Kas teate terase levinumaid karastusmeetodeid?

Terase kuumtöötlemisprotsessis on karastamine põhietapp põhiomaduste, nagu kõvadus ja tugevus, parandamisel. Kuumutades terast kindla temperatuurini ja seejärel kontrollides selle jahutamist, saab selle sisemist struktuuri muuta, et see vastaks tooriku jõudlusnõuetele erinevates töötingimustes. Praegu kasutatakse tööstuslikus tootmises tavaliselt ühe-vedelikuga kustutamist, kahe-vedelikku kustutamist, järkjärgulist kustutamist ja karastamist. Allpool käsitleme kõiki neid kustutamismeetodeid ja nende omadusi.

 

 

1. Ühekordne-vedelikku kustutamine

Ühekordne-vedelikku kustutamine on kõige elementaarsem ja sagedamini kasutatav karastusprotsess, mis pakub kõige lihtsamat toimingut. Täpsemalt, terasosa kuumutatakse esmalt määratud karastustemperatuurini. Kui detaili sisetemperatuur on ühtlane ja hästi isoleeritud, asetatakse see otse ühte karastuskeskkonda ja jahutatakse pidevalt toatemperatuurini, mis viib karastusprotsessi lõpule. Tavalisteks üksikuteks karastusvahenditeks on vesilahused, erinevad karastusõlid ja õhk. Iga kandja jahutusvõimsus on erinev ja valik sõltub terase klassi omadustest ja tooriku nõuetest.

 

Selle meetodi olulised eelised seisnevad selle lihtsuses ja mugavuses, kuna see ei nõua keerulist seadmete ümberlülitamist ega parameetrite juhtimist, mistõttu sobib see laiaulatuslikuks-tööstuslikuks tootmiseks. Kasutatavuse osas on ühe-vedelikuga karastamise meetodil tooriku kuju suhtes teatud nõuded. See sobib rohkem lihtsate toorikute jaoks, millel on lihtsa kujuga, teravate servadeta ja järskude ristlõike-muutusteta. Ühes keskkonnas jahutamisel on nende toorikute sise- ja välistemperatuuri erinevus suhteliselt väike, mis vähendab deformatsiooni ja pragunemise ohtu. Samuti on see kohandatav paljudele terasetüüpidele, täites halva karastavusega osade, nagu madala{7}}süsiniksisaldusega ja keskmise-süsinikterased, aga ka hea karastavusega osad, nagu legeeritud ja kõrg{9}}legeerteras. See on põhiline karastusprotsess, mida kasutatakse sageli tööstuslikus tootmises.

 

2. Kaks-vedelikku kustutamise meetodit

Erinevalt „ühe-jahutusmeetodist ühe-vedelikuga kustutamise meetodist kasutab kahe-vedeliku kustutamise meetod järkjärgulist jahutamist, kasutades kahte erineva jahutusvõimsusega kandjat, et saavutada täpsem jahutusjuhtimine. Protsess hõlmab terasosa kuumutamist austeniitsesse olekusse. Pärast täieliku austenitiseerimise tagamist jahutatakse toorik esmalt suure jahutusvõimsusega keskkonda ja jahutatakse kiiresti temperatuurini, mis on kõrgem kui martensiidi algustemperatuur (Ms punkt) (tavaliselt umbes 300 kraadi). Selle etapi eesmärk on kiiresti alandada tooriku pinnatemperatuuri enne mikrostruktuurilise transformatsiooni toimumist, pannes aluse järgnevale aeglasele jahutamisele. Seejärel viiakse toorik edasiseks jahutamiseks koheselt madalama jahutusvõimsusega jahutusainele. See võimaldab ülejahutatud austeniidil järk-järgult muutuda martensiidiks suhteliselt aeglase jahutuskiirusega, saavutades lõpuks soovitud mikrostruktuuri ja mehaanilised omadused.

 

Levinud kaks-vedela karastusaine kombinatsiooni on vesi-õli, vesi-õhk, õli-õhk, õli-soolavann ja soolavanni-õhk. Erinevaid kandjakombinatsioone saab paindlikult reguleerida vastavalt töödeldava detaili materjalile ja jõudlusnõuetele. Kahe-vedelikuga karastamise meetodi peamine eelis on see, et see vähendab oluliselt tooriku deformatsiooni ja pragunemist. See kombinatsioon "kiire jahutus + aeglane jahutamine" leevendab tõhusalt jahutusprotsessi käigus tekkivaid termilisi ja struktuurseid pingeid. Praktikas kasutatakse eriti laialdaselt vesijahutust ja õlijahutust. Siiski on oluline märkida, et vees oleva osa jahutusaja kontrollimine on ülioluline. Liigne või ebapiisav jahutus võib mõjutada kustutamise kvaliteeti ning optimaalse jahutusaja määramine nõuab põhjalikku harjutamist ja täpseid arvutusi. See protsess sobib eriti hästi deformatsioonile ja pragunemisele tundlike osade (nt suure-süsinikusisaldusega tööriistateras ja suur madala{16}}leegeeritud terase ja kõrge jõudlusega osade karastamine.

