Bộ phận thép cacbon
Thép cacbon là loại thép có hàm lượng cacbon từ khoảng 0,05 đến 3,8% tính theo trọng lượng.Định nghĩa về thép carbon của Viện Sắt Thép Hoa Kỳ (AISI) nêu rõ:
1. không quy định hoặc yêu cầu hàm lượng tối thiểu đối với crom, coban, molypden, niken, niobi, titan, vonfram, vanadi, zirconi hoặc bất kỳ nguyên tố nào khác được thêm vào để đạt được hiệu ứng hợp kim mong muốn;
2. mức tối thiểu quy định đối với đồng không vượt quá 0,40%;
3. hoặc hàm lượng tối đa quy định của một trong các nguyên tố sau không vượt quá tỷ lệ phần trăm đã ghi: mangan 1,65%;silicon 0,60%;đồng 0,60%.
Thuật ngữ thép cacbon cũng có thể được sử dụng để chỉ thép không phải là thép không gỉ;trong việc sử dụng này, thép cacbon có thể bao gồm thép hợp kim.Thép carbon cao có nhiều công dụng khác nhau như máy phay, dụng cụ cắt (như đục) và dây cường độ cao.Những ứng dụng này đòi hỏi cấu trúc vi mô mịn hơn nhiều, giúp cải thiện độ dẻo dai.
Khi hàm lượng phần trăm carbon tăng lên, thép có khả năng trở nên cứng hơn và bền hơn thông qua xử lý nhiệt;tuy nhiên, nó trở nên kém dẻo hơn.Bất kể xử lý nhiệt, hàm lượng carbon cao hơn sẽ làm giảm khả năng hàn.Trong thép carbon, hàm lượng carbon cao hơn sẽ làm giảm điểm nóng chảy.
Mục đích của thép cacbon xử lý nhiệt là thay đổi các tính chất cơ học của thép, thường là độ dẻo, độ cứng, cường độ năng suất hoặc khả năng chống va đập.Lưu ý rằng độ dẫn điện và nhiệt chỉ thay đổi một chút.Giống như hầu hết các kỹ thuật tăng cường thép, mô đun Young (độ đàn hồi) không bị ảnh hưởng.Tất cả các phương pháp xử lý độ dẻo thương mại của thép để tăng cường độ và ngược lại.Sắt có độ hòa tan cacbon cao hơn trong pha austenit;do đó tất cả các phương pháp xử lý nhiệt, ngoại trừ quá trình tạo hình cầu và ủ, đều bắt đầu bằng cách nung thép đến nhiệt độ mà pha austenit có thể tồn tại.Sau đó, thép được làm nguội (rút nhiệt) ở tốc độ vừa phải đến thấp cho phép carbon khuếch tán ra khỏi austenite tạo thành cacbua sắt (xi măng) và để lại ferrite, hoặc ở tốc độ cao, giữ carbon bên trong sắt do đó tạo thành martensite .Tốc độ thép được làm nguội qua nhiệt độ eutectoid (khoảng 727 °C) ảnh hưởng đến tốc độ cacbon khuếch tán ra khỏi austenit và tạo thành xi măngit.Nói chung, làm nguội nhanh sẽ làm cho cacbua sắt phân tán mịn và tạo ra ngọc trai có hạt mịn và làm nguội chậm sẽ tạo ra ngọc trai thô hơn.Làm lạnh thép hypoeutectoid (nhỏ hơn 0,77 wt% C) dẫn đến cấu trúc lớp-ngọc trai của các lớp cacbua sắt với α-ferit (sắt gần như nguyên chất) ở giữa.Nếu là thép hypereutectoid (lớn hơn 0,77 wt% C) thì cấu trúc là ngọc trai hoàn toàn với các hạt nhỏ (lớn hơn phiến ngọc trai) của xi măngit hình thành trên ranh giới hạt.Thép cùng tích (0,77% cacbon) sẽ có cấu trúc ngọc trai xuyên suốt các hạt và không có chất xi măng ở ranh giới.Số lượng tương đối của các thành phần được tìm thấy bằng cách sử dụng quy tắc đòn bẩy.Sau đây là danh sách các loại phương pháp xử lý nhiệt có thể thực hiện được.
Thép hợp kim là thép được hợp kim với nhiều nguyên tố khác nhau với tổng lượng từ 1,0% đến 50% trọng lượng để cải thiện tính chất cơ học của nó.Thép hợp kim được chia thành hai nhóm: thép hợp kim thấp và thép hợp kim cao.Sự khác biệt giữa hai điều này đang bị tranh cãi.Smith và Hashemi xác định sự khác biệt ở mức 4,0%, trong khi Degarmo và cộng sự, xác định nó ở mức 8,0%.Thông thường nhất, cụm từ "thép hợp kim" dùng để chỉ thép hợp kim thấp.
