaturze.

Odpuszczanie w wysokiej temperaturze jest powszechnie kojarzone ze stalami konstrukcyjnymi ulepszanymi cieplnie, stale stopy, wały, koła zębate, elementy pod ciśnieniem, i mocno obciążone części maszyn.

Szczególnie ważną różnicą jest to, że odpuszczanie w wysokiej temperaturze niekoniecznie oznacza słabą wytrzymałość.

Odpowiednio stopowe i poddane obróbce cieplnej stale mogą zachować znaczną granicę plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, zyskując jednocześnie znacznie lepszą odporność na pękanie.

Hartowanie wtórne podczas odpuszczania

Niektóre wysokostopowe stale narzędziowe zachowują się inaczej. Zamiast ciągłego zmniejszania twardości wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania, mogą pokazać szczyt utwardzania wtórnego, często w wyższym zakresie temperatur.

Dzieje się tak w przypadku dodawania pierwiastków stopowych, takich jak chrom, molibden, wolfram, lub osad wanadu w postaci drobnej, stabilne węgliki stopowe.

Cząstki te utrudniają ruch dyslokacyjny i mogą zwiększać lub utrzymywać twardość.

Hartowanie wtórne jest szczególnie ważne w przypadku stali szybkotnących i wybranych stali narzędziowych przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach.

4. Co to jest proces hartowania?

Proces odpuszczania to kontrolowany cykl termiczny przeprowadzany po hartowaniu lub innej obróbce, w wyniku której uzyskano wystarczająco utwardzoną mikrostrukturę.

Chociaż procedura wydaje się prosta, osiągnięcie spójnych wyników wymaga kontroli temperatury, czas, równomierność pieca, załadunek, chłodzenie, i stan hartowanej stali.

Typową sekwencję odpuszczania przemysłowego można przedstawić jako:

Hartowanie → Przejście do odpuszczania → Ogrzewanie → Moczenie → Kontrolowane chłodzenie → Kontrola

Krok 1: Ugasić stal

Odpuszczanie zwykle rozpoczyna się od prawidłowo hartowanego elementu.

Stal jest najpierw austenityzowana, a następnie szybko chłodzona z szybkością wystarczającą do wytworzenia zamierzonej hartowanej struktury.

Środek wygaszający może obejmować:

• Olej
• Woda
• Roztwór polimeru
• Gaz pod ciśnieniem
• Stopiona sól

Właściwy nośnik zależy od stopu i geometrii komponentu.

Celem jest osiągnięcie wymaganej hartowności i mikrostruktury przy jednoczesnej minimalizacji pęknięć i odkształceń.

Krok 2: Przenieść element do pieca do odpuszczania

Po wygaszaniu, element należy odpuścić zgodnie z określoną procedurą produkcyjną.

Dla wielu klas, szybkie odpuszczanie jest pożądane, ponieważ świeżo hartowany stan zawiera wysokie naprężenia szczątkowe.

Procedura przenoszenia musi także unikać niepotrzebnego szoku termicznego lub niekontrolowanego chłodzenia, które mogłyby mieć wpływ na końcowe warunki obróbki cieplnej.

Dla kluczowych komponentów, zapisy pieca powinny dokumentować rzeczywisty cykl temperatur, a nie polegać wyłącznie na nastawie pieca.

Krok 3: Podgrzać do określonej temperatury odpuszczania

Element nagrzewa się do wybranej temperatury odpuszczania, które mogą wahać się od mniej więcej 150°C do 700°C w zależności od stali.

Ogrzewanie powinno być wystarczająco kontrolowane, aby zapobiec nadmiernym gradientom temperatury, szczególnie w przypadku dużych lub złożonych komponentów.

