Hvaða gerðir af stáli er hægt að herða?

Hægt er að breyta hvers kyns stáli sem inniheldur mikið magn af kolefni. Þetta er einnig þekkt sem að vera mildaður. Ef frumefnið inniheldur ekki nóg kolefni er ekki hægt að breyta kristalbyggingunni og engin upphitun mun breyta samsetningu efnisins.

Stál er einn af mikilvægustu og táknrænustu málmunum á jörðinni. Úr samsetningu járns og kolefnis verður til öflugt, fjölhæft og mikið notað álfelgur. Allt frá byggingum, innviðum, vatnstönkum, bifreiðum, vélum, tækjum til einföld áhöld eins og gaffla og skeiðar, notkun þeirra virðist engin takmörk sett. Þetta er vegna margra eftirsóknarverðra eiginleika sem stál hefur. Einn af þessum eiginleikum er hörku, hæfni efnis til að standast aflögun af völdum inndráttar, höggs eða núninga. Hins vegar er náttúruleg hörku stáls ekki alltaf nægjanleg fyrir ákveðin verkfræðileg forrit, svo sem burðarvirki og vélarhluta. Þess vegna hafa verið þróaðar aðferðir til að auka hörku ásamt öðrum eiginleikum stáls verulega. Þessar aðferðir eru þekktar sem stálherðing.

Herðing á stáli fer venjulega fram á fullunnum vörum en ekki á hráefni. Í CNC vinnslu er stálherðing eftirvinnsluferli sem er framkvæmt á véluðu hlutunum. Þetta er gert af ýmsum ástæðum. Í fyrsta lagi er ekki hagkvæmt að herða heila stálblokk þar sem stór hluti þess verður fjarlægður í vinnsluferlinu. Að auki er mun erfiðara að vinna hert stál þar sem hörku hlutarins gerir verkfærinu erfitt fyrir að komast í gegn.

Innri byggingar úr stáli og hörku þess

Ekki hafa öll stálin sem við sjáum sömu samsetningu. Nákvæmlega, það eru mismunandi samsetningar af stáli í mismunandi tilgangi. Munurinn á stáli kemur niður á innri uppbyggingu þeirra. Eftir því sem þörfin fyrir sterkari málma til að standa undir álagi jókst varð nauðsynlegt að herða stál. Stál í grunnformi sínu hefur tiltölulega lítinn styrk og hörku. Hins vegar, breyting á innri byggingu þess gefur glæsilegan árangur í viðnám og hörku. Herðandi stál eru einfaldlega ferli sem eru hönnuð til að hvetja til myndun eins tiltekins innri byggingar frekar en annarrar. Innri stálbyggingar innihalda

Martensít

Það er erfiðasta form innri kristalbyggingar stáls. Hröð kæling austenítísks járns myndar martensít. Vegna hraðs kælingarhraða festist kolefnið í fastri lausn sem veldur því að hluturinn harðnar. Það er mjög erfitt og viðkvæmt. Martensít er með nálalaga nálalaga örbyggingu sem birtist sem linsulaga plötur eða blóðflögur sem skipta og skipta kornum móðurfasans, alltaf að snerta en fara aldrei yfir. Þessi uppbygging á sér stað í miklum fjölda álkerfis, þar á meðal Fe-C, Fe-Ni-C.

Austeníta

Austenít er næst harðasta innri uppbygging stáls á eftir martensíti. Vísar til járnblendi þar sem járnið er gamma. Það birtist venjulega undir 1500ºC og yfir 723ºC.

Perlít

Perlít er ólíkt martensíti, þar sem uppbygging perlíts myndast við hæga kælingu. Það er lagskipt fyrirkomulag ferríts og sementíts. Við 723ºC umbreytist gammajárnið úr FCC uppbyggingu þess í alfajárn, sem þvingar járnkarbíðið (sementítið) úr lausninni.

Stálherðingaraðferðir

Það eru nokkrar aðferðir til að herða stál. Þessar aðferðir geta verið varma, vélrænar, efnafræðilegar eða sambland af tveimur eða fleiri þeirra. Hitaherðingarferlar eru algengustu aðferðirnar til að herða stál. Þau fela venjulega í sér þrjú meginþrep, sem eru að hita stálið, halda því við ákveðið hitastig og kæla það. Fyrsta stigið felur venjulega í sér að hita málminn upp í mjög háan hita til að framkalla byggingarbreytingar inni. Þetta gerir það líka auðveldara að vinna á málminum, svo sem að breyta lögun hans. Mismunandi aðferðir við að herða stál eru

köld vinna

Köldvinnsla breytir oft eiginleikum stáls eða málma. Þessi aðferð við að herða stál samanstendur einfaldlega af því að afmynda málm við hitastig undir bræðslumarki hans. Eiginleikar eins og flæðistyrkur, togstyrkur og hörku aukast á meðan mýkt og aflögunargeta efnisins minnkar. Álagsherðing, sem stafar af uppsöfnun og flækju tilfærslna við plastaflögun, er nauðsynleg leið til að styrkja þætti. Þó að um 90% af orkunni við kalda vinnslu dreifist sem hiti, þá er restin geymd í kristalgrindunum og eykur þannig innri orku hennar.

