Karbonstål deler

Kort beskrivelse:

Begrepet karbonstål kan også brukes i referanse til stål som ikke er rustfritt stål;i denne bruken kan karbonstål inkludere legert stål.Høykarbonstål har mange forskjellige bruksområder som fresemaskiner, skjæreverktøy (som meisler) og høystyrketråder.

Send e-post til oss

Produkt detalj

Produktetiketter

Introduksjon av karbonståldeler

Karbonstål er et stål med karboninnhold fra ca. 0,05 til 3,8 vektprosent.Definisjonen av karbonstål fra American Iron and Steel Institute (AISI) sier:
1. ingen minsteinnhold er spesifisert eller nødvendig for krom, kobolt, molybden, nikkel, niob, titan, wolfram, vanadium, zirkonium eller andre grunnstoffer som skal tilsettes for å oppnå en ønsket legeringseffekt;
2. det spesifiserte minimum for kobber ikke overstiger 0,40 prosent;
3. eller det maksimale innholdet som er spesifisert for noen av følgende elementer ikke overstiger de angitte prosentene: mangan 1,65 prosent;silisium 0,60 prosent;kobber 0,60 prosent.
Begrepet karbonstål kan også brukes i referanse til stål som ikke er rustfritt stål;i denne bruken kan karbonstål inkludere legert stål.Høykarbonstål har mange forskjellige bruksområder som fresemaskiner, skjæreverktøy (som meisler) og høystyrketråder.Disse applikasjonene krever en mye finere mikrostruktur, som forbedrer seigheten.

Varmebehandling av karbonståldeler

Når karbonprosentinnholdet stiger, har stål evnen til å bli hardere og sterkere gjennom varmebehandling;den blir imidlertid mindre duktil.Uavhengig av varmebehandlingen, reduserer et høyere karboninnhold sveisbarheten.I karbonstål senker det høyere karboninnholdet smeltepunktet.

Hensikten med varmebehandling av karbonstål er å endre de mekaniske egenskapene til stål, vanligvis duktilitet, hardhet, flytestyrke eller slagfasthet.Merk at den elektriske og termiske ledningsevnen bare endres litt.Som med de fleste forsterkningsteknikker for stål, er Youngs modul (elastisitet) upåvirket.Alle behandlinger av stål handler duktilitet for økt styrke og omvendt.Jern har en høyere løselighet for karbon i austenittfasen;Derfor starter alle varmebehandlinger, unntatt sfæroidisering og prosessgløding, med å varme opp stålet til en temperatur der den austenittiske fasen kan eksistere.Stålet bråkjøles deretter (varmetrekkes ut) med moderat til lav hastighet, slik at karbon diffunderer ut av austenitten og danner jernkarbid (sementitt) og etterlater ferritt, eller med høy hastighet, fanger karbonet inne i jernet og danner dermed martensitt .Hastigheten som stålet avkjøles med gjennom den eutektoide temperaturen (ca. 727 °C) påvirker hastigheten som karbon diffunderer ut av austenitt og danner sementitt.Generelt sett vil avkjøling raskt etterlate jernkarbid fint dispergert og produsere en finkornet perlitt og sakte avkjøling vil gi en grovere perlitt.Avkjøling av et hypoeutektoid stål (mindre enn 0,77 vekt% C) resulterer i en lamellær-perlittisk struktur av jernkarbidlag med α-ferritt (nesten rent jern) mellom.Hvis det er hypereutektoid stål (mer enn 0,77 vekt% C) er strukturen full perlitt med små korn (større enn perlittlamellen) av sementitt dannet på korngrensene.Et eutektoid stål (0,77 % karbon) vil ha en perlittstruktur gjennom hele kornene uten sementitt ved grensene.De relative mengder av bestanddeler er funnet ved å bruke spakregelen.Følgende er en liste over mulige typer varmebehandlinger.

Karbonståldeler Versus Legerte ståldeler

Legert stål er stål som er legert med en rekke elementer i totale mengder mellom 1,0 % og 50 % etter vekt for å forbedre dets mekaniske egenskaper.Legert stål deles inn i to grupper: lavlegert stål og høylegert stål.Forskjellen mellom de to er omstridt.Smith og Hashemi definerer forskjellen til 4,0 %, mens Degarmo, et al., definerer den til 8,0 %.Oftest refererer uttrykket "legert stål" til lavlegert stål.

Strengt tatt er hvert stål en legering, men ikke alle stål kalles "legeringsstål".De enkleste stålene er jern (Fe) legert med karbon (C) (omtrent 0,1 % til 1 %, avhengig av type).Imidlertid er begrepet "legert stål" standardbegrepet som refererer til stål med andre legeringselementer tilsatt bevisst i tillegg til karbonet.Vanlige legeringer inkluderer mangan (den vanligste), nikkel, krom, molybden, vanadium, silisium og bor.Mindre vanlige legeringer inkluderer aluminium, kobolt, kobber, cerium, niob, titan, wolfram, tinn, sink, bly og zirkonium.

Følgende er en rekke forbedrede egenskaper i legert stål (sammenlignet med karbonstål): styrke, hardhet, seighet, slitestyrke, korrosjonsbestandighet, herdbarhet og varm hardhet.For å oppnå noen av disse forbedrede egenskapene kan metallet kreve varmebehandling.

Noen av disse finner bruk i eksotiske og svært krevende bruksområder, for eksempel i turbinbladene til jetmotorer, og i atomreaktorer.På grunn av de ferromagnetiske egenskapene til jern, finner noen stållegeringer viktige anvendelser der deres respons på magnetisme er svært viktig, inkludert i elektriske motorer og i transformatorer.