Piec powinien zapewniać odpowiedni:

• Jednolitość temperatury
• Kontrola atmosfery tam, gdzie jest to wymagane
• Obciążenie obiegu
• Kalibracja przyrządu
• Rejestracja temperatury

Do precyzyjnej obróbki cieplnej, the rzeczywista temperatura przedmiotu obrabianego jest ważniejsza niż zaprogramowana temperatura pieca.

Krok 4: Namoczyć w temp

Gdy element osiągnie wymaganą temperaturę, jest ona utrzymywana na czas określony.

Podczas tej fazy moczenia, mikrostruktura podlega reakcjom odpuszczania właściwym dla stali:

• Redystrybucja węgla
• Wytrącanie węglika
• Rozkład martenzytu
• Relaksacja stresu
• Odzyskiwanie matrycy
• Transformacja austenitu szczątkowego
• Wytrącanie węglików stopowych w stalach do utwardzania wtórnego

Wymagany czas namaczania zależy od wielkości elementu, geometria, stop, typ pieca, i obowiązującą specyfikację.

Krok 5: Kontrolowane chłodzenie

Po wymaganym czasie przetrzymywania, element jest chłodzony zgodnie ze specyfikacją procesu.

Wiele stali można po odpuszczaniu chłodzić na powietrzu, podczas gdy niektóre systemy stopowe lub krytyczne komponenty mogą wymagać określonej praktyki chłodzenia.

Warunki chłodzenia mogą wpływać na stabilność wymiarową i, w niektórych stalach, podatność na kruchość temperamentu. Dlatego, „Schłodzenia” nie należy traktować jako nieistotnego etapu końcowego.

Krok 6: W razie potrzeby powtórzyć odpuszczanie

Niektóre stale wymagają podwójne lub potrójne hartowanie zamiast jednego cyklu.

Można zastosować wielokrotne odpuszczanie:

• Dalsza stabilizacja austenitu szczątkowego
• Odpuszczać nowo powstały martenzyt po przemianie w austenit szczątkowy
• Popraw stabilność wymiarową
• Opracuj bardziej stabilną strukturę węglika
• Uzyskaj spójne właściwości w całym komponencie

Praktyka ta jest szczególnie powszechna w przypadku wysokostopowych stali narzędziowych.

5. Dlaczego niektóre stale wymagają podwójnego lub potrójnego hartowania?

Pojedynczy cykl odpuszczania jest wystarczający dla wielu hartowanych stali, ale wysokostopowy stale narzędziowe a niektóre stale wysokowęglowe często wymagają dwóch lub nawet trzech cykli odpuszczania.

Głównym powodem jest to, że pierwsza obróbka odpuszczająca może zmienić stabilność austenitu szczątkowego i wytworzyć świeży martenzyt podczas późniejszego chłodzenia.

Drugie lub trzecie odpuszczanie następnie odpuszcza nowo utworzony martenzyt i poprawia stabilność końcowej mikrostruktury.

Głównym powodem jest austenit zachowany

Po wygaszaniu, niektóre stale zachowują część pierwotnego austenitu, ponieważ przemiana martenzytyczna nie przebiega do końca.

Jest to szczególnie istotne w przypadku stali zawierających stosunkowo dużą zawartość węgla i pierwiastków stopowych.

Podczas pierwszego cyklu odpuszczania, stabilność austenitu szczątkowego może się zmienić. Podczas chłodzenia po odpuszczaniu, część tego austenitu szczątkowego może przekształcić się w świeży, niehartowany martenzyt.

To stwarza nowy problem: chociaż oryginalny martenzyt został odpuszczony, nowo powstały martenzyt nie.

Dlatego do odpuszczania świeżego martenzytu stosuje się drugi cykl odpuszczania.

Dlaczego świeży martenzyt stanowi problem?

Świeży martenzyt ma te same podstawowe wady, co pierwotna struktura po hartowaniu:

• Wysoka twardość
• Wysokie naprężenie szczątkowe
• Niska plastyczność
• Stosunkowo słaba wytrzymałość
• Zwiększona podatność na pękanie

Pozostawienie tej struktury bez obróbki może spowodować lokalne różnice w twardości i wytrzymałości. W precyzyjnych stalach narzędziowych, może również przyczyniać się do niestabilności wymiarowej.

