Steel Quenching Process and Classification Applications

Bratkøling er en varmebehandlingsproces, hvor emnet opvarmes til en vis kritisk temperatur og derefter selektivt afkøles for at opnå martensit med høj-hårdhed eller sej lavere bainit, efterfulgt af anløbning.

Slukning forbedrer slidstyrken og styrken af ​​dele, såvel som deres udmattelseslevetid.

 

 

Slukningsprincipper og grundlæggende procesflow

 

Stål og andre materialer gennemgår fasetransformationer ved opvarmning, og austenitiseringsfasetransformationen er forudsætningen for bratkøling.

Generelt bratkøles hypoeutectoid stål til en temperatur på 20 til 30 grader over Ac3, mens hypereutectoid stål bratkøles til en temperatur på 20 til 30 grader over Ac1.

Ved bratkøling er det afgørende at undgå overdreven opvarmning. Holdetiden bør bestemmes baseret på emnestørrelsen og ovnmodellen for at sikre ensartet mikrostrukturel transformation.

Nøgleprocessen i bratkøling er afkøling. Den ideelle kølekurve undgår perlitnæseregionen, primært for at forhindre dannelsen af ​​ikke-martensitiske strukturer. Afkølingshastigheden skal også kontrolleres for at reducere intern spænding og deformation i delen.

Bemærk: Ac1 og Ac3 repræsenterer henholdsvis den temperatur, ved hvilken austenit begynder at dannes, og den temperatur, ved hvilken hypoeutectoid stål austenitiserer fuldt ud, når det opvarmes. Disse er kritiske referencepunkter til bestemmelse af udglødningsprocessen.

 

Vigtigste quenching-procesmetoder og centrale operationelle retningslinjer

 

1. Enkelt-Væskeslukning

Enkelt-væske bratkøling er den mest grundlæggende og enkleste bratkølingsmetode. Den bruges primært til dele med enkle, symmetriske former og minimale- tværsnitsvariationer, såsom aksler og stifter.

Til enkelt-flydende bratkøling skal det passende kølemiddel vælges baseret på materialet og emnets tykkelse. Lavt-kulstof- og lav-legeret stål er generelt bratkølet med vand eller saltlage, mens høj-legeret stål og små, komplekse-formede dele kan bratkøles med olie eller en polymeropløsning.

Under bratkøling skal du sikre dig, at emnet er jævnt nedsænket i mediet, og at mediet er ordentligt omrørt for at forhindre en dampfilm i at hindre afkøling.

Enkelt-væske bratkøling giver stabilitet i høj-kvalitet og er velegnet til stor-produktion, men der tilrådes forsigtighed med hensyn til risikoen for deformation og revner forårsaget af alt for hurtig afkøling.

 

2. To-væske bratkøling

To-væskeslukning kombinerer fordelene ved hurtig og langsom afkøling. For det første ledes et første medium, såsom vand eller saltvand, hurtigt gennem materialets mest ustabile austenitområde. Når materialets temperatur nærmer sig martensittransformationstemperaturen, overføres materialet hurtigt til et andet medium, såsom olie, for at fuldføre martensittransformationen.

To-flydende bratkøling er især almindeligt for mellemstore-til-store emner lavet af høj-kulstofstål og medium-til-højlegeret stål, såsom forme og gearemner.

Nøglen til denne operation er præcis at kontrollere arbejdsemnets opholdstid i det første medie. Typisk anvendes en bratkølingstid på 1 sekund pr. 3-5 mm effektiv emnetykkelse, selvom dette også kan bestemmes ved at observere forsvinden af ​​bobler på emnets overflade.

Overførslen fra det første medium til det andet medium skal være hurtig og kontinuerlig for at undgå en temperaturstigning, der kan forårsage nedbrydning af materialestrukturen.

To-væske bratkøler reducerer termiske og strukturelle spændinger betydeligt, hvilket gør det til en effektiv metode til at kontrollere deformation og forhindre revner.

 

3. Trinslukning

Trinbratkøling kræver opvarmning af emnet til austenitisering, og derefter bratkøling af det i et varmt bad lidt over Ms-punktet, såsom et nitratbad eller et alkalisk bad, til fastholdelse. Når temperaturen er ensartet på tværs af emnets- tværsnit, fjernes emnet og luft-afkøles.

Step quenching bruges ofte på værktøjer og dele med komplekse former og høje præcisionskrav, såsom haner, små gear og præcisionsaksler.

