Milyen típusú acélok edzhetők?

Bármilyen típusú acél, amely nagy mennyiségű szenet tartalmaz, képes megváltoztatni. Ezt temperálásnak is nevezik. Ha az elem nem tartalmaz elegendő szenet, a kristályszerkezet nem változtatható meg, és semmilyen melegítés sem változtatja meg az anyag összetételét.

Az acél az egyik legfontosabb és legemblematikusabb fém a bolygón. A vas és a szén kombinációjából egy robusztus, sokoldalú és széles körben használt ötvözet jön létre. Az épületektől, infrastruktúrától, víztartályoktól, autóktól, gépektől, háztartási gépektől az egyszerű edényekig, mint a villák és kanalak, úgy tűnik, hogy alkalmazásai nem szabnak határokat. Ez annak köszönhető, hogy az acél számos kívánatos tulajdonsággal rendelkezik. Az egyik ilyen tulajdonság a keménység, az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a benyomódás, ütés vagy kopás által kiváltott deformációnak. Az acél természetes keménysége azonban nem mindig elegendő bizonyos mérnöki alkalmazásokhoz, például teherhordó szerkezetekhez és motoralkatrészekhez. Ezért dolgoztak ki módszereket a keménység és az acél egyéb tulajdonságainak jelentős növelésére. Ezeket a módszereket acél edzésnek nevezik.

Az acél edzését általában a késztermékeken és nem az alapanyagokon végzik. A CNC megmunkálásban az acél edzése egy utólagos megmunkálási folyamat, amelyet a megmunkált alkatrészeken hajtanak végre. Ennek több oka is van. Először is, nem gazdaságos egy egész acéltömb keményítése, mivel annak nagy százaléka a megmunkálási folyamat során eltávolítódik. Ezenkívül az edzett acélt sokkal nehezebb megmunkálni, mivel az alkatrész keménysége megnehezíti a szerszám behatolását.

Az acél belső szerkezetei és keménysége

Nem minden acél, amelyet látunk, azonos összetételű. Pontosabban, különböző célokra különböző összetételű acélok léteznek. Az acélok közötti különbség a belső szerkezetükben rejlik. Ahogy az erősebb fémek iránti igény megnőtt a terhelések elviselésére, szükségessé vált az acél edzése. Az acél legalapvetőbb formájában viszonylag alacsony szilárdságú és keménységű. A belső szerkezetek módosítása azonban lenyűgöző eredményeket hoz az ellenállás és a keménység tekintetében. Az acéledzés egyszerűen olyan eljárásokból áll, amelyek célja egy adott belső szerkezet kialakítása, nem pedig egy másik. A belső acélszerkezetek közé tartozik

martenzit

Ez az acél belső kristályszerkezetének legkeményebb formája. Az ausztenites vas gyors lehűlése martenzit képződik. Gyors hűtési sebessége miatt a szén szilárd oldatba kerül, amitől az alkatrész megkeményedik. Rendkívül kemény és törékeny. A martenzit tűszerű, hegyes mikrostruktúrával rendelkezik, amely lencsés lemezek vagy vérlemezkék formájában jelenik meg, amelyek osztják és felosztják a szülőfázis szemcséit, mindig érintkezve, de soha nem keresztezve. Ez a szerkezet számos ötvözetrendszerben előfordul, beleértve a Fe-C-t, Fe-Ni-C-t.

Ausztenit

Az ausztenit a következő legkeményebb belső acélszerkezet a martenzit után. Azokra a vasötvözetekre vonatkozik, amelyekben a vas gamma. Általában 1500°C alatt és 723°C felett jelenik meg.

perlit

A perlit abban különbözik a martenzittől, hogy a perlit szerkezete lassú lehűléssel jön létre. Ez egy ferrit és cementit lamináris elrendezése. 723 ºC-on a gamma vas FCC szerkezetéből alfavassá alakul, kiszorítva a vaskarbidot (cementit) az oldatból.

