Kulstofstål dele
Kulstofstål er et stål med kulstofindhold fra omkring 0,05 op til 3,8 vægtprocent.Definitionen af kulstofstål fra American Iron and Steel Institute (AISI) siger:
1. intet minimumsindhold er specificeret eller påkrævet for at tilsætte chrom, cobalt, molybdæn, nikkel, niobium, titanium, wolfram, vanadium, zirconium eller andre grundstoffer for at opnå en ønsket legeringseffekt;
2. det angivne minimum for kobber ikke overstiger 0,40 pct.
3. eller det maksimale indhold, der er specificeret for et af følgende elementer, ikke overstiger de angivne procenter: mangan 1,65 %;silicium 0,60 procent;kobber 0,60 pct.
Udtrykket kulstofstål kan også bruges i forbindelse med stål, som ikke er rustfrit stål;ved denne anvendelse kan kulstofstål omfatte legeret stål.Højkulstofstål har mange forskellige anvendelser såsom fræsemaskiner, skæreværktøjer (såsom mejsler) og højstyrketråde.Disse applikationer kræver en meget finere mikrostruktur, som forbedrer sejheden.
Når kulstofprocentindholdet stiger, har stål evnen til at blive hårdere og stærkere gennem varmebehandling;det bliver dog mindre duktilt.Uanset varmebehandlingen reducerer et højere kulstofindhold svejsbarheden.I kulstofstål sænker det højere kulstofindhold smeltepunktet.
Formålet med varmebehandling af kulstofstål er at ændre stålets mekaniske egenskaber, normalt duktilitet, hårdhed, flydespænding eller slagfasthed.Bemærk, at den elektriske og termiske ledningsevne kun ændres en smule.Som med de fleste forstærkningsteknikker til stål er Youngs modul (elasticitet) upåvirket.Alle behandlinger af stål handler duktilitet for øget styrke og omvendt.Jern har en højere opløselighed for kulstof i austenitfasen;derfor starter alle varmebehandlinger, undtagen sfæroidisering og procesudglødning, med at opvarme stålet til en temperatur, hvor den austenitiske fase kan eksistere.Stålet bratkøles derefter (varmetrækkes ud) med en moderat til lav hastighed, hvilket tillader kulstof at diffundere ud af austenitten, der danner jerncarbid (cementit) og efterlader ferrit, eller med en høj hastighed, der fanger kulstoffet i jernet og danner således martensit .Den hastighed, hvormed stålet afkøles gennem den eutektoide temperatur (ca. 727 °C) påvirker den hastighed, hvormed kulstof diffunderer ud af austenit og danner cementit.Generelt vil en hurtig afkøling efterlade jerncarbid fint dispergeret og producere en finkornet perlit, og langsom afkøling vil give en grovere perlit.Afkøling af et hypoeutektoid stål (mindre end 0,77 vægt% C) resulterer i en lamel-perlitisk struktur af jerncarbidlag med α-ferrit (næsten rent jern) imellem.Hvis det er hypereutektoid stål (mere end 0,77 vægt% C), er strukturen fuld perlit med små korn (større end perlitlamellen) af cementit dannet på korngrænserne.Et eutektoid stål (0,77% kulstof) vil have en perlitstruktur i hele kornene uden cementit ved grænserne.De relative mængder af bestanddele findes ved hjælp af løftestangsreglen.Det følgende er en liste over de mulige typer varmebehandlinger.
Legeret stål er stål, der er legeret med en række elementer i samlede mængder mellem 1,0 % og 50 % efter vægt for at forbedre dets mekaniske egenskaber.Legeret stål er opdelt i to grupper: lavlegeret stål og højlegeret stål.Forskellen mellem de to er omstridt.Smith og Hashemi definerer forskellen til 4,0 %, mens Degarmo, et al., definerer den til 8,0 %.Mest almindeligt refererer udtrykket "legeret stål" til lavlegeret stål.
Strengt taget er ethvert stål en legering, men ikke alle stål kaldes "legeringsstål".De enkleste stål er jern (Fe) legeret med kulstof (C) (ca. 0,1% til 1%, afhængig af type).Imidlertid er udtrykket "legeret stål" standardbegrebet, der henviser til stål med andre legeringselementer tilføjet bevidst ud over kulstoffet.Almindelige legeringsmidler omfatter mangan (den mest almindelige), nikkel, krom, molybdæn, vanadium, silicium og bor.Mindre almindelige legeringsstoffer omfatter aluminium, kobolt, kobber, cerium, niobium, titanium, wolfram, tin, zink, bly og zirconium.
Følgende er en række forbedrede egenskaber i legeret stål (sammenlignet med kulstofstål): styrke, hårdhed, sejhed, slidstyrke, korrosionsbestandighed, hærdbarhed og varm hårdhed.For at opnå nogle af disse forbedrede egenskaber kan metallet kræve varmebehandling.
Nogle af disse finder anvendelse i eksotiske og meget krævende applikationer, såsom i turbinebladene på jetmotorer og i atomreaktorer.På grund af jerns ferromagnetiske egenskaber finder nogle stållegeringer vigtige anvendelser, hvor deres reaktioner på magnetisme er meget vigtige, herunder i elektriske motorer og i transformere.