 

3. etapiviisiline kustutamise meetod

Järkjärguline jahutusmeetod põhineb samuti etapiviisilise jahutamise kontseptsioonil ja on mõnevõrra sarnane eelmises jaotises käsitletud kahe-vedelikku kustutamise meetodiga, kuid see nõuab keerukamat jahutustemperatuuri reguleerimist ja keskkonna valikut. Protsess hõlmab austeniitsesse olekusse kuumutatud osa kiiret kustutamist sulasoola vanni, mis on veidi üle või alla Ms-punkti. Sulasoola vanni konstantse temperatuuri omadused võimaldavad töödeldaval detailil kiiresti jahtuda Ms-punkti lähedase temperatuurini. Seejärel jääb töödeldav detail mõneks ajaks vanni, võimaldades töödeldava detaili pinna- ja südamiku temperatuuridel järk-järgult läheneda, saavutades sama temperatuuri kui keskkonna. Selle protsessi käigus martensiitilist transformatsiooni ei toimu. Pärast hoidmisperioodi lõppu eemaldatakse toorik vannist ja jahutatakse aeglaselt õhus või õlis, soodustades ülejahutatud austeniidi järkjärgulist muutumist martensiidiks.

 

Tavaliselt kasutatakse astmelise karastuse jaoks nitraadi-, leelise- või soolavanni temperatuuril 150-260 kraadi. Selles temperatuurivahemikus toimub martensiitne muundumine peamiselt õhus. Võrreldes kahe vedelikuga kustutamisega tekitab astmeline kustutamine umbes 200 kraadise karastuskeskkonnaga jahutamisel vähem termilist pinget. Lisaks võimaldab mitu minutit püsivat temperatuuri hoidmist osal austeniidil muutuda õhujahutuse ajal martensiidiks, vähendades veelgi konstruktsioonilist pinget ja minimeerides tooriku pragunemist. Rakendatavuse poolest sobib astmeline karastamine veidi üle Ms-punkti väiksemate osade jaoks, nagu legeerteras, süsinikteras ja tööriistateras. Astmekarastus, mis on veidi alla Ms-punkti, sobib suuremate teraste jaoks, mille karastamine on halvem, pakkudes paremat tasakaalu karastatavuse ja deformatsioonikontrolli vahel.

 

4. Austempering

Austempering on täiustatud jahutusprotsess, mis tagab rangema kontrolli jahutustemperatuuri ja säilitusaja üle. See hõlmab peamiselt bainiidi ja martensiidi austempereerimist. Sobiva protsessitee saab valida soovitud tooriku mikrostruktuuri ja jõudluse alusel.

 

Bainiidi austempereerimiseks hõlmab protsess osa kuumutamist austeniitsesse olekusse ja seejärel selle kiiret kustutamist söötmesse, mille temperatuur on bainiidi transformatsioonitsoonis kriitilisest jahutuskiirusest suurema jahutuskiirusega. Seejärel hoitakse detaili sellel temperatuuril piisavalt kaua, et tagada ülejahutatud austeniidi täielik bainiidi muundumine, saavutades lõpuks bainiidi struktuuri. Martensiitne austempereerimine seevastu hõlmab austeniitsesse olekusse kuumutatud osa kustutamist kuumas vannis (näiteks soolavannis või metallivannis), mille temperatuur on veidi kõrgem kui Ms-punkt pikema aja jooksul, võimaldades ülejahutatud austeniidil muutuda konstantsel temperatuuril järk-järgult martensiidiks.

 

Austemperatsiooni silmapaistev eelis on see, et see võib saavutada tooriku suurepärased üldised mehaanilised omadused, kombineerides kõrge kõvaduse hea löögikindlusega, minimeerides samal ajal deformatsiooni. Seetõttu kasutatakse seda protsessi sageli keeruka kujuga tööriistade ja vormide puhul, millel on ranged deformatsiooninõuded ning vajadus suure kõvaduse ja löögikindluse järele. Austempering võib tõhusalt parandada ka selliste süsinikterasest osade jõudlust, mille süsinikusisaldus on suurem kui 0,6%, mis vastab konkreetsetele töönõuetele.

 

5. Kokkuvõte

Kokkuvõtteks võib öelda, et ühel-vedelkarastusel, kahel-vedelkarastusel, etapiviisilisel karastamisel ja karastamisel on igaühel oma ainulaadsed eelised, mis sobivad erineva kuju, materjali ja jõudlusnõuetega terasdetailide jaoks. Tegelikus tootmises nõuavad töödeldava detaili spetsiifilised tingimused karastusmeetodite hoolikat valikut ja protsessi parameetrite täpset juhtimist, et karastusprotsessi täielikult ära kasutada ja kõrgekvaliteedilisi -terasest osi, mis vastavad rakenduse nõuetele. Kuigi on palju erinevaid karastusmeetodeid, on põhiprintsiibiks soovitud jõudluse saavutamiseks sobiv mikrostruktuur või summutusmeetodi muutmine, et vältida deformatsiooni ja pragunemist. Kuumtöötlemise insener, kes suudab need kaks peamist aspekti hallata, on kõrgelt kvalifitseeritud.