Hver eru fjórar hitameðferðir stáls?

Hitameðferð er mikilvægt ferli í framleiðslu og vinnslu stáls, þar sem það breytir smíði stáls til að ná tilætluðum vélrænni eiginleika eins og hörku, hörku, styrk og sveigjanleika. Meðal hinna ýmsu hitameðferðaraðferða mynda fjórir grundvallarferlar burðarás stálskilyrðingar: glitun, normalisering, slökkt og mildun og herða yfirborð. Hver þjónar greinilegum tilgangi og er sniðinn að sérstökum forritum, sem tryggir að stál skili best í fyrirhugaðri notkun þess.
1. annealing: mýking og einsleitni
Annealing er hitameðferðarferli sem er hannað til að mýkja stál, bæta vinnslu og draga úr innra álagi. Það felur í sér þrjú lykilþrep: að hita stálið að ákveðnu hitastigi (venjulega yfir mikilvægum hitastigi þess, þar sem smíði umbreytir í austenít), heldur því við það hitastig í nægjanlegan tíma til að tryggja jafna upphitun og síðan kælir það hægt - venjulega í ofninum eða stjórnað umhverfi.
Aðalmarkmiðið með annealing er að betrumbæta smíði stáls. Til dæmis, ef stál hefur verið verk - hert (styrkt af kuldavinnu, svo sem að rúlla eða móta), batnar glitun sveigjanleika þess með því að leyfa kornunum að endurstilla og vaxa í jafnari uppbyggingu. Það útrýma einnig innri álagi af völdum suðu, steypu eða vinnslu, sem getur leitt til vinda eða sprungu ef það er látið vera óbeðinn.
Það eru til nokkrar tegundir af glitun, hver með sérstök forrit:
• Full annealing: Notað við hypoeutectoid stál (með minna en 0,8% kolefni). Það hitar stálið í 50–100 gráðu F (10–38 gráðu) yfir mikilvægum hitastigi, heldur því og kólnar hægt og rólega til að mynda mjúka, sveigjanlega smásjá af ferrít og perlu.
• Vinnsla annealing: beitt á lágt - kolefnisstál til að draga úr herða vinnu við framleiðslu. Það hitar stálið að lægra hitastigi (undir mikilvægum punkti) og kólnar hægt og endurheimtir sveigjanleika án þess að breyta heildar smíði.
• Kúlulaga: Notað fyrir hátt - kolefnisstál til að bæta vinnsluhæfni. Það hitar stálið að rétt undir mikilvægum hitastigi og heldur því í langan tíma og veldur því að karbítagnir myndast í kúlulaga form, sem gerir stál mýkri og auðveldara að vél.
Annealed stál er tilvalið fyrir forrit sem krefjast auðvelda vinnslu, svo sem bifreiðar sem þarf að móta eða bora áður en endanleg herða.
2. Normalising: Hreinsun og stöðugleiki
Normalizing er hitameðferðarferli svipað og með glitrandi en með hraðari kælingu. Það felur í sér að hita stál við hitastig sem er aðeins hærra en mikilvægur hitastig þess (venjulega 100–150 gráðu f/38–66 gráðu hér að ofan), heldur því til að tryggja samræmda austenitization og síðan kæla það í kyrru lofti. Þessi hraðari kælingarhraði (miðað við annealing) skilar sér í fínni og samræmdari smásjá.
Lykilinn ávinningur af normalisering felur í sér:
• Að betrumbæta uppbyggingu korns: Það útrýmir grófum kornum sem myndast við steypu, smíða eða veltingu, sem leiðir til fínni, stöðugri kornastærðar. Þetta bætir styrk og hörku stálsins.
• Að draga úr innra álagi: Eins og glitun léttir það álagi en með minni hættu á of mikilli mýkingu.
• Staðlað eiginleika: Það tryggir samræmda vélrænni eiginleika yfir hóp af stáli, sem gerir það auðveldara að spá fyrir um afköst í síðari ferlum.
Normalizing er oft notað fyrir miðlungs - kolefnisstál og álstál sem krefjast jafnvægis styrkleika og sveigjanleika. Algengt er að það sé beitt á steypu, áli og soðna hluta til að bæta byggingarstöðugleika þeirra áður en frekari vinnsla er gerð. Til dæmis geta bifreiðar sveifarás og iðnaðar gírar farið í eðlilegt horf til að tryggja stöðugan styrk og draga úr hættu á röskun við vinnslu.
Í samanburði við annealing er normaliserað stál aðeins erfiðara og sterkara vegna fínni smásjána, sem gerir það að betra vali fyrir hluta sem þurfa miðlungs styrk án þess að smygli fulls herts stáls.
3.
Slapp og mildun er tveggja - skrefaferli sem er hannað til að framleiða stál með miklum styrk og hörku - sambland sem erfitt er að ná með öðrum meðferðum.
• Slökkt: Fyrsta skrefið felur í sér að hita stál við austenitískan hitastig (fyrir ofan mikilvæga punktinn), halda því til að mynda samræmda smásjá Austenite og kæla það síðan hratt (svala) með því að nota vatn, olíu eða fjölliða lausnir. Þessi hraða kælingu gildir kolefnisatóm í austenítinu og umbreytir smásjánni í martensite - harður, brothætt áfangi sem getur náð hörku 60–65 HRC.