Harðnandi álfelgur

Lausnarherðing er að bæta málmblöndurefni við grunnmálminn til að búa til fasta lausn. Eftir storknun harðnar málmurinn vegna nærveru málmblönduatóma í kristalgrindum grunnmálmsins. Stærðarmunurinn á milli uppleystu og leysisatóma hefur áhrif á virkni föstu lausnarinnar. Ef uppleysta atómið er stærra en leysisatómið myndast þjöppunarálagssvið. Á hinn bóginn, ef leysisatómið er stærra en uppleystu atómin, myndast togaflögunarsvið. Uppleyst frumeindir sem afbaka grindurnar í fjórhyrnda byggingu valda hraðri harðnun. Augljóst dæmi er áhrif sementíts á stál.

Slökkvandi og temprun

Við slökkvun, einnig kölluð martensitic umbreyting, er stálið hitað yfir mikilvæga hitastigið að austenítsviðinu, haldið við þetta hitastig og síðan hratt kælt eða, oftar, slökkt í vatni, olíu eða bráðnu salti. Fyrir lágstál er hitunarhitinn 30-50ºC yfir mörkum austenítleysnilínunnar. Fyrir hástál er hitastigið yfir heilahimnuhitastigi. Kæling veldur martensitic umbreytingu sem herðir stálið töluvert. Hins vegar er hert stál mjög brothætt. Þess vegna er temprun nauðsynleg til að létta á innra álagi og draga úr stökkleika. Hámarks hörku fæst þegar kælihraði í slökkvistarfi er nógu hratt til að tryggja algjöra umbreytingu martensítsins.

Yfirborðsherðing (í kassa)

Eins og nafnið gefur til kynna myndar karburur hart yfirborð sem er nauðsynlegt til að standast slit í notkunum eins og sveifarásum, legum og þess háttar. Þessi aðferð við að herða stál felur almennt í sér eina af þremur aðferðum:

Framleiðslu og logaherðing

Þetta er mismunandi hitameðferð á yfirborðinu. Yfirborðið er hitað hratt til að koma í veg fyrir að miðja efnisins verði fyrir áhrifum. Efnið kælir síðan miklu hraðar. Þannig myndast mikið martensít á yfirborðinu.

Dreifingarherðing (nítrun)

Þetta er breyting á samsetningu yfirborðssvæðisins. Fínu agnirnar eru dreifðar þannig að valdar lofttegundir hvarfast og dreifist inn í stálið. Í þessu ferli er stálið hitameðhöndlað til að fá mildaða martensitic uppbyggingu. Það er síðan útsett fyrir ammoníak andrúmslofti við um 550ºC í 12-36 klukkustundir. Lítil málmblöndur, eins og Al eða Crenhance, stuðla að myndun fínrar dreifingar nítríða, sem eykur yfirborðshörku og slitþol verulega. Þessi nítríðsamsetning er mun betri en martensít hvað varðar hörku.

Carburization

Það felst í því að útsetja stálið fyrir kolefnisríku andrúmslofti við háan hita. Kolefnisríkt andrúmsloftið er hægt að mynda úr hágæða kolum eða sundruðu jarðgasi. Kolefnisatóm dreifist inn í undir yfirborð málmsins, sem leiðir til kolefnisríks hylkis sem, við síðari kælingu, myndar hart, slitþolið martensitic yfirborð.

Stál hörkupróf

Harka hefur ekki ákveðna mælieiningu. Það er frekar lýst með vísitölum. Það eru nokkrar hörkuprófanir og vísitalan sem notuð er til að lýsa hörku efnis fer eftir prófinu sem er notað. Sumar algengar hörkuprófanir eru

Brinell hörkupróf

Í þessari prófun er stálkúla með þekktum þvermáli beitt sem álagi á yfirborð efnisins. Brinell hörkutalan (BHN) er síðan reiknuð út með formúlunni í töflunni hér að neðan. Þvermál prentunar sem myndast er mælt; ásamt þvermáli stálkúlunnar er BHN reiknað.

Vickers hörkupróf

Í Vickers hörkuprófinu er álagið ferningapýramídi úr demöntum. Þessu álagi er beitt á yfirborð efnisins í um það bil 30 sekúndur. Flatarmál pýramídans er reiknað út og notað til að reikna út hörku málmsins.

Knoop örhörkupróf

Þetta hörkupróf er sérstaklega fyrir þunn blöð eða mjög viðkvæm efni. Pýramída demantsoddur skapar mjög litla inndælingu í efninu. Innskotið sem gert er er síðan rannsakað með smásjá og notað til að reikna út hörku efnisins.

Rockwell hörkupróf

Rockwell hörku var þróuð til að mæla mun á hörku stáls fyrir og eftir hitameðferð. Inntakið getur verið stálkúla eða kúlulaga demantur. Hörku er mæld með því að ákvarða dýpt skarpskyggni í efnið. Tvö álag er venjulega beitt. Minni hleðsla til að gefa upphafsáhrif og stærri hleðsla til að valda aðalpening.

