Hvaða gerðir af stáli er hægt að herða?

Hvers konar stál sem inniheldur mikið magn af kolefni er fær um að breyta. 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 kemur fram öflugt, fjölhæft og mikið notað álfelgur. Allt frá byggingum, innviðum, vatnsgeymum, bílum, vélum, heimilistækjum til einföldum áhöldum eins og gafflum og skeiðum, virðist notkun þess hafa engin takmörk. Þetta er vegna þeirra fjölmörgu eftirsóknarverðu eiginleika sem stál hefur. Einn af þessum eiginleikum er hörku, hæfileiki 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 véluðum hlutum. Þetta er gert af nokkrum 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 ýmsum tilgangi. Munurinn á stálunum kemur niður á innri uppbyggingu þeirra. Eftir því sem þörfin fyrir sterkari málma til að standa undir álagi jókst varð nauðsynlegt að herða stálið. Stál í grunnformi sínu hefur tiltölulega lágan styrk og hörku. Hins vegar, breyting á innri byggingu þess gefur glæsilegan árangur í viðnám og hörku. Stálherðing samanstendur einfaldlega af ferlum sem eru hönnuð til að stuðla að 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 er kolefnið föst í fastri lausn sem veldur því að hluturinn harðnar. Það er afar hart og brothætt. Martensít hefur nálalaga, nálalaga örbyggingu sem birtist sem linsulaga plötur eða blóðflögur sem skipta og skipta móðurfasakornunum, snertast alltaf 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 innra stálbyggingin á eftir martensíti. Vísar til járnblendi þar sem járnið er gamma. Það birtist venjulega undir 1500ºC og yfir 723ºC.

perlít

Perlít er frábrugðið martensíti að því leyti að uppbygging perlíts myndast við hæga kælingu. Það er lagskipt fyrirkomulag ferríts og sementíts. Við 723ºC breytist gammajárn úr FCC uppbyggingu þess í alfajárn, sem þvingar járnkarbíð (sementít) úr lausninni.

Stálherðingaraðferðir

Það eru nokkrar aðferðir til að framkvæma herðingu á stáli. 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 innan hans. 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 til að herða stál felur einfaldlega í sér að afmynda málm við hitastig undir bræðslumarki hans. Eiginleikar eins og flæðistyrkur, togstyrkur og hörku aukast á meðan mýkt og aflögunarhæfni efnisins minnkar. Álagsherðing, sem stafar af uppsöfnun og flækju á liðfæringum við plastaflögun, er nauðsynleg leið til að styrkja einingar. Þrátt fyrir að um 90 prósent af orkunni við kalda vinnslu dreifist sem hiti, 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. Við 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 þrýstispennusvið. Þess í stað, ef leysisatómið er stærra en uppleystu atómin, myndast togspennusvið. Uppleyst atóm sem afbaka grindurnar í fjórhyrnda byggingu valda hraðri herðingu. Augljóst dæmi er áhrif sementíts á stál.

slökkva og tempra

Við slökkvun, einnig kölluð martensitic umbreyting, er stálið hitað yfir mikilvæga hitastiginu að austenítsviðinu, haldið við þetta hitastig og síðan slökkt hratt eða, oftar, slökkt í vatni, olíu eða vatni, bráðnu salti. Fyrir lágstál er hitunarhitastigið 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 slökkvihraði er nógu hratt til að tryggja algjöra umbreytingu martensítsins.

Case herða (kassa)

Eins og nafnið gefur til kynna skapar hylkisherðing 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 hitnar hratt til að koma í veg fyrir að miðja efnisins verði fyrir áhrifum. Efnið fer þá í gegnum mun hraðari kælingu. Þannig myndast hátt magn martensíts á yfirborðinu.

Dreifingarherðing (nítrun)

Það er breyting á samsetningu yfirborðsflatar. Fínar agnir dreifast og leyfa völdum lofttegundum að hvarfast og dreifast inn í stálið. Í þessu ferli er stálið hitameðhöndlað til að fá slökkt martensitic uppbyggingu. Það er síðan útsett fyrir ammoníak andrúmslofti við um 550°C í 12-36 klukkustundir. Lítil málmblöndur, eins og Al eða Crenhance, stuðla að myndun fínrar dreifingar nítríða, sem eykur verulega yfirborðshörku og slitþol. Þessi nítríðsamsetning er mun betri en martensít hvað varðar hörku.

kolvetnandi

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 undiryfirborð málmsins, sem leiðir til kolefnisríks kassa 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 birtingar sem myndast er mælt; ásamt þvermáli stálkúlunnar er BHN reiknað.

