Szczegółowy opis gaszenia i temperatury obróbki cieplnej

Gaszenie i temperatura ciepła: szczegółowy opis

Gaszenie i temperowanie (Q&T) to dwustopniowy ** termomechaniczny proces obróbki cieplnej ** Proces stosowany w metalach żelaznych (zwykle stali) w celu uzyskania kombinacji ** Wysokiej wytrzymałości, dobrej wytrzymałości i pożądanej ciągliwości **. Jest to jeden z najczęstszych i najważniejszych procesów oczyszczania cieplnego w produkcji.

Głównym celem jest przekształcenie mikrostruktury stali w celu stworzenia optymalnej równowagi właściwości mechanicznych, których nie można osiągnąć poprzez sam stopnie.

---

Etap 1: Gaszenie (hartowanie) **

Etap hartowania został zaprojektowany tak, aby wytwarzać bardzo twardą, ale kruchą mikrostrukturę zwaną ** martenzytową **.

** 1. Austenitizing: **
*** Ogrzewanie: ** Składnik stalowy jest ogrzewany równomiernie do temperatury powyżej ** górnej temperatury krytycznej (linia AC3 lub ACM na schemacie fazowym) **. Ta temperatura jest specyficzna dla zawartości węgla stali i elementów stopowych, zwykle od 800 ° C do 950 ° C (1475 ° F do 1750 ° F).
*** Zmiana mikrostrukturalna: ** W tej temperaturze mikrostruktura przekształca się całkowicie w ** austenit ** (sześcienne, FCC, struktura krystaliczna żelaza). Austenit ma wysoką rozpuszczalność węgla, umożliwiając równomierne rozpuszczanie atomów węgla w sieci kryształowej.
*** Bierze: ** Składnik jest utrzymywany w tej temperaturze przez wystarczający czas (czas namierzenia), aby zapewnić jednolitą temperaturę i jednorodną strukturę austenityczną w całym przekroju. Czas namierzenia zależy od wymiarów części i właściwości pieca.

** 2. Szybkie gaszenie: **
*Po namoczeniu komponent jest szybko schłodzony (** hartowany **) poprzez zanurzenie go w hartowanym pożywce.
*Szybka szybkość chłodzenia (przekraczająca ** krytyczną szybkość chłodzenia ** stali) tłumi opartą na dyfuzji tworzenie miękkich faz, takich jak ferryt i perlit.
*Zamiast tego austenit przechodzi bez dyfuzyjną, ścinającą transformację w ** martenzyt **.
*** Martensite ** to struktura tetragonalna (BCT) skoncentrowana na ciele-wysoce napięte, przesycone roztwór węgla w żelazie. Ten szczep w sieci jest przyczyną jego ekstremalnej twardości i siły, ale także z powodu jej kruchości i naprężeń wewnętrznych.

** Wspólne hartowanie (w kolejności rosnącej szybkości chłodzenia): **
*** Air: ** W przypadku stali o wysokiej mocnej twardej stali (np. Stale narzędzi do straży powietrznej).
*** Olej: ** Wspólne medium oferujące mniej silne hartowanie niż woda, zmniejszając ryzyko pękania i zniekształceń.
*** Polimer (np. Rozwiązania PAG): ** Wszechstronne media, których szybkość chłodzenia można dostosować według stężenia i temperatury.
*** Woda: ** Bardzo silny hartk, używany do stali o niskiej zawartości.
*** Solanka (słona woda): ** Najsilniejszy harmonier, zapewniając najszybsze szybkości chłodzenia.

Po wygaszaniu stal jest niezwykle trudna, ale zdecydowanie zbyt krucha w przypadku większości zastosowań inżynierskich. Zawiera wysokie naprężenia wewnętrzne i jest podatny na pękanie. Wymaga to drugiego etapu: temperowanie.

---

Etap 2: temperowanie **

Temperowanie jest ** podkrytycznym obróbką cieplną ** wykonanym natychmiast po hartowaniu. Jego celem jest ** zmniejszenie naprężeń wewnętrznych, zmniejszenie kruchości oraz zwiększenie wytrzymałości i plastyczności ** kosztem pewnej twardości i siły.