Podwójne odpuszczanie pomaga zatem zapewnić, że zarówno pierwotny martenzyt, jak i martenzyt powstały po pierwszym cyklu odpuszczania zostaną odpowiednio odpuszczone.

Kiedy stosuje się potrójne odpuszczanie?

Potrójne odpuszczanie stosuje się, gdy wymagany jest jeszcze wyższy stopień stabilizacji mikrostruktury.

Jest to szczególnie powszechne w przypadku niektórych stali szybkotnących, stale narzędziowe do pracy na gorąco, i wysokostopowe stale matrycowe, w zależności od specyfikacji producenta dotyczącej obróbki cieplnej.

Można wybrać trzeci cykl:

• Dalsza stabilizacja austenitu szczątkowego
• Odpuszczaj nowo powstały martenzyt
• Popraw równowagę pomiędzy twardością i wytrzymałością
• Popraw stabilność wymiarową
• Ustal wymagany stan wtórnego utwardzania

Odpuszczanie potrójne nie powinno być stosowane automatycznie. Jest to uzasadnione tylko wtedy, gdy wymaga tego gatunek stali i wymagane właściwości.

Typowe stale wymagające wielokrotnego odpuszczania

Powtarzane odpuszczanie jest szczególnie istotne w przypadku stali takich jak:

• Stal narzędziowa do pracy na gorąco H13
• Stale szybkotnące
• Wysokostopowe stale narzędziowe do pracy na zimno
• Wybrane stale do pracy na gorąco i matrycowe
• Niektóre stale narzędziowe wydzieleniowe lub utwardzane wtórnie

Rzeczywista liczba cykli odpuszczania powinna zawsze odpowiadać konkretnemu gatunkowi stali i kwalifikowanej procedurze obróbki cieplnej. Więcej cykli nie oznacza automatycznie lepszej wydajności.

6. Co to jest hartowanie wtórne podczas odpuszczania?

Hartowanie wtórne to zjawisko, w wyniku którego niektóre stale wysokostopowe uzyskują zwiększoną twardość podczas odpuszczania w stosunkowo wysokich temperaturach, mimo że zwykłe odpuszczanie stali węglowych generalnie powoduje spadek twardości.

Zachowanie to jest charakterystyczne dla stali zawierających znaczne ilości pierwiastków stopowych tworzących węgliki, w szczególności molibden, wolfram, wanad, i chrom.

Dlaczego dochodzi do hartowania wtórnego?

Podczas konwencjonalnego odpuszczania, twardość hartowanego martenzytu zwykle maleje, gdy węgiel opuszcza przesyconą osnowę, a węgliki stają się bardziej stabilne.

W wysokostopowych stalach narzędziowych, Jednakże, inny proces może zachodzić w wyższych temperaturach odpuszczania. Elementy stopowe rozpraszają się i tworzą bardzo drobno węgliki stopowe.

Wytrącenia te mogą być niezwykle skuteczne w przeciwstawianiu się ruchom dyslokacyjnym.

Powstałe wzmocnienie może zrekompensować, a czasem przekraczać, twardość utracona podczas wcześniejszych etapów odpuszczania.

Ogólna kolejność jest taka:

Hartowanie → Wstępne odpuszczanie/zmiękczanie → Wytrącanie węglików stopowych → Hartowanie wtórne

Zaangażowane elementy stopowe

Do najważniejszych elementów należą:

Dokładny rodzaj węglika zależy od składu stali i historii obróbki cieplnej.

Dlaczego hartowanie wtórne jest ważne?

Hartowanie wtórne pozwala niektórym stalom narzędziowym osiągnąć wysoką twardość po odpuszczaniu w temperaturach znacznie wyższych niż te stosowane w konwencjonalnym odpuszczaniu w niskiej temperaturze.