Vickers hörkupróf

Í Vickers hörkuprófinu er álagið tígulpýramídi með ferkantaðan grunn. Þessu álagi er beitt á yfirborð efnisins í um það bil 30 sekúndur. Flatarmál pýramídamyndarinnar er reiknað út og notað til að reikna út hörku málmsins.

Knoop örhörkupróf

Þetta hörkupróf er sérstaklega fyrir þunn blöð eða mjög brothætt efni. Pýramídalaga demantursoddur skapar mjög litla inndælingu í efninu. Inndrátturinn sem gerður er er síðan rannsakaður í smásjá og notaður til að reikna út hörku efnisins.

Rockwell hörkupróf

Rockwell hörku var þróuð til að mæla mun á hörku stáls fyrir og eftir hitameðferð. Innrenningurinn getur verið stálkúla eða kúlulaga demantinn. Hörku er mæld með því að ákvarða dýpt skarpskyggni í efnið. Tvö álag er venjulega beitt. Lægra álag til að gefa upphafsáhrif og hærra álag til að valda aðalpennum.

Stáltegundir sem hægt er að herða

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

kolefnisstál

Blönduð stál

Ryðfrítt stál

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 slokknun er að ræða, þar sem kolefni stuðlar að myndun martensíts.

Kolefnisstál (UNS G{{0}}G15900, DIN 1.0xx)

Kolefnisstál eru málmblöndur úr járni sem innihalda allt að 2 prósent kolefnis. Þau innihalda oft snefilefni sem auka 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 prósent kolefnis. Vegna lágs kolefnisinnihalds kólnar lágkolefnisstál ekki harðnar. Hins vegar er hægt að herða þau með því að kola.

miðlungs kolefnisstál

Þessi stál innihalda á milli {{0}},35 prósent og 0,5 prósent kolefni. Þeir eru sterkari en lágkolefnisstál, en erfiðara er að vinna. Miðlungs kolefnisstál er auðvelt að herða með því að slökkva. Þegar það er blandað með snefilmagni af mangani eykst herðni þeirra. Miðlungs kolefnisstál er einnig hylki hert fyrir notkun þar sem slitþol er mikilvægt, svo sem sveifarásir.

hákolefnisstál

Hákolefnisstál inniheldur meira en 0,5 prósent kolefni. Þessi tegund af stáli er mjög hertanleg vegna mikils kolefnisinnihalds. Þau eru venjulega hert með slökkvun. Hins vegar gerir þetta þá frekar brothætt, svo mildun er nauðsynleg.

Stálblendi (UNS G13300-G98500, DIN 1.2xxx)

Auk kolefnisinnihaldsins er efnasamsetningin annar þáttur sem hefur áhrif á herðni stáls. Stálblendi inniheldur mismikið magn af kopar, nikkel, mangan, bór og vanadíum. Þessi stál eru mjög hertanleg með því að slökkva. Þetta er vegna þess að málmblöndunarefnin hægja á niðurbroti austeníts og mynda þannig auðveldlega martensít í álblendi. Solid lausn herða er einnig skilvirk 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 prósent 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 prósent króm, 8 prósent nikkel og minna en 0,8 prósent kolefni. Þeir eru mest notaða tegundin af ryðfríu stáli. Austenítískt stál er ekki segulmagnað eða hitameðhöndlað. Hins vegar herðast þau auðveldlega við kaldvinnslu.

Ferritics

Þessi stál innihalda venjulega minna en 0,1 prósent kolefnis, á milli 12 og 17 prósent króm og snefilmagn af nikkel. Ferrític stál eru segulmagnaðir en ekki hægt að herða með hitameðferð. Köld 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 prósent kolefnis auk 12-17 prósenta 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 hitameðhöndlun eða málsherðingu.

Úrkoma Harðnandi

Úrkomuherðandi stál eru ryðfrítt stál sem inniheldur króm, nikkel og önnur málmblöndur eins og kopar, ál og títan. Þessir málmblöndur gera kleift að herða ryðfríu stáli með hitameðferð í lausn og öldrun. 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. Hægt er að herða þessi verkfæri með köldu vinnslu og einnig með hitameðferðum eins og slökun.

Stáltegundir og hentugasta herðingaraðferð þeirra