Terase karastusprotsess ja klassifitseerimisrakendused

Karastus on kuumtöötlemisprotsess, mille käigus töödeldav detail kuumutatakse teatud kriitilise temperatuurini, seejärel jahutatakse valikuliselt kõrge{0}}kõvadusega martensiidi või sitke madalama bainiidi saamiseks, millele järgneb karastamine.

Karastus parandab osade kulumiskindlust ja tugevust, samuti nende väsimuseaega.

 

 

Kustutamise põhimõtted ja põhiprotsess

 

Teras ja muud materjalid läbivad kuumutamisel faasimuutusi ning austenitisatsioonifaasi muundumine on karastamise eeltingimus.

Üldiselt karastatakse hüpoeutektoidteras temperatuurini 20–30 kraadi üle Ac3, samas kui hüpereutektoidteras jahutatakse temperatuurini 20–30 kraadi üle Ac1.

Kustutamisel on ülioluline vältida liigset kuumutamist. Hoideaeg tuleks määrata tooriku suuruse ja ahju mudeli alusel, et tagada ühtlane mikrostruktuuriline transformatsioon.

Kustutamise põhiprotsess on jahutamine. Ideaalne jahutuskõver väldib perliidi ninaosa, eelkõige selleks, et vältida mitte-martensiitsete struktuuride teket. Samuti tuleb reguleerida jahutuskiirust, et vähendada detaili sisemist pinget ja deformatsiooni.

Märkus: Ac1 ja Ac3 tähistavad vastavalt temperatuuri, mille juures austeniit hakkab moodustuma, ja temperatuuri, mille juures hüpoeutektoidteras kuumutamisel täielikult austeniseerub. Need on kriitilised võrdluspunktid lõõmutamisprotsessi määramisel.

 

Peamised kustutamisprotsessi meetodid ja peamised tegevusjuhised

 

1. Ühekordne-vedelikku kustutamine

Ühe-vedelikuga kustutamine on kõige elementaarsem ja lihtsaim karastusmeetod. Seda kasutatakse peamiselt lihtsa, sümmeetrilise kuju ja minimaalse ristlõikega{2}}osade (nt võllide ja tihvtide) jaoks.

Üksiku-vedelikuga karastamise jaoks tuleb sobiv jahutusvedelik valida materjali ja tooriku paksuse alusel. Madala süsinikusisaldusega ja -legeerteraseid kustutatakse tavaliselt vee või soolveega, samas kui kõrg-legeerteraseid ja väikeseid keerukaid{5}}kujulisi osi saab karastada õli või polümeerilahusega.

Karastamisel veenduge, et töödeldav detail oleks ühtlaselt söötmesse sukeldatud ja keskkonda korralikult loksutatud, et aurukile ei takistaks jahtumist.

Ühe-vedelikuga karastamine pakub kõrget-kvaliteedi stabiilsust ja sobib suuremahuliseks-tootmiseks, kuid liiga kiirest jahutamisest tingitud deformatsiooni- ja pragunemisohu suhtes soovitatakse olla ettevaatlik.

 

2. Kaks-vedelikku kustutamist

Kaks-vedelikku kustutamist ühendavad endas kiire ja aeglase jahutamise eelised. Esiteks lastakse esimene keskkond, näiteks vesi või soolane vesi, kiiresti läbi materjali kõige ebastabiilsema austeniidi piirkonna. Kui materjali temperatuur läheneb martensiidi muundumistemperatuurile, kantakse materjal martensiidi muundamise lõpuleviimiseks kiiresti üle teise keskkonda, näiteks õli.

Kahe-vedelkarastus on eriti levinud kõrge-süsinikterasest ja keskmise- kuni-kõrge legeerterasest valmistatud keskmise- kuni-suurte toorikute (nt vormid ja hammasrataste toorikud) puhul.

Selle toimingu võti on töödeldava detaili esimeses keskkonnas viibimise aja täpne juhtimine. Tavaliselt kasutatakse kustutamisaega 1 sekund 3-5 mm efektiivse tooriku paksuse kohta, kuigi seda saab määrata ka mullide kadumise jälgimisega tooriku pinnalt.

Ülekanne esimesest keskkonnast teise peab olema kiire ja pidev, et vältida temperatuuri tõusu, mis võib põhjustada materjali struktuuri lagunemist.

Kahe-vedelikuga karastamine vähendab märkimisväärselt termilisi ja konstruktsioonilisi pingeid, muutes selle tõhusaks meetodiks deformatsiooni kontrollimiseks ja pragude vältimiseks.

 

3. Sammkustutamine

Astmekarastamiseks on vaja töödeldavat detaili kuumutada austenitisatsioonini, seejärel jahutada see hoidmiseks kuuma vanni, mis on veidi üle Ms-punkti, näiteks nitraadivanni või leelisevanni. Kui temperatuur on tooriku ristlõikes ühtlane, eemaldatakse toorik ja jahutatakse õhk.

Astmekarastamist kasutatakse sageli keeruka kuju ja kõrgete täpsusnõuetega tööriistade ja osade puhul, nagu kraanid, väikesed hammasrattad ja täppisvõllid.