Acél edzési módszerek

Számos módszer létezik az acél edzésére. Ezek a módszerek lehetnek termikusak, mechanikusak, kémiaiak vagy ezek közül kettő vagy több kombinációja. A termikus edzési eljárások az acél edzésének legelterjedtebb módszerei. Általában három fő szakaszból állnak, amelyek az acél melegítését, egy bizonyos hőmérsékleten tartását és hűtését jelentik. Az első szakaszban általában a fémet nagyon magas hőmérsékletre hevítik, hogy szerkezeti változásokat idézzenek elő benne. Ez megkönnyíti a fém megmunkálását is, például az alakjának megváltoztatását. Az acél edzésének különböző módjai

hideg munka

A hidegmegmunkálás gyakran megváltoztatja az acél vagy fémek tulajdonságait. Az acél edzésének ez a módszere egyszerűen magában foglalja a fém deformációját az olvadáspontja alatti hőmérsékleten. Az olyan tulajdonságok, mint a folyáshatár, a szakítószilárdság és a keménység nőnek, miközben az anyag plaszticitása és deformálhatósága csökken. Az elemek megerősítésének elengedhetetlen módja a deformációs keményedés, amely a képlékeny alakváltozás során felhalmozódó és összegabalyodó diszlokációkból adódik. Bár a hideg megmunkálás során az energia körülbelül 90 százaléka hőként disszipálódik, a többi a kristályrácsban raktározódik, így növeli annak belső energiáját.

Szilárd ötvözet keményedés

Az oldatos keményítés egy ötvözőelem hozzáadása az alapfémhez szilárd oldat létrehozása érdekében. Megszilárdulásakor a fém megkeményedik az ötvözetatomok jelenléte miatt az alapfém kristályrácsában. Az oldott anyag és az oldószer atomjai közötti méretkülönbség befolyásolja a szilárd oldat hatékonyságát. Ha az oldott anyag atomja nagyobb, mint az oldószeratom, akkor kompressziós alakváltozási mezők jönnek létre. Ehelyett, ha az oldószeratom nagyobb, mint az oldott anyag atomjai, húzó alakváltozási mezők jönnek létre. A rácsot tetragonális szerkezetté torzító oldott atomok gyors keményedést okoznak. Nyilvánvaló példa a cementit acélra gyakorolt ​​hatása.

oltás és temperálás

A kioltásnál, amelyet martenzites átalakulásnak is neveznek, az acélt a kritikus hőmérséklet fölé hevítik az ausztenit tartományig, ezen a hőmérsékleten tartják, majd gyorsan lehűtik, vagy gyakrabban vízben, olajban vagy vízben, olvadt sóban lehűtik. Hipoeutektoid acélok esetén a hevítési hőmérséklet 30-50ºC-kal meghaladja az ausztenit oldhatósági vonalának határát. A hipereutektoid acéloknál a hőmérséklet az eutektoid hőmérséklet felett van. A lehűlés martenzites átalakulást okoz, ami jelentősen megkeményíti az acélt. Az edzett acél azonban nagyon törékeny. Ezért a temperálás szükséges a belső feszültségek enyhítése és a ridegség csökkentése érdekében. A maximális keménység akkor érhető el, ha az oltási sebesség elég gyors ahhoz, hogy biztosítsa a martenzit teljes átalakulását.

Tok keményítés (dobozos)

Ahogy a neve is sugallja, a ház keményítése kemény felületet hoz létre, amely szükséges ahhoz, hogy ellenálljon a kopásnak olyan alkalmazásokban, mint a főtengelyek, csapágyak és hasonlók. Az acél edzésének ez a módszere általában három megközelítés egyikét foglalja magában:

Indukciós és lángkeményítés

Ez a felület differenciált hőkezelése. A felület gyorsan felmelegszik, hogy az anyag közepét ne érintse. Ezután az anyag sokkal gyorsabban lehűl. Ily módon magas martenzit képződik a felületen.

