Obróbka cieplna stali jest jednym z kluczowych etapów wytwarzania, który pozwala zmienić wytrzymałość mechaniczną metalu i poprawić jego właściwości użytkowe. Proces ten, który obejmuje ogrzewanie, ogrzewanie i chłodzenie, dodaje znaczną wartość mikrostrukturze stali, powodując wytrzymałość, twardość, plastyczność i inne ważne właściwości. W tym artykule przyjrzymy się, jak różne rodzaje obróbki cieplnej zmieniają mikrostrukturę i dlaczego jest to ważne dla dalszego rozwoju.
Główne rodzaje obróbki cieplnej stali
Obróbka cieplna stali obejmuje szereg podstawowych procesów o różnym przeznaczeniu, mających na celu osiągnięcie znaczących zmian w mikrostrukturze. Przed głównymi rodzajami obróbki termicznej:
Fell - proces prostowania mający na celu usunięcie naprężeń wewnętrznych w stali i zmniejszenie jej plastyczności.
Normalizacja jest procesem prowadzącym do zwiększenia mocy mechanicznej poprzez zmianę ziarnistości konstrukcji.
Hartowanie to szybkie schładzanie stali po podgrzaniu do wysokich temperatur, zwiększające twardość.
Wentylacja – nagrzewanie hartowanej stali do umiarkowanych temperatur w celu zmniejszenia chrupkości i zwiększenia ciągliwości.
Naskórek powstały w wyniku tych procesów na różne sposoby spływa na mikrostrukturę stali, której dźwięk przekształca się w sieć krystaliczną metalu.
Strumień opadał na mikrostrukturę stali
Jest to jeden z najbardziej rozbudowanych rodzajów obróbki cieplnej. Głównym celem jest zmiana naprężeń wewnętrznych, które mogą wystąpić podczas procesu odkształcania lub zaawansowanych etapów obróbki. W rezultacie następuje rekrystalizacja stali, w wyniku której powstają nowe ziarna, które zastępują starą, zdeformowaną strukturę.
Stal znacząco zmienia mikrostrukturę stali, czyniąc ją bardziej jednorodną i drobnoziarnistą. Skutkuje to zwiększoną ciągliwością i zwiększoną odpornością stali na zużycie. Pozwala także wyeliminować defekty mikrostruktury takie jak gruboziarnistość i fakturę, co jest szczególnie istotne w późniejszych procesach obróbki mechanicznej.
Wlew normalizacyjny na mikrostrukturę stali
Normalizacja to proces obróbki cieplnej, podczas którego stal jest podgrzewana do temperatury powyżej punktu krytycznego (AC3 lub ACm), a następnie całkowicie schładzana na wolnym powietrzu. Główną metodą normalizacji jest redukcja mocy mechanicznych w wyniku zmian w mikrostrukturze.
Podczas normalizacji następuje redystrybucja węgla w konstrukcji stalowej, aby zapewnić równomierny rozkład drobnoziarnistego perlitu. Taki drobnoziarnisty perlit poprawia właściwości wytrzymałościowe stali, czyniąc ją bardziej odporną na uszkodzenia mechaniczne. W rezultacie normalizacja natrysku zapewnia większą wytrzymałość i twardość konstrukcji, dzięki czemu metoda ta jest szczególnie skuteczna w zmniejszaniu wytrzymałości mechanicznej stali konstrukcyjnych.
Hartowanie wylewane na mikrostrukturę stali
Hartowanie to proces obróbki cieplnej, który radykalnie zmienia mikrostrukturę stali. Głównym celem jest zwiększenie twardości i wytrzymałości metalu w wyniku przemiany austenitu w martenzyt. Proces rozpoczyna się od nagrzania stali do temperatur, w których stal przechodzi w fazę austenityczną, po czym jest szybko schładzana w wodzie, oleju lub innym utwardzonym materiale.
W wyniku hartowania w strukturze stali tworzy się martenzyt – twarda faza, która powstaje w wyniku szybkiego chłodzenia. Struktura martenzytyczna ma dużą twardość, ale szybko staje się krucha. Wyjaśnia to fakt, że atomy węgla, które nie dyfundują po szybkim ochłodzeniu, wydają się „zamknięte” w siatce krystalicznej, powodując napięcie i napięcie. Hartowanie znacząco poprawia odporność stali na zużycie, czyniąc ją niezastąpioną przy produkcji narzędzi skrawających, części maszyn i innych wyrobów narażonych na duże obciążenia mechaniczne.
Wtrysk naddatku na mikrostrukturę stali
Po hartowaniu stal jest często odpuszczana w celu usunięcia nadmiernej twardości. Odpuszczanie to proces nagrzewania zahartowanej stali do temperatury otoczenia (w zakresie 150-650°C) i dalszego chłodzenia. Głównym celem zwalniania jest zmiana naprężeń wewnętrznych i poprawa plastyczności metalu.
Uwalnianie prowadzi się do momentu częściowego rozkładu martenzytu i wytworzenia struktury ferrytowo-węglikowej, co pozwala na większą plastyczność i zachowanie wystarczającej twardości. Końcową wytrzymałość stali można ściśle kontrolować w temperaturze wylotowej. Na przykład uwalnianie w niskiej temperaturze prowadzi do zwiększonej udarności, a uwalnianie w wysokiej temperaturze prowadzi do zwiększonej ciągliwości przy spadku twardości.
Dokładność i kontrola procesów obróbki cieplnej
Ważne jest, aby zmiana mikrostruktury stali podczas procesu obróbki cieplnej była uzależniona tylko od rodzaju obróbki, ale także od dokładności dobrania parametrów technologicznych. Najmniejsze zmiany temperatury, godzin nawijania czy prędkości chłodzenia mogą prowadzić do powstania defektów, takich jak nierówna struktura, gruboziarniste ziarno czy pękanie.