Stáltegundir sem hægt er að herða

American Iron and Steel Institute (AISI) flokkar stál í fjóra meginhópa:

Kolefnisstál

Blönduð stál

ryðfríu stáli

Verkfærastál

Grunnþættir stáls eru járn og kolefni. Hins vegar ræður mismunandi magn af kolefni og öðrum málmblöndur eiginleikum hvers flokks. Kolefnisinnihald hvers stáls ákvarðar herðni þess, sem og hámarks hörku þess. Þetta á sérstaklega við þegar um temprun er að ræða, þar sem kolefni stuðlar að myndun martensíts.

Kolefnisstál (UNS G10050-G15900, DIN 1.0xx)

Kolefnisstál eru járnblendi sem innihalda allt að 2% kolefni. Þau innihalda oft leifar af málmblöndurefnum sem bæta ákveðna eiginleika. Byggt á raunverulegu magni kolefnis sem þeir innihalda, er hægt að flokka kolefnisstál í lágkolefnisstál, miðlungskolefnisstál og hákolefnisstál.

lágt kolefni stál

Einnig þekkt sem mildt stál, það inniheldur á milli 0,08 og 0,35% kolefnis. Vegna lágs kolefnisinnihalds harðnar lágkolefnisstál ekki. Hins vegar er hægt að herða þau með sementingu.

Miðlungs kolefnisstál

Þessi stál innihalda á milli 0,35% og 0,5% kolefni. Þau eru sterkari en lágkolefnisstál, en erfiðara er að vinna með þau. Miðlungs kolefnisstál er auðvelt að herða með því að slökkva. Þegar það er blandað með leifum af mangani eykst herni þeirra. Miðlungs kolefnisstál er einnig hyljahert fyrir notkun þar sem slitþol er mikilvægt, svo sem sveifarásir.

Hákolefnisstál

Hákolefnisstál inniheldur meira en 0,5% kolefni. Þessar tegundir af stáli eru mjög hertar vegna mikils kolefnisinnihalds. Þeir eru venjulega hertir með temprun. Hins vegar gerir þetta þá frekar brothætt, svo mildun er nauðsynleg.

Stálblendi (UNS G13300-G98500, DIN 1.2xxx)

Auk kolefnisinnihalds er efnasamsetning annar þáttur sem hefur áhrif á herðni stáls. Stálblendi inniheldur mismikið magn af kopar, nikkel, mangani, bór og vanadíum. Þessi stál eru mjög hertanleg með slökkvi. Þetta er vegna þess að málmblöndunarefnin seinka niðurbroti austeníts, þannig að auðveldlega myndast martensít í stálblendi. Solid lausn herða er einnig áhrifarík og algeng leið til að herða ál stál.

Ryðfrítt stál (UNS S00001-S99999, DIN 1.4xxx)

Ryðfrítt stál er stál sem inniheldur á milli 10 og 20% ​​króm sem aðal blöndunarefni. Þau eru mjög ónæm fyrir tæringu og veðrun. Það fer eftir uppbyggingu þeirra og samsetningu, ryðfríu stáli má flokka sem

Austenítískt

Austenítískt stál inniheldur venjulega járn, 18% króm, 8% nikkel og minna en 0,8% kolefni. Þeir eru mest notaða tegundin af ryðfríu stáli. Austenitísk stál eru hvorki segulmagnuð né hitameðhöndluð. Hins vegar herðast þau auðveldlega við kaldvinnslu.

Ferrític

Þessi stál innihalda venjulega minna en 0,1% kolefni, á milli 12 og 17% króm og leifar af nikkel. Ferrític stál eru segulmagnaðir en ekki hægt að herða með hitameðferð. Kalt vinna er áhrifarík aðferð til að herða þau.

Martensitic

Vegna innri uppbyggingar þeirra eru martensitic stál nokkuð hart. Þessi stál innihalda allt að 1,2% kolefni, auk 12-17% króms. Vegna tiltölulega hás kolefnisinnihalds er martensitic stál auðveldlega hert með hitameðferð.

Duplex

Tvíhliða stál hafa bæði ferrític og austenitic örbyggingu. Þessi stál eru hert með hitameðferð eða yfirborðsherðingu.

Úrkomuharðnun

Úrkomuherðandi stál er ryðfrítt stál sem inniheldur króm, nikkel og önnur málmblöndur eins og kopar, ál og títan. Þessir málmblöndur gera kleift að herða ryðfríu stáli með upplausn og öldrun hitameðhöndlunar. Þeir geta verið austenitic eða martensitic.

Verkfærastál (UNS T00001-T99999; DIN 1.23xx, 1.27xx, 1.25xx)

Eins og nafnið gefur til kynna er verkfærastál almennt notað við framleiðslu á verkfærum, svo sem skurðar- og borverkfæri. Þau innihalda venjulega wolfram, kóbalt, vanadín og mólýbden. Þessi verkfæri er hægt að herða með köldu vinnslu og einnig með hitameðferðum eins og slökun.

Stáltegundir og hentugasta herðingaraðferð þeirra