Diffúziós keményedés (nitridálás)

Ez a felület összetételének megváltozása. A finom részecskék szétoszlanak, lehetővé téve a kiválasztott gázok reakcióját és bediffundálását az acélba. Ebben az eljárásban az acélt hőkezelésnek vetik alá, hogy kioltott martenzites szerkezetet kapjanak. Ezután körülbelül 550 °C-os ammónia atmoszférának teszik ki 12-36 órán keresztül. A kis ötvözőelemek, mint például az Al vagy a Crenhance, elősegítik a nitridek finom diszperziójának kialakulását, amelyek jelentősen növelik a felületi keménységet és a kopásállóságot. Ez a nitrid összetétel keménysége szempontjából messze felülmúlja a martenzit.

karburálás

Ez abból áll, hogy az acélt széntartalmú atmoszférának teszik ki magas hőmérsékleten. A széntartalmú atmoszféra előállítható jó minőségű szénből vagy disszociált földgázból. A szénatomok bediffundálnak a fém felületébe, ami egy magas széntartalmú dobozt eredményez, amely a későbbi hűtés hatására kemény, kopásálló martenzites felületet hoz létre.

Acél keménységi vizsgálatok

A keménységnek nincs konkrét mértékegysége. Inkább indexszámok írják le. Számos keménységi teszt létezik, és az anyag keménységének leírására használt index az alkalmazott teszttől függ. Néhány általános keménységi teszt

Brinell keménységi teszt

Ebben a vizsgálatban egy ismert átmérőjű acélgolyót alkalmaznak terhelésként az anyag felületére. A Brinell-keménységi szám (BHN) kiszámítása az alábbi táblázatban található képlet alapján történik. A kapott lenyomat átmérőjét megmérjük; az acélgolyó átmérőjével együtt kiszámítjuk a BHN-t.

Vickers keménységi teszt

A Vickers keménységi tesztben a terhelés egy négyzet alakú gyémánt piramis. Ez a terhelés körülbelül 30 másodpercig hat az anyag felületére. A piramis alakú lenyomat területét kiszámítják és felhasználják a fém keménységének kiszámításához.

Knoop mikrokeménységi teszt

Ez a keménységi teszt vékony lemezekre vagy nagyon törékeny anyagokra vonatkozik. A piramis alakú gyémántcsúcs nagyon kis bemélyedést hoz létre az anyagban. Az elkészített bemélyedést ezután mikroszkóp alatt tanulmányozzák, és kiszámítják az anyag keménységét.

Rockwell keménységi teszt

A Rockwell keménységet az acél hőkezelés előtti és utáni keménysége közötti különbség mérésére fejlesztették ki. A behúzó lehet acélgolyó vagy gömb alakú gyémánt behúzó. A keménységet az anyagba való behatolás mélységének meghatározásával mérjük. Általában két terhelést alkalmaznak. Kisebb terhelés a kezdeti benyomás keltéséhez, nagyobb terhelés pedig a fő behatoláshoz.

Edzett acélfajták

Az American Iron and Steel Institute (AISI) az acélt négy fő csoportba sorolja:

szénacélok

Ötvözött acélok

Rozsdamentes acélok

szerszámacélok

Az acél alapelemei a vas és a szén. A szén és más ötvözőelemek változó mennyisége azonban meghatározza az egyes minőségek tulajdonságait. Bármely acél széntartalma meghatározza az edzhetőségét, valamint a maximálisan elérhető keménységét. Ez különösen igaz a kioltásnál, mivel a szén elősegíti a martenzit képződését.

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

A szénacélok olyan vasötvözetek, amelyek legfeljebb 2 százalék szenet tartalmaznak. Gyakran tartalmaznak nyomokban ötvözőelemeket, amelyek javítanak bizonyos tulajdonságokat. A bennük lévő tényleges szénmennyiség alapján a szénacélokat alacsony széntartalmú acélokra, közepes széntartalmú acélokra és magas széntartalmú acélokra oszthatjuk.

alacsony széntartalmú acél

Lágyacélként is ismert, és {{0}},08 és 0,35 százalék közötti szenet tartalmaz. Az alacsony széntartalmú acélok alacsony széntartalmuk miatt nem hűtve megkeményednek. Karburizálással azonban keményíthetők.