**Proces:**
*Zatartowana stal jest podgrzewana do temperatury ** znacznie poniżej jej niższej temperatury krytycznej (linia A1) **, zwykle między 150 ° C a 650 ° C (300 ° F i 1200 ° F).
* Jest utrzymywany w tej temperaturze przez z góry określony czas (zwykle 1-2 godziny na cal grubości), a następnie ochłodzony, najczęściej w powietrzu.

** Zmiany mikrostrukturalne: **
Wraz ze wzrostem temperatury temperatury w martenzycie występuje seria metastabilnych przejść:
1. ** Wytrącanie węglików Epsilon (niska temperatura: 150-200 ° C): ** Węgiel zaczyna wytrącić z przesyconego martenzytu, tworząc drobne węgliki. Łagodzi to pewne stres wewnętrzny bez znaczącej utraty twardości.
2. ** Tworzenie temperowanego martenzytu (200-300 ° C): ** Austenit resztkowy (jeśli obecny) rozkłada się.
3. ** Konwersja na cementit (FE₃C) i rekrystalizację (300-450 ° C): ** Węgbowe przekształcanie w bardziej stabilną postać (cementit). Naprężenia wewnętrzne są znacznie zmniejszone, a wytrzymałość zaczyna się zauważalnie rosnąć.
4. ** Sferoidalizacja cementutowa i zgrub (450-700 ° C): ** W wyższych temperaturach cząsteczki cementutowe łączą się i sferoidalizują. Matryca odzyskuje i zaczyna przekształcać się w ferryt. Ta struktura jest często nazywana ** sferoidite ** po całkowicie zmiękczonej. To znacznie zwiększa plastyczność i wytrzymałość, ale powoduje znaczną utratę twardości (proces znany ** **, jeśli wykonany w najwyższym zakresie).

** Kluczowe kompromis: **
Ostateczne właściwości są ** bezpośrednio kontrolowane przez temperaturę temperaturową **:
*** Temperatura w niskiej temperaturze (150-250 ° C): ** wytwarza wysoką twardość i wytrzymałość, dobrą odporność na zużycie, ale niższą wytrzymałość i plastyczność. Używane do narzędzi, łożysk i komponentów odpornych na zużycie.
*** Temperatura średniej temperatury (350-450 ° C): ** zapewnia dobrą równowagę siły i wytrzymałości (właściwości podobne do sprężyny). Używane do sprężyn, odkuwek i komponentów motoryzacyjnych.
*** Temperowanie wysokiej temperatury (450-650 ° C): ** Powoduje wysoką wytrzymałość, plastyczność i odporność na uderzenie przy umiarkowanej wytrzymałości. Jest to warunek najczęściej określany jako mikrostruktura „** temperowana martenzytu **” i jest celem stali strukturalnej o dużej wytrzymałości.

---

Podsumowanie zalet i aplikacji **

**Zalety:**
*Osiąga doskonały ** stosunek siły do ​​masy **.
*Zapewnia lepszą kombinację właściwości mechanicznych ** (wytrzymałość, wytrzymałość, plastyczność) w porównaniu do zwykłego stwardnienia lub normalizacji.
* Można być dostosowane do określonych wymagań dotyczących zastosowania, dostosowując temperaturę temperaturową.

** Zastosowania: **
*** Automotive: ** Wałki korbowe, podłączanie prętów, przekładni, osi.
*** Aerospace: ** Komponenty lądujące, strukturalne elementy mocujące.
*** Konstrukcja: ** Śruby o wysokiej wytrzymałości, pręty kotwiczne, komponenty konstrukcyjne.
*** Narzędzia: ** Młoty, osie, ćwiczenia i umierają (często o niskiej temperaturze).
*** Produkcja: ** Wały, wrzeciona i części maszynowe wymagające wysokiej wydajności.

Podsumowując, hartowanie i temperowanie jest podstawowym procesem, który pozwala inżynierom precyzyjnie dostosować właściwości stali do wytrzymania określonych warunków obsługi, co czyni go kamieniem węgielnym nowoczesnej metalurgii i produkcji.