Töötamise ajal tuleb vanni temperatuurikõikumisi rangelt kontrollida, tavaliselt pluss-miinus kümme kraadi Celsiuse järgi. Hoidmisaeg arvutatakse suurima-ristlõike põhjal, mis on üldiselt hinnanguliselt viis millimeetrit minutis.

Astmeline karastamine vähendab tõhusalt termilisi pingeid, võimaldades martensiitsel muundumisel õhujahutuse ajal järk-järgult kulgeda. Selle tulemuseks on väike mikrostruktuuri pinge ja minimaalne deformatsioon. Kuid sulasoolade piiratud jahutusvõimsuse tõttu sobib see ainult toorikute jaoks, mille efektiivne paksus ei ületa 20 mm.

 

4. Isotermiline karastamine

Isotermiline karastamine hõlmab austenitiseerimistemperatuurini kuumutatud tooriku täielikku kustutamist kuuma vanni bainiidi transformatsioonitsoonis. Pikendatud säilivusaeg võimaldab austeniidil täielikult muutuda madalamaks bainiidiks, millele järgneb õhkjahutus. Austempereerimist kasutatakse peamiselt osade jaoks, mis nõuavad suurt tugevust, sitkust ja mõõtmete stabiilsust, nagu laagrid ja täppisvormid. Isotermiline temperatuur ja kestus määratakse terase TTT kõvera põhjal, kusjuures temperatuurid on tavaliselt vahemikus 250 kuni 400 kraadi.

Pärast karmistamist muutub materjal bainiidiks, millel on suurepärane tugevus ja sitkus, millel on väike kalduvus deformeeruda või praguneda. Siiski on kärpimisel pikk tootmistsükkel, kõrged kulud ja see piirdub väiksema ristlõikega detailidega.

 

Levinud probleemid ja kvaliteedikontroll

 

Karastamisel tekivad sageli sellised defektid nagu ebapiisav kõvadus, pehmed laigud, deformatsioon, pragunemine, oksüdatsioon ja dekarburiseerumine.

Ebapiisava kõvaduse põhjuseks on üldjuhul liiga madalal temperatuuril kuumutamine või ebapiisav jahutamine. Teine põhjus on tooriku pinna dekarburiseerimine.

Pehmed laigud on tavaliselt põhjustatud saastunud kustutusainest või oksiidist katlakivi olemasolust tooriku pinnal. Deformeerumist ja pragunemist võib põhjustada ülemäärane termiline või struktuurne pinge.

Seetõttu nõuab karastamise ajal kvaliteedikontroll protsessi põhjalikku jälgimist, eriti täpset temperatuuri reguleerimist kuumutamisfaasis. Jahutusfaasi ajal tuleb keskkonna temperatuur, kontsentratsioon ja tsirkulatsioonikiirus hoida stabiilsena. Karastamine on vajalik kohe pärast karastamine, et kõrvaldada osade jääkpinged.

Masstootmise ajal tuleks regulaarselt kontrollida metallograafilist struktuuri ja kõvadusgradienti. Kriitiliste osade puhul saab pragude tuvastamiseks kasutada mittepurustavat testimist.

 

Materjalide ühilduvus ja protsessi valik

 

Materjalide koostise erinevused põhjustavad erinevat kõvenemist, martensiitsete muundumise algustemperatuure ja kriitilisi jahutuskiirusi. Seetõttu tuleb materjali omadustest lähtuvalt valida konkreetne karastusprotsess.

Madala-süsinikterasel ja madala-legeeritud konstruktsiooniterasel on suhteliselt madal karastamine ja need kustutatakse tavaliselt vee või kahe-vedelkarastusega, et parandada osade pinna kõvadust ja kulumiskindlust.

Keskmiselt-süsinikkarastatud ja karastatud teras nõuab südamiku põhjaliku karastamise tagamist, seetõttu kasutatakse deformatsiooni ja pragude vältimiseks üldiselt õlikarastamist või kiiret õlikarastamist.

Kõrge süsinikusisaldusega tööriistateras{0}} on altid ülekuumenemisele, mis suurendab deformatsiooni tõenäosust. Seetõttu võib kasutada astmelist karastamist või madalal -temperatuuril leeliselist vannkarastamist.

Kõrg-legeeritud stantsitud terastel, nagu H13, on suurepärane karastatavus, nii et neid saab moonutuste minimeerimiseks karastada gaasiga või karastada kõrgel -temperatuuril soolavannis.

Karbureeritud toorikud nõuavad eriti suurt südamiku sitkust, seega vajavad nad suhteliselt madalat temperatuuri, kas otsest karastamise või soolavannis karastamise.

Roostevaba teras ja -kiireteras vajavad pragunemise ja karbiidisademete vältimiseks eelsoojendust ja soolavannis jahutamist.

Karastus on keeruline ja kriitiline protsess, mistõttu tuleb valida sobiv karastusmeetod, lähtudes materjali omadustest, osa kujust ja töötingimustest.

Kustutamine nõuab kütte- ja jahutusprotsesside ranget kontrolli, et saavutada soovitud mikrostruktuur ja omadused, tagades samal ajal ühtlase ja usaldusväärse tootekvaliteedi.