Spheroidizing
Spheroidit dannes, når kulstofstål opvarmes til ca. 700 °C i over 30 timer.Spheroidit kan dannes ved lavere temperaturer, men den nødvendige tid øges drastisk, da dette er en diffusionskontrolleret proces.Resultatet er en struktur af stænger eller kugler af cementit inden for primær struktur (ferrit eller perlit, afhængigt af hvilken side af eutektoidet du befinder dig på).Formålet er at blødgøre højere kulstofstål og tillade mere formbarhed.Dette er den blødeste og mest duktile form for stål.
Fuld udglødning
Kulstofstål opvarmes til ca. 40 °C over Ac3 eller Acm i 1 time;dette sikrer, at al ferrit omdannes til austenit (selvom cementit stadig kan eksistere, hvis kulstofindholdet er større end eutektoidet).Stålet skal derefter afkøles langsomt, i området 20 °C (36 °F) i timen.Normalt er det bare ovnkølet, hvor ovnen er slukket med stålet stadig inde.Dette resulterer i en grov perlitisk struktur, hvilket betyder, at "båndene" af perlit er tykke.Fuldt udglødet stål er blødt og duktilt, uden indre spændinger, hvilket ofte er nødvendigt for omkostningseffektiv formning.Kun sfæroidiseret stål er blødere og mere duktilt.
Procesudglødning
En proces, der bruges til at lindre stress i et koldbearbejdet kulstofstål med mindre end 0,3 % C. Stålet opvarmes normalt til 550–650 °C i 1 time, men nogle gange temperaturer helt op til 700 °C.Billedet til højre [afklaring nødvendig] viser det område, hvor procesudglødning finder sted.
Isotermisk udglødning
Det er en proces, hvor hypoeutectoid stål opvarmes til over den øvre kritiske temperatur.Denne temperatur opretholdes i et stykke tid og reduceres derefter til under den lavere kritiske temperatur og opretholdes igen.Den afkøles derefter til stuetemperatur.Denne metode eliminerer enhver temperaturgradient.
Normalisering
Kulstofstål opvarmes til ca. 55 °C over Ac3 eller Acm i 1 time;dette sikrer, at stålet fuldstændigt omdannes til austenit.Stålet luftkøles derefter, hvilket er en afkølingshastighed på cirka 38 °C (100 °F) pr. minut.Dette resulterer i en fin perlitisk struktur og en mere ensartet struktur.Normaliseret stål har en højere styrke end udglødet stål;den har en relativt høj styrke og hårdhed.
Slukning
Kulstofstål med mindst 0,4 vægt% C opvarmes til normaliserende temperaturer og afkøles derefter hurtigt i vand, saltlage eller olie til den kritiske temperatur.Den kritiske temperatur er afhængig af kulstofindholdet, men er som hovedregel lavere, når kulstofindholdet stiger.Dette resulterer i en martensitisk struktur;en form for stål, der besidder et supermættet kulstofindhold i en deformeret kropscentreret kubisk (BCC) krystallinsk struktur, korrekt betegnet kropscentreret tetragonal (BCT), med meget intern spænding.Afkølet stål er således ekstremt hårdt, men skørt, normalt for skørt til praktiske formål.Disse indre spændinger kan forårsage spændingsrevner på overfladen.Afkølet stål er cirka tre gange hårdere (fire med mere kulstof) end normaliseret stål.
Martempering (marquenching)
Martempering er faktisk ikke en tempereringsprocedure, deraf udtrykket marquenching.Det er en form for isotermisk varmebehandling, der anvendes efter en indledende bratkøling, typisk i et smeltet saltbad, ved en temperatur lige over "martensit-starttemperaturen".Ved denne temperatur aflastes restspændinger i materialet, og der kan dannes noget bainit fra den tilbageholdte austenit, som ikke nåede at omdanne sig til noget andet.I industrien er dette en proces, der bruges til at kontrollere et materiales duktilitet og hårdhed.Ved længere marquenching øges duktiliteten med et minimalt tab i styrke;stålet holdes i denne opløsning, indtil delens indre og ydre temperatur udlignes.Derefter afkøles stålet ved en moderat hastighed for at holde temperaturgradienten minimal.Denne proces reducerer ikke kun indre spændinger og spændingsrevner, men den øger også slagfastheden.
Temperering
Dette er den mest almindelige varmebehandling, man støder på, fordi de endelige egenskaber præcist kan bestemmes af temperaturen og tidspunktet for anløbningen.Tempering involverer genopvarmning af bratkølet stål til en temperatur under den eutektoide temperatur og derefter afkøling.Den forhøjede temperatur gør det muligt at danne meget små mængder spheroidit, hvilket genopretter duktiliteten, men reducerer hårdheden.Faktiske temperaturer og tider er nøje udvalgt for hver sammensætning.
Austempering
Austemperingsprocessen er den samme som martempering, bortset fra at bratkølingen afbrydes, og stålet holdes i det smeltede saltbad ved temperaturer mellem 205 °C og 540 °C og derefter afkøles med en moderat hastighed.Det resulterende stål, kaldet bainit, producerer en nåleformet mikrostruktur i stålet, der har stor styrke (men mindre end martensit), større duktilitet, højere slagfasthed og mindre forvrængning end martensitstål.Ulempen ved austempering er, at det kun kan bruges på få stål, og det kræver et specielt saltbad.
Kulstofstål cnc
drejebøsning til aksel
Kulstofstål cnc
bearbejdning af sort anodisering
Bush dele med
sværtende behandling
Drejning af kulstofstål
dele med sekskantstang
Kulstofstål
DIN gear dele
Kulstofstål
smedning af bearbejdningsdele
Kulstofstål cnc
drejedele med fosfatering
Bush dele med
sværtende behandling