Nói một cách chính xác, mọi loại thép đều là hợp kim, nhưng không phải loại thép nào cũng được gọi là "thép hợp kim".Các loại thép đơn giản nhất là sắt (Fe) được hợp kim với carbon (C) (khoảng 0,1% đến 1%, tùy theo loại).Tuy nhiên, thuật ngữ "thép hợp kim" là thuật ngữ tiêu chuẩn dùng để chỉ các loại thép có các nguyên tố hợp kim khác được thêm vào một cách có chủ ý ngoài carbon.Các hợp kim phổ biến bao gồm mangan (loại phổ biến nhất), niken, crom, molypden, vanadi, silicon và boron.Các hợp kim ít phổ biến hơn bao gồm nhôm, coban, đồng, xeri, niobi, titan, vonfram, thiếc, kẽm, chì và zirconi.
Sau đây là một loạt các đặc tính được cải thiện trong thép hợp kim (so với thép cacbon): độ bền, độ cứng, độ dẻo dai, chống mài mòn, chống ăn mòn, độ cứng và độ cứng nóng.Để đạt được một số đặc tính được cải thiện này, kim loại có thể cần phải xử lý nhiệt.
Một số trong số này được sử dụng trong những ứng dụng kỳ lạ và có yêu cầu cao, chẳng hạn như trong cánh tuabin của động cơ phản lực và trong lò phản ứng hạt nhân.Do đặc tính sắt từ của sắt, một số hợp kim thép có những ứng dụng quan trọng trong đó phản ứng của chúng với từ tính là rất quan trọng, kể cả trong động cơ điện và máy biến thế.
hình cầu hóa
Spheroidite hình thành khi thép cacbon được nung nóng đến khoảng 700°C trong hơn 30 giờ.Spheroidite có thể hình thành ở nhiệt độ thấp hơn nhưng thời gian cần thiết sẽ tăng lên đáng kể vì đây là quá trình được kiểm soát khuếch tán.Kết quả là một cấu trúc dạng que hoặc hình cầu của xi măngit bên trong cấu trúc sơ cấp (ferit hoặc ngọc trai, tùy thuộc vào phía nào của eutectoid mà bạn đang ở).Mục đích là làm mềm các loại thép có hàm lượng cacbon cao hơn và cho phép tạo hình dễ dàng hơn.Đây là dạng thép mềm nhất và dễ uốn nhất.
Ủ đầy đủ
Thép cacbon được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 40°C trên Ac3 hoặc Acm trong 1 giờ;điều này đảm bảo tất cả ferit đều biến thành austenit (mặc dù xi măngit vẫn có thể tồn tại nếu hàm lượng cacbon lớn hơn eutectoid).Thép sau đó phải được làm nguội từ từ, ở mức 20 °C (36 °F) mỗi giờ.Thông thường nó chỉ được làm nguội bằng lò, khi lò được tắt với thép vẫn ở bên trong.Điều này dẫn đến cấu trúc ngọc trai thô, có nghĩa là các "dải" ngọc trai dày.Thép được ủ hoàn toàn mềm và dẻo, không có ứng suất bên trong, điều này thường cần thiết để tạo hình tiết kiệm chi phí.Chỉ có thép hình cầu là mềm hơn và dẻo hơn.
Quá trình ủ
Một quy trình được sử dụng để giảm ứng suất trong thép cacbon gia công nguội với nhiệt độ dưới 0,3% C. Thép thường được nung nóng đến 550–650 °C trong 1 giờ, nhưng đôi khi nhiệt độ lên tới 700 °C.Hình ảnh bên phải [cần làm rõ] hiển thị khu vực xảy ra quá trình ủ.
Ủ đẳng nhiệt
Đó là một quá trình trong đó thép hypoeutectoid được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn trên.Nhiệt độ này được duy trì trong một thời gian, sau đó giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn và được duy trì lại.Sau đó nó được làm lạnh đến nhiệt độ phòng.Phương pháp này loại bỏ bất kỳ độ dốc nhiệt độ nào.
Bình thường hóa
Thép cacbon được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 55°C trên Ac3 hoặc Acm trong 1 giờ;điều này đảm bảo thép biến đổi hoàn toàn thành austenite.Thép sau đó được làm mát bằng không khí, tốc độ làm mát khoảng 38 °C (100 °F) mỗi phút.Điều này dẫn đến cấu trúc ngọc trai mịn và cấu trúc đồng nhất hơn.Thép thường hóa có độ bền cao hơn thép ủ;nó có độ bền và độ cứng tương đối cao.
Làm nguội
Thép carbon có ít nhất 0,4 wt% C được nung nóng đến nhiệt độ bình thường và sau đó được làm nguội nhanh (dập tắt) trong nước, nước muối hoặc dầu đến nhiệt độ tới hạn.Nhiệt độ tới hạn phụ thuộc vào hàm lượng cacbon, nhưng theo nguyên tắc chung nhiệt độ tới hạn sẽ thấp hơn khi hàm lượng cacbon tăng lên.Điều này dẫn đến cấu trúc martensitic;một dạng thép có hàm lượng carbon siêu bão hòa trong cấu trúc tinh thể lập phương tập trung vào cơ thể