Varmebehandling på karbonståldeler

Spheroidizing
Spheroiditt dannes når karbonstål varmes opp til omtrent 700 °C i over 30 timer.Spheroidite kan dannes ved lavere temperaturer, men tiden som trengs øker drastisk, da dette er en diffusjonskontrollert prosess.Resultatet er en struktur av stenger eller kuler av sementitt innenfor primær struktur (ferritt eller perlitt, avhengig av hvilken side av eutektoiden du er på).Hensikten er å myke opp høyere karbonstål og tillate mer formbarhet.Dette er den mykeste og mest duktile formen for stål.

Full gløding
Karbonstål varmes opp til ca. 40 °C over Ac3 eller Acm i 1 time;dette sikrer at all ferritt omdannes til austenitt (selv om sementitt fortsatt kan eksistere hvis karboninnholdet er større enn eutektoidet).Stålet må deretter avkjøles sakte, i området 20 °C (36 °F) per time.Vanligvis er det bare ovnskjølt, hvor ovnen slås av med stålet fortsatt inne.Dette resulterer i en grov perlittstruktur, som betyr at "båndene" av perlitt er tykke.Fullglødet stål er mykt og formbart, uten indre spenninger, noe som ofte er nødvendig for kostnadseffektiv forming.Bare sfæroidisert stål er mykere og mer formbart.

Prosessgløding
En prosess som brukes for å avlaste et kaldbearbeidet karbonstål med mindre enn 0,3 % C. Stålet varmes vanligvis opp til 550–650 °C i 1 time, men noen ganger så høye som 700 °C.Bildet mot høyre viser området hvor prosessgløding skjer.

Isotermisk utglødning
Det er en prosess der hypoeutectoid stål varmes opp over den øvre kritiske temperaturen.Denne temperaturen opprettholdes i en tid og reduseres deretter til under den lavere kritiske temperaturen og opprettholdes igjen.Den avkjøles deretter til romtemperatur.Denne metoden eliminerer enhver temperaturgradient.

Normalisering
Karbonstål varmes opp til ca. 55 °C over Ac3 eller Acm i 1 time;dette sikrer at stålet fullstendig forvandles til austenitt.Stålet blir deretter luftkjølt, som er en kjølehastighet på omtrent 38 °C (100 °F) per minutt.Dette resulterer i en fin perlittisk struktur, og en mer jevn struktur.Normalisert stål har høyere styrke enn glødet stål;den har en relativt høy styrke og hardhet.

Slokking
Karbonstål med minst 0,4 vekt% C varmes opp til normaliserende temperaturer og avkjøles deretter raskt i vann, saltlake eller olje til den kritiske temperaturen.Den kritiske temperaturen er avhengig av karboninnholdet, men er som hovedregel lavere når karboninnholdet øker.Dette resulterer i en martensittisk struktur;en form for stål som har et supermettet karboninnhold i en deformert kroppssentrert kubisk (BCC) krystallinsk struktur, riktig kalt kroppssentrert tetragonal (BCT), med mye indre stress.Dermed er bråkjølt stål ekstremt hardt, men sprøtt, vanligvis for sprøtt til praktiske formål.Disse indre spenningene kan forårsake spenningssprekker på overflaten.Bråkjølt stål er omtrent tre ganger hardere (fire med mer karbon) enn normalisert stål.

Martempering (marquenching)
Martempering er egentlig ikke en tempereringsprosedyre, derav begrepet marquenching.Det er en form for isotermisk varmebehandling brukt etter en innledende bråkjøling, typisk i et smeltet saltbad, ved en temperatur like over "martensittstarttemperaturen".Ved denne temperaturen avlastes restspenninger i materialet og noe bainitt kan dannes fra den tilbakeholdte austenitten som ikke rakk å omdannes til noe annet.I industrien er dette en prosess som brukes til å kontrollere duktiliteten og hardheten til et materiale.Med lengre marquenching øker duktiliteten med et minimalt tap i styrke;stålet holdes i denne løsningen til delens indre og ytre temperatur utjevnes.Deretter avkjøles stålet med moderat hastighet for å holde temperaturgradienten minimal.Ikke bare reduserer denne prosessen indre spenninger og spenningssprekker, men den øker også slagfastheten.

Tempering
Dette er den vanligste varmebehandlingen, fordi de endelige egenskapene kan bestemmes nøyaktig av temperaturen og tiden for tempereringen.Tempering involverer gjenoppvarming av bråkjølt stål til en temperatur under eutektoidtemperaturen og deretter avkjøling.Den forhøyede temperaturen tillater at svært små mengder sfæroiditt dannes, noe som gjenoppretter duktiliteten, men reduserer hardheten.Faktiske temperaturer og tider er nøye valgt for hver sammensetning.

Austempering
Austemperingsprosessen er den samme som martempering, bortsett fra at bråkjølingen avbrytes og stålet holdes i det smeltede saltbadet ved temperaturer mellom 205 °C og 540 °C, og deretter avkjøles med moderat hastighet.Det resulterende stålet, kalt bainitt, produserer en nålformet mikrostruktur i stålet som har stor styrke (men mindre enn martensitt), større duktilitet, høyere slagfasthet og mindre forvrengning enn martensittstål.Ulempen med austempering er at den bare kan brukes på noen få stål, og den krever et spesielt saltbad.