Wat is het doel van het blussen van koolstofconstructiestaal?

Wat is het doel van het blussen van koolstofconstructiestaal?
Het afschrikproces voor koolstofconstructiestaal omvat het verwarmen van het staal tot de austenitisatietemperatuur (typisch 30-50 graden boven Ac3, wat volledige austenitisatie vereist voor hypoeutectoïde staal), het staal gedurende een bepaalde periode op deze temperatuur houden om de microstructuur volledig te laten transformeren in austeniet, en het vervolgens snel afkoelen in een koelmedium zoals water of olie. Het kerndoel is het bereiken van een "doorbraak" verbetering van de mechanische eigenschappen door het veranderen van de interne microstructuur van het staal (het transformeren van austeniet in niet-evenwichtsstructuren zoals martensiet of bainiet), met name voor sterkte- en hardheidsvereisten. Dit proces kan worden onderverdeeld in de volgende vier kerndoelstellingen:
1. Verbeter de staalhardheid en slijtvastheid aanzienlijk
De evenwichtsmicrostructuur van koolstofconstructiestaal (bijvoorbeeld perliet + ferriet) heeft een relatief lage hardheid (de warm-gewalste hardheid van Q235-staal is bijvoorbeeld ongeveer HB150-180, en die van 45-staal is ongeveer HB170-210). Dit maakt het ongeschikt voor toepassingen die slijtvastheid en krasbestendigheid vereisen (bijvoorbeeld slijtvaste oppervlakken op mechanische onderdelen en gereedschapsranden). Tijdens het blussen koelt het austeniet snel af (de afkoelsnelheid moet de "kritische afkoelsnelheid" overschrijden). De atomen hebben geen tijd om te diffunderen en evenwichtsperliet te vormen, en worden in plaats daarvan gedwongen martensiet te vormen. Martensiet is een oververzadigde vaste oplossing van koolstof in -Fe, met aanzienlijke roostervervorming en talrijke interne dislocaties. Dit verhoogt de hardheid aanzienlijk:
Constructief staal met een middelmatig-koolstofgehalte (zoals 45 staal) kan na het afschrikken een hardheid van HRC55-60 bereiken, wat veel hoger is dan die van warmgewalst staal.
Constructief staal met een hoog-koolstofgehalte (zoals 65-staal) kan na het afschrikken zelfs een hardheid van HRC60-65 bereiken, wat het niveau van gewoon gereedschapsstaal benadert.
Deze hoge hardheid verbetert effectief de slijtvastheid van onderdelen en vermindert slijtage tijdens gebruik (bijvoorbeeld het afschrikken van geleidingen van werktuigmachines en tandflanken van tandwielen).
2. Verbetert de staalsterkte en vervormingsweerstand aanzienlijk
Naast de hardheid verhoogt afschrikken de treksterkte, vloeigrens en vervormingsweerstand van koolstofconstructiestaal aanzienlijk. Ferriet in de evenwichtsstructuur heeft een hoge plasticiteit maar een lage sterkte, terwijl perliet een matige sterkte heeft. Martensiet kan echter een sterktetoename van 50% -100% bereiken als gevolg van roostervervorming en dislocatieversterking.
45-staal heeft bijvoorbeeld een warmgewalste treksterkte van ongeveer 600 MPa. Na het afschrikken (zonder temperen) stijgt de treksterkte tot ruim 1000 MPa, en de vloeigrens van 355 MPa tot ruim 800 MPa.
Voor onderdelen die lasten kunnen dragen, stoten kunnen weerstaan ​​of vervorming kunnen weerstaan ​​(zoals assen, drijfstangen en bouten), zorgt de hoge sterkte na het afschrikken ervoor dat de onderdelen niet vervormen of breken onder complexe bedrijfsomstandigheden, waardoor wordt voldaan aan de structurele belasting-draagvereisten. 3.. Legt de basis voor het daaropvolgende 'temper'-proces, waardoor een 'sterkte-taaiheid wordt bereikt evenwicht."
Hoewel constructiestaal van koolstof na het afschrikken een extreem hoge hardheid en sterkte bereikt, hebben ze aanzienlijke nadelen: hoge interne spanning in de martensietstructuur, slechte ductiliteit en extreem lage taaiheid (gevoelig voor brosse breuk, met impactenergieabsorptie doorgaans slechts 5-10J). Direct gebruik kan gemakkelijk tot uitval leiden als gevolg van kleine schokken of stressconcentraties. Daarom wordt afschrikken zelden gebruikt als een "laatste warmtebehandeling", maar eerder als een voorloper van het temperproces. De kernfunctie ervan is het bieden van een "fundamentele structuur met hoge-hardheid en hoge sterkte" voor latere prestatieaanpassingen.
Daaropvolgend temperen bij verschillende temperaturen (lage-temperatuur temperen 150-250 graden, gemiddelde-temperatuur temperen 350-500 graden en hoge temperatuur temperen 500-650 graden) kan interne martensietspanning elimineren en de taaiheid verbeteren terwijl het grootste deel van de uitgedoofde sterkte behouden blijft.
Na het afschrikken en temperen op hoge- temperatuur (afschrikken en ontlaten) van 45 staal wordt de hardheid bijvoorbeeld teruggebracht tot HRC 28-32, terwijl de treksterkte boven de 800 MPa blijft en de schokenergie-absorptie wordt verhoogd tot meer dan 50J. Hierdoor wordt een ideale balans tussen 'hoge sterkte en hoge taaiheid' bereikt, waardoor het de meest gebruikte, uitgebreide oplossing voor prestatie-optimalisatie in de machinebouw is.. 4. Lokale prestaties verbeteren en voldoen aan de vereisten voor 'lokale versterking'
Sommige koolstofconstructiestaalonderdelen vereisen geen algehele hoge sterkte (om algehele brosheid te voorkomen) en vereisen alleen versterking van kritische werkgebieden (zoals slijtoppervlakken en gebieden met geconcentreerde spanning). In deze gevallen kan blussen "lokale prestatieverbeteringen" bewerkstelligen via een "lokale verwarming + lokale koeling"-aanpak.
Geleidingsrails voor werktuigmachines vereisen bijvoorbeeld slijtvastheid van het oppervlak (hoge hardheid), maar de geleiderailmatrix moet taaiheid behouden (om impactbreuk te voorkomen). Dit kan worden bereikt door middel van "inductieverhittingsoppervlaktedoving". Hierbij wordt alleen het oppervlak van de geleiderail verwarmd tot austenitisatie en snel afgekoeld, waarbij gehard martensiet (hardheid HRC 50-55) op het oppervlak wordt gevormd, terwijl de oorspronkelijke evenwichtsstructuur van de matrix behouden blijft (behoud van taaiheid).
Een ander voorbeeld is dat de kop of het schroefdraadgedeelte van een bout afschuif- en slijtvastheid vereist. Lokaal afschrikken kan kritische prestaties bereiken, terwijl algehele broosheid wordt vermeden en het risico op defecten aan onderdelen wordt verminderd.