Jest to cenne, ponieważ odpuszczanie w wysokiej temperaturze może również poprawić:

• Odporność na temperament
• Stabilność wymiarowa
• Stabilność strukturalna
• Gorąca twardość
• Odporność na zmiękczenie podczas eksploatacji

Do narzędzi pracujących w podwyższonej temperaturze, utrzymanie twardości podczas pracy może być ważniejsze niż osiągnięcie maksymalnej możliwej twardości w temperaturze pokojowej.

Stal do hartowania wtórnego i stal narzędziowa H13

H13 to reprezentatywna stal narzędziowa do pracy na gorąco, w której wytrącanie węglików stopowych wpływa na jej reakcję podczas odpuszczania w wysokiej temperaturze.

Obróbka cieplna ma na celu ustalenie odpowiedniej równowagi twardości, wytrzymałość, odporność na zmęczenie cieplne, i odporność na zmiękczanie.

Dokładna reakcja na utwardzanie wtórne zależy od składu chemicznego stali, temperatura austenityzacji, metoda hartowania, temperatura temperatury, i czas trzymania.

Dlatego niewłaściwe jest traktowanie utwardzania wtórnego jako po prostu „utwardzania przez ponowne nagrzanie”.

Zjawisko to jest wynikiem kontrolowanego wytrącania się węglików bogatych w stopy we wcześniej utwardzonej mikrostrukturze.

7. Jak odpuszczanie wpływa na właściwości mechaniczne?

Odpuszczanie zmienia właściwości mechaniczne stali poprzez modyfikację silnie przesyconej i naprężonej struktury martenzytycznej powstałej w wyniku hartowania.

Wielkość i kierunek tych zmian zależy od gatunku stali i stanu odpuszczania, więc tę zależność należy rozumieć jako ogólną tendencję, a nie stałą regułę.

Ogólny efekt hartowania

*Ogólne trendy dla konwencjonalnych stali hartowanych; stale wysokostopowe mogą wykazywać odmienne zachowanie, szczególnie tam, gdzie występuje utwardzanie wtórne.

Praktycznym celem hartowania jest zatem wybór właściwej równowagi właściwości, a nie maksymalizacja jakiejkolwiek pojedynczej właściwości mechanicznej.

Narzędzie tnące może wymagać maksymalnej praktycznej twardości i odporności na zużycie, podczas gdy koło zębate lub wał może wymagać znacznie większej wytrzymałości i odporności na zmęczenie.

Kontrolując temperaturę i czas odpuszczania dla konkretnej stali, producenci mogą dostosować ostateczną mikrostrukturę do rzeczywistych wymagań serwisowych.

8. Czym jest odpuszczanie, wyżarzanie, normalizowanie czy odprężanie?

Ruszenie, wyżarzanie, normalizacja, i odprężanie to procesy obróbki cieplnej, ale oni są nie wymienne.

Ich zakresy temperatur, mikrostruktury startowe, metody chłodzenia, mechanizmy metalurgiczne, i zamierzone rezultaty są różne.

9. Odpuszczanie różnych typów stali

Różne rodzaje stali różnie reagują na odpuszczanie. Zrozumienie tych różnic jest niezbędne do wyboru odpowiedniego harmonogramu hartowania.

Zwykłe stale węglowe:

Proste do temperowania. Stale o niskiej emisji węglowej (<0.3% C) są rzadko hartowane i odpuszczane, ponieważ nie twardnieją znacząco.

Stale średniowęglowe (0.3–0,6% C) w przypadku wałów są powszechnie hartowane i odpuszczane, koła zębate, i osie. Stale wysokowęglowe (>0.6% C) służą do narzędzi, sprężyny, i noże.

Stale stopy:

Zawierają pierwiastki takie jak chrom, nikiel, molibden, i wanad.