Under drift skal udsving i badets temperatur være strengt kontrolleret, typisk inden for et interval på plus eller minus ti grader Celsius. Holdetiden beregnes ud fra det største-tværsnit, generelt anslået til fem millimeter i minuttet.

Step quenching reducerer effektivt termiske spændinger, hvilket tillader den martensitiske transformation at forløbe gradvist under luftafkøling. Dette resulterer i lav mikrostrukturbelastning og minimal deformation. Men på grund af den begrænsede kølekapacitet af smeltede salte er den kun egnet til emner med en effektiv tykkelse på højst 20 mm.

 

4. Isotermisk quenching

Isotermisk bratkøling involverer fuldstændig bratkøling af et emne, der er opvarmet til austenitiseringstemperaturen, i et varmt bad ved bainit-transformationszonen. En længere holdeperiode gør det muligt for austenitten at omdannes fuldstændigt til lavere bainit, efterfulgt af luftkøling. Austempering bruges primært til dele, der kræver høj styrke, sejhed og dimensionsstabilitet, såsom lejer og præcisionsforme. Den isotermiske temperatur og varighed bestemmes ud fra stålets TTT-kurve, med temperaturer typisk mellem 250 og 400 grader.

Efter austempering bliver materialet bainit, der udviser fremragende styrke og sejhed, med ringe tendens til deformation eller revner. Austempering har dog en lang produktionscyklus, høje omkostninger og er begrænset til emner med mindre- tværsnit.

 

Almindelige problemer og kvalitetskontrol

 

Slukning resulterer ofte i defekter såsom utilstrækkelig hårdhed, bløde pletter, deformation, revner, oxidation og afkulning.

Utilstrækkelig hårdhed skyldes generelt opvarmning ved for lav temperatur eller utilstrækkelig afkøling. En anden årsag er overfladeafkulning af emnet.

Bløde pletter er generelt forårsaget af kontaminerede bratkølingsmedier eller tilstedeværelsen af ​​oxidbelægninger på emnets overflade. Deformation og revner kan være forårsaget af overdreven termisk eller strukturel belastning.

Derfor kræver kvalitetskontrol under bratkøling omfattende procesovervågning, især præcis temperaturkontrol under opvarmningsfasen. Under afkølingsfasen skal mediets temperatur, koncentration og cirkulationshastighed holdes stabil. Anløbning er nødvendig umiddelbart efter bratkøling for at eliminere resterende spændinger i delene.

Under masseproduktion bør der udføres regelmæssige stikprøver af den metallografiske struktur og hårdhedsgradient. Ikke-destruktiv testning kan bruges på kritiske dele til at opdage revner.

 

Materialekompatibilitet og procesvalg

 

Forskelle i sammensætning mellem materialer resulterer i varierende hærdbarhed, starttemperaturer for martensitisk transformation og kritiske afkølingshastigheder. Derfor skal en specifik bratkølingsproces vælges ud fra materialets egenskaber.

Lavt-kulstofstål og lav-legeret konstruktionsstål har relativt lav hærdeevne og er generelt bratkølet med vand eller to-væske bratkøling for at forbedre overfladens hårdhed og slidstyrke af delene.

Medium-kultkølet og hærdet stål kræver at sikre en grundig hærdning af kernen, så oliequenching eller hurtig oliequenching bruges generelt for at undgå deformation og revner.

Værktøjsstål med højt-kulstofindhold er tilbøjeligt til overophedning, hvilket øger sandsynligheden for deformation. Derfor kan trin- eller lav--alkalisk bad-quenching anvendes.

Høj-legeret formstål, såsom H13, har fremragende hærdeevne, så de kan gasblødes eller hærdes i et saltbad med høj-temperatur for at minimere forvrængning.

Karburerede emner kræver særlig høj kernesejhed, så de kræver relativt lave temperaturer, enten direkte bratkøling eller hærdning i et saltbad.

Rustfrit stål og-højhastighedsstål kræver forvarmning og bratkøling af saltbad for at forhindre revner og karbidudfældning.

Bratkøling er en kompleks og kritisk proces, så den passende bratkølingsmetode skal vælges ud fra materialets egenskaber, delens form og driftsbetingelser.

Slukning kræver streng kontrol af opvarmnings- og afkølingsprocesserne for at opnå den ønskede mikrostruktur og egenskaber, samtidig med at der sikres ensartet og pålidelig produktkvalitet.