• Mipping: Til að draga úr brothættri er slökkt stál síðan hitað að lægra hitastigi (venjulega 300–1.300 gráðu f/149–704 gráðu) og haldið um tímabili, fylgt eftir með kælingu í lofti. Mipping veldur því að litlar karbítagnir myndast innan martensítsins og dregur úr brothættri en heldur mestu hörku sem náðst hefur við slökkt. Hitastigið ákvarðar lokaeiginleika: lægra hitastig (300–500 gráðu F) heldur mikilli hörku með miðlungs hörku, en hærra hitastig (800–1.300 gráðu F) dregur úr hörku en eykur hörku.
Útkoman er stál sem jafnvægir styrk og hörku - nógu erfitt til að standast slit en nógu erfitt til að standast áhrif. Þetta gerir það tilvalið fyrir hátt - streituforrit eins og:
• Verkfærastál: Borbitar, skurðarverkfæri og deyja treysta á slökkt og mildað stál fyrir hörku og mótstöðu gegn flísum.
• Uppbyggingarhlutar: Bifreiðaröxlar, smíði boltar og iðnaðarvélar íhlutir nota þessa meðferð til að standast mikið álag og áhrif.
• Aerospace íhlutir: Hlutar sem krefjast mikils styrks - til - þyngdarhlutfalla, svo sem lendingarbúnaðar flugvélar, njóta góðs af ferlinu.
Val á að slökkva á miðli hefur áhrif á endanlega hörku: vatnsbólga kólnar hraðar, framleiðir meiri hörku en eykur hættuna á sprungu; Olíu slökkt kólnar hægar og dregur úr sprunguáhættu en leiðir til aðeins minni hörku. Hitni aðlagar síðan eiginleika til að passa við notkunina, að tryggja að stálið sé nógu erfitt fyrir slitþol en ekki svo brothætt að það brotnar undir streitu.
4. Yfirborðsherðing: herða yfirborðið, varðveita kjarnann
Yfirborðsherðing (einnig kölluð Hardening Case) er hitameðferð sem harðnar aðeins yfirborð stálsins en skilur kjarnann tiltölulega mjúkan og sterka. Þetta er tilvalið fyrir hluta sem þurfa slit - ónæmt yfirborð til að standast núning eða slit, á meðan sterkur kjarninn standast áhrif og beygja.
Það eru nokkrar aðferðir til að herða yfirborð, þar sem kolvetni og nitriding eru algengust:
• Kolvetni: Þetta ferli kynnir kolefni í yfirborðslagið með lágu - kolefnisstáli. Stálið er hitað að háum hita (1.600–1.800 gráðu f/871–982 gráðu) í kolefni - ríku umhverfi (gas, vökvi eða fast), sem gerir kolefni kleift að dreifast í yfirborðið. Eftir kolvetni er stálið slökkt til að herða hátt - kolefnisyfirborð (tilfelli), en lágt - kolefniskjarni er áfram mjúkur. Dýpt málsins getur verið á bilinu 0,005 til 0,25 tommur, allt eftir notkun. Kolvörn stál er notað fyrir hluta eins og gíra, legur og stokka, þar sem yfirborðið verður að standast slit en kjarninn verður að taka á sig áhrif.
• Nitriding: Þetta ferli dreifir köfnunarefni á yfirborð stálsins í stað kolefnis. Það er framkvæmt við lægra hitastig (950–1,150 gráðu f/510–621 gráðu) í köfnunarefni - ríku andrúmslofti og mynda harða nítríð efnasambönd á yfirborðinu. Ólíkt kolvetni þarf það ekki slökkt og dregur úr hættu á röskun. Nitreided stál hefur framúrskarandi slitþol og tæringarþol, sem gerir það hentugt fyrir hluta eins og loki stilkur, vökvahólkar og leiðsögumenn vélaverkfæra.
Aðrar aðferðir við herða yfirborð fela í sér logaherðingu (hita yfirborðið með loga og slökkva) og örva herða (nota rafsegulvökva til að hita yfirborðið og síðan slökkva). Þetta eru hraðari ferlar sem notaðir eru fyrir stóra hluta þar sem aðeins sérstök svæði þurfa að herða, svo sem tennur stórra gíra eða slitflötar járnbrautarteina.
Hvernig meðferðirnar fjórar bera saman​
Hvert hitameðferðarferli breytir stáleiginleikum á mismunandi vegu:
• Úrslitun hámarkar sveigjanleika og vinnslu en lágmarkar styrk.
• Normalizing jafnvægisstyrkur og sveigjanleiki með hreinsuðum smíði.
• Slökkt og mildun nær miklum styrk og hörku.
• Herðing yfirborðs skapar harða, klæðast - ónæmu yfirborði með sterkum kjarna.
Val á meðferð fer eftir samsetningu stálsins, eiginleika sem óskað er og notkunin. Til dæmis þarf skiptilykill slökkt og mildað stál fyrir styrk og hörku, meðan gír getur krafist kolvetni til að standast slit á tönnunum.
Niðurstaða
Fjórar aðalhitameðferðir stáls - annealing, normalizing, slökkt og mildun og yfirborðsherðingu - gegna hvoru mikilvægu hlutverki við að sníða stáleiginleika að sértækum þörfum. Greiling mýkist og einsleitur, normalisering betrumbætur og stöðugar, slökkt og mildandi jafnvægi styrkleika og hörku og yfirborðs harðnun verndar gegn sliti en varðveitir kjarna hörku. Með því að skilja þessa ferla geta framleiðendur og verkfræðingar valið rétta meðferð til að tryggja að stál skili áreiðanlegt í forritum, allt frá einföldum festingum til flókinna íhluta í geimferðum.