közepes széntartalmú acélok

Ezek az acélok {{0}},35% és 0,5% közötti szenet tartalmaznak. Erősebbek, mint az alacsony széntartalmú acélok, de megmunkálásuk nehezebb. A közepes széntartalmú acélok edzéssel könnyen edzhetők. Nyomnyi mennyiségű mangánnal ötvözve megnő a keményedésük. A közepes széntartalmú acélokat a kopásállóság kritikus fontosságú alkalmazásokhoz, például a főtengelyekhez is edzettek.

magas széntartalmú acélok

A magas széntartalmú acélok több mint 0,5 százalék szenet tartalmaznak. Az ilyen típusú acélok a magas széntartalom miatt nagyon edzhetők. Általában oltással keményítik. Ez azonban meglehetősen törékennyé teszi őket, ezért temperálásra van szükség.

Ötvözött acélok (UNS G13300-G98500, DIN 1,2xxx)

A széntartalom mellett a kémiai összetétel is befolyásolja az acélok edzhetőségét. Az ötvözött acélok változó mennyiségben tartalmaznak rezet, nikkelt, mangánt, bórt és vanádiumot. Ezek az acélok edzéssel erősen edzhetők. Ennek az az oka, hogy az ötvöző elemek lassítják az ausztenit bomlását, így könnyen martenzit keletkezik az ötvözött acélokban. A szilárd oldatos edzés az ötvözött acélok edzésének is hatékony és elterjedt módja.

Rozsdamentes acélok (UNS S00001-S99999, DIN 1,4xxx)

A rozsdamentes acélok olyan acélok, amelyek fő ötvözőelemeként 10-20 százalék krómot tartalmaznak. Nagyon ellenállóak a korrózióval és az erózióval szemben. Szerkezetüktől és összetételüktől függően a rozsdamentes acélok osztályozhatók

Ausztenites

Az ausztenites acélok általában vasat, 18 százalék krómot, 8 százalék nikkelt és kevesebb, mint 0,8 százalék szenet tartalmaznak. Ezek a legszélesebb körben használt rozsdamentes acél típusok. Az ausztenites acélok nem mágnesesek és nem hőkezelhetők. Hidegen megmunkálással azonban könnyen megkeményednek.

Ferritics

Ezek az acélok általában kevesebb mint 0,1 százalék szenet, 12-17 százalék krómot és nyomokban nikkelt tartalmaznak. A ferrites acélok mágnesesek, de hőkezeléssel nem edzhetők. A hideg megmunkálás hatékony módszer a keményítésükre.

Martenzites

A martenzites acélok belső szerkezetüknek köszönhetően meglehetősen kemények. Ezek az acélok legfeljebb 1,2 százalék szenet és 12-17 százalék krómot tartalmaznak. A martenzites acélok viszonylag magas széntartalmuk miatt hőkezeléssel könnyen megedződnek.

Duplex

A duplex acélok ferrites és ausztenites mikroszerkezettel is rendelkeznek. Ezeket az acélokat hőkezeléssel vagy tokos edzéssel edzik.

Csapadék keményedés

A csapadékban edzett acélok olyan rozsdamentes acélok, amelyek krómot, nikkelt és egyéb ötvözőelemeket, például rezet, alumíniumot és titánt tartalmaznak. Ezek az ötvöző elemek lehetővé teszik a rozsdamentes acél edzését oldatos hőkezeléssel és öregítéssel. Lehetnek ausztenites vagy martenzitesek.

Szerszámacélok (UNS T00001-T99999; DIN 1,23xx, 1,27xx, 1,25xx)

Ahogy a neve is sugallja, a szerszámacélokat általában szerszámok, például vágó- és fúrószerszámok gyártásához használják. Általában volfrámot, kobaltot, vanádiumot és molibdént tartalmaznak. Ezeket a szerszámokat hideg megmunkálással és hőkezeléssel, például oltással is meg lehet edezni.

Acélfajták és legmegfelelőbb edzési módjuk