Mają lepszą hartowność i dobrze reagują na odpuszczanie. Hartowanie wtórne jest powszechne w stopach z silnymi składnikami węglikowymi.

Stale narzędziowe:

Uwzględnij utwardzanie w wodzie, hartowanie w oleju, utwardzanie powietrzem, duża prędkość, i stale do pracy na gorąco.

Harmonogramy hartowania są bardzo zróżnicowane. Stale szybkotnące są trzykrotnie odpuszczane w temperaturze 540–560°C. Stale do pracy na gorąco, takie jak H13, są odpuszczane dwukrotnie w temperaturze 500–550°C.

Stale nierdzewne:

Martenzytyczne stale nierdzewne (np., 410, 420, 440C) można hartować i odpuszczać. Austenityczne stale nierdzewne (np., 304, 316) nie mogą być utwardzane przez hartowanie i nie są odpuszczane.

Ferrytyczne stale nierdzewne na ogół nie są hartowane. Stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo podlegają starzeniu, nie hartowany.

Stale Maraging:

Są to produkty niskoemisyjne, stopy o wysokiej zawartości niklu, które wzmacniają się poprzez starzenie, nie przez odpuszczanie martenzytyczne.

Jednakże, mogą zostać poddane obróbce przesycającej i procesowi starzenia, który koncepcyjnie jest podobny do odpuszczania.

10. Odpuszczanie stali narzędziowej H13: Praktyczny przykład

Stal narzędziowa H13 jest chromowo-molibdenowo-wanadową stalą narzędziową do pracy na gorąco, szeroko stosowaną na matryce do odlewania ciśnieniowego, kucie matryc, narzędzia do wytłaczania, i inne narzędzia narażone na wielokrotne nagrzewanie i chłodzenie.

To połączenie gorącej siły, wytrzymałość, odporność na temperament, i odporność na zmęczenie cieplne sprawiają, że jest to reprezentatywny przykład tego, dlaczego w przypadku stopowych stali narzędziowych należy dokładnie kontrolować odpuszczanie.

Po austenityzowaniu i hartowaniu, H13 tworzy twardą strukturę martenzytyczną z naprężeniami szczątkowymi i niewielką ilością austenitu szczątkowego.

Późniejsza obróbka odpuszczająca ma zatem na celu nie tylko zmniejszenie kruchości, ale także w celu uzyskania wymaganej reakcji twardnienia wtórnego i stabilności mikrostrukturalnej.

Typowy harmonogram odpuszczania H13

H13 jest powszechnie podwójnie hartowany, z trzecim stanem, czasami określonym dla dużych lub szczególnie krytycznych komponentów.

Dokładne parametry powinny być zgodne z obowiązującą specyfikacją materiału i kwalifikowaną procedurą obróbki cieplnej.

Istotne są także rzeczywiste warunki austenityzowania i hartowania.

H13 jest powszechnie austenityzowany w temperaturze około 1,020–1050°C, po czym następuje kontrolowane chłodzenie, takie jak hartowanie powietrzem lub gazem, W zależności od rozmiaru sekcji, sprzęt, i wymagane właściwości.

Typowa twardość wynikowa

Prawidłowo poddany obróbce cieplnej składnik H13 zwykle osiąga końcową twardość w zakresie około 48–52 HRC, chociaż rzeczywista twardość zależy od stanu austenityzowania, szybkość wygaszania, temperatura temperatury, czas trzymania, i chemii materiałów.

W podanym zakresie temperatur, ogólna tendencja jest taka:

• Około 500°C: Wyższa twardość, z mniejszym zmiękczaniem związanym z odpuszczaniem.
• Około 550°C: nieco niższą twardość, ogólnie z większą wytrzymałością i odprężeniem.

Zależność nie jest ściśle liniowa, i H13 mogą wystawiać hartowanie wtórne z powodu wytrącania się drobnych węglików stopowych podczas odpuszczania w wysokiej temperaturze.

Dlaczego H13 jest podwójnie hartowany?

Główną przyczyną podwójnego hartowania jest zachowanie zachował austenit po wygaśnięciu.

Po pierwszym cyklu odpuszczania, część austenitu szczątkowego może podczas chłodzenia przekształcić się w świeży martenzyt.

Ten nowo utworzony martenzyt nie został jeszcze poddany odpuszczaniu i dlatego może zawierać stosunkowo duże naprężenia szczątkowe i kruchość.

Drugi cykl odpuszczania traktuje ten świeży martenzyt i pomaga uzyskać bardziej jednolitą końcową mikrostrukturę:

Hartowanie → Pierwsze odpuszczanie → Transformacja austenitu szczątkowego → Świeży martenzyt → Drugie odpuszczanie

Podwójne odpuszczanie pomaga również zakończyć pożądane reakcje wytrącania i poprawić stałą twardość i stabilność wymiarową.

Do dużych lub bardzo krytycznych komponentów H13, A trzeci temperament można stosować, jeśli wymagają tego specyfikacje obróbki cieplnej, szczególnie tam, gdzie korzystna jest dodatkowa stabilizacja.

Znaczenie inżynieryjne

Celem odpuszczania H13 nie jest po prostu maksymalizacja twardości.

Ostateczny warunek musi równoważyć twardość, gorąca siła, wytrzymałość, odporność na zmęczenie cieplne, i stabilność wymiarowa.

Z tego powodu, matryca H13 odpuszczana w temperaturze około 500–550°C została zaprojektowana tak, aby zachować wystarczającą twardość zapewniającą odporność na zużycie, jednocześnie rozwijając ciągliwość i odporność na odpuszczanie wymaganą w przypadku powtarzających się cykli termicznych i obciążeń mechanicznych podczas pracy.

11. Przemysłowe zastosowania stali hartowanej

Stal hartowana jest szeroko stosowana w produkcji przemysłowej, ponieważ zapewnia kontrolowaną równowagę pomiędzy wytrzymałością, twardość, wytrzymałość, plastyczność, odporność na zmęczenie, i stabilność wymiarowa.

Przekładnie i elementy przekładni

Koła zębate są powszechnie poddawane hartowaniu, a następnie odpuszczaniu w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i odpowiedniej wytrzymałości.

Obróbka odpuszczająca zmniejsza kruchość i naprężenia szczątkowe związane ze stanem utwardzonym, zachowując jednocześnie wystarczającą twardość dla kontaktu zębów i odporności na zużycie.

Typowe komponenty obejmują:

• Przekładnie skrzyni biegów
• Koła zębate
• Przekładnie napędowe
• Zębatki
• Wały i wały przekładniowe

Do mocno obciążonych przekładni, Ostateczne warunki obróbki cieplnej są zwykle projektowane w oparciu o wytrzymałość zmęczeniową, stres kontaktowy, i odporność na pękanie zębów, a nie samą twardość.

Wały, Osie, i Piny

Stale stopowe ulepszane cieplnie są szeroko stosowane na wały, osie, szpilki, i podobne elementy maszyn poddane zginaniu kombinowanemu, skręcenie, uderzenie, i cykliczne ładowanie.

W porównaniu ze strukturą po hartowaniu, odpowiednio odpuszczona struktura martenzytyczna zapewnia znacznie lepszą wytrzymałość i odporność na propagację pęknięć, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni dla komponentów ładowanych dynamicznie.

Sprężyny

Stale sprężynowe wymagają dużej wytrzymałości sprężystej i odporności zmęczeniowej.

Odpuszczanie po hartowaniu służy do regulacji twardości i złagodzenia naprężeń wewnętrznych przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości wymaganej do powtarzalnego obciążenia sprężystego.

Zastosowania obejmują:

• Sprężyny śrubowe
• Sprężyny piórowe
• Sprężyny skrętowe
• Składniki zawieszenia
• Sprężyny zaworowe

Warunki odpuszczania muszą być dokładnie kontrolowane, ponieważ zarówno nadmierna miękkość, jak i nadmierna kruchość mogą skrócić żywotność sprężyny.

Matryce i oprzyrządowanie

Stale narzędziowe są powszechnie hartowane w celu uzyskania kontrolowanej kombinacji twardości, odporność na zużycie, wytrzymałość, i odporność na zmiękczanie.

Stale narzędziowe do pracy na gorąco, takie jak H13, są odpuszczane w stosunkowo wysokich temperaturach w celu uzyskania stabilności termicznej i odporności na wielokrotne nagrzewanie i chłodzenie.

Stale narzędziowe do pracy na zimno i szybkotnące wymagają różnych harmonogramów odpuszczania w zależności od systemów stopowych i wymaganej wydajności cięcia lub formowania.

Komponenty samochodowe

Stal hartowana jest szeroko stosowana w produkcji samochodów na komponenty, które muszą wytrzymywać wielokrotne obciążenia mechaniczne i uderzenia.

Przykłady obejmują:

• Półosie
• Elementy układu kierowniczego
• Wały napędowe
• Łączenie komponentów
• Części zawieszenia
• Elementy przekładni

Hartowanie i odpuszczanie pozwala tym komponentom osiągnąć wysoką wytrzymałość bez utraty wytrzymałości wymaganej w rzeczywistych warunkach pracy.

Budownictwo i sprzęt ciężki

Ciężkie elementy maszyn często poddawane są dużym obciążeniom, zaszokować, abrazja, i cykliczny stres. Dlatego też stale hartowane cieplnie są szeroko stosowane:

• Sworznie i tuleje
• Elementy hydrauliczne
• Części do koparek i ładowarek
• Komponenty dźwigu
• Elementy maszyn rolniczych
• Części sprzętu górniczego

W tych zastosowaniach, wymagany stan odpuszczania jest zazwyczaj wybierany zgodnie z dominującą kombinacją odporności na uderzenia, Siła zmęczenia, i odporność na zużycie.

Urządzenia ciśnieniowe i energetyczne

W niektórych elementach łożysk ciśnieniowych i systemów energetycznych wykorzystuje się stale ulepszane cieplnie, ponieważ obróbka ta może zapewnić wysoką wytrzymałość w połączeniu z lepszą wytrzymałością.

Aplikacje mogą obejmować:

• Elementy ciśnieniowe o wysokiej wytrzymałości
• Części mechaniczne związane z turbinami
• Łączniki przemysłowe
• Elementy przenoszące moc
• Elementy konstrukcyjne o dużej wytrzymałości

Do komponentów krytycznych dla bezpieczeństwa, proces obróbki cieplnej jest zwykle wspomagany badaniem twardości, testy mechaniczne, Kontrola wymiarowa, i weryfikacja metalurgiczna.

12. Hartowanie poza stalą: Szkło, Czekolada, i inne materiały

Słowo „temperowanie” jest używane także w innych dziedzinach, ale mechanizmy są inne.

Hartowanie szkła

Hartowanie szkła polega na podgrzaniu szkła do temperatury około 600–700°C, a następnie szybkim schłodzeniu powierzchni strumieniami powietrza.

Powierzchnia kurczy się szybciej niż wnętrze, powstawanie naprężeń ściskających na powierzchni i naprężeń rozciągających w rdzeniu.

Dzięki temu szkło hartowane jest znacznie mocniejsze i powoduje jego pękanie na małe kawałki, tępe fragmenty, a nie ostre odłamki. Stosowany jest w szybach samochodowych, drzwi prysznicowe, i przeszklenia architektoniczne.

Temperowanie czekolady

Temperowanie czekolady to kontrolowany proces ogrzewania i chłodzenia, który sprzyja krystalizacji masła kakaowego w stabilnej formie, znany jako Forma V (kryształy beta).

Odpowiednio temperowana czekolada ma błyszczące wykończenie, ostry snap, i gładki stop. Niehartowana czekolada może kwitnąć, czuć ziarnistość, lub zbyt łatwo zmięknąć.

Inne materiały

Niektóre stopy metali nieżelaznych, takie jak niektóre stopy aluminium i miedzi, poddawane są procesom utwardzania wydzieleniowego lub starzenia, które czasami są luźno nazywane odpuszczaniem.

Jednakże, termin ten jest najbardziej precyzyjny w zastosowaniu do metalurgii żelaza.

13. Wniosek

Odpuszczanie jest podstawowym procesem obróbki cieplnej służącym do przekształcania stali hartowanej, bardzo zestresowany, i stosunkowo kruchą stal w bardziej stabilny materiał konstrukcyjny.

Jego znaczenie nie polega po prostu na zmniejszaniu twardości, ale w kontrolowaniu ewolucji mikrostruktury martenzytu i ustalaniu wymaganej równowagi pomiędzy twardością, wytrzymałość, wytrzymałość, plastyczność, i stabilność wymiarowa.

Temperatura odpuszczania jest najbardziej wpływową zmienną procesu, ale należy to rozpatrywać łącznie z czasem przetrzymywania, skład stali, warunki wstępnego austenityzowania i hartowania, rozmiar komponentu, i wymagane właściwości końcowe.

Dlatego właściwa jest obróbka odpuszczająca specyficzne dla gatunku stali, a nie uniwersalne.

Stale węglowe, stale konstrukcyjne stopowe, STALE WYSOKIEJ, stale narzędziowe, stale szybkie, stale do pracy na gorąco, i martenzytyczne stale nierdzewne mogą wykazywać różne reakcje na odpuszczanie.

W produkcji przemysłowej, Skuteczne odpuszczanie należy oceniać na podstawie końcowego działania elementu, a nie samej temperatury.

Odpowiednio kontrolowany proces odpuszczania przekształca ekstremalną twardość stanu hartowanego w niezawodną kombinację właściwości mechanicznych odpowiednich dla przekładni, wały, sprężyny, umiera, części samochodowe, ciężki sprzęt, i inne wymagające aplikacje.

 

Często zadawane pytania

Co to jest odpuszczanie stali?

Odpuszczanie to proces obróbki cieplnej, podczas którego hartowana stal jest ponownie podgrzewana do temperatury poniżej krytycznego zakresu przemiany, utrzymywane przez określony czas, a następnie ochłodzono.

Stosowany jest przede wszystkim w celu zmniejszenia kruchości i naprężeń szczątkowych przy jednoczesnym uzyskaniu wymaganej równowagi twardości, wytrzymałość, i wytrzymałość.

Czy odpuszczanie zmniejsza twardość??

Do większości konwencjonalnych stali hartowanych, zwiększenie temperatury odpuszczania ogólnie zmniejsza twardość i wytrzymałość, poprawiając jednocześnie wytrzymałość i ciągliwość.

Wysokostopowe stale narzędziowe mogą zachowywać się inaczej w wyniku wtórnego hartowania.

Jaka jest różnica między odpuszczaniem a wyżarzaniem?

Odpuszczanie zwykle przeprowadza się na hartowanej stali poniżej krytycznego zakresu przemiany w celu modyfikacji martenzytu.

Wyżarzanie ma na ogół na celu zmiękczenie stali i uzyskanie jej bardziej plastycznej, stabilna mikrostruktura, często stosując powolne, kontrolowane chłodzenie.

Jak sprawdzana jest stal hartowana?

Typowa kontrola może obejmować badanie twardości, Kontrola wymiarowa, badanie metalograficzne, i badania mechaniczne, z dodatkowymi badaniami powierzchniowymi lub badaniami nieniszczącymi, jeżeli wymagają tego zastosowanie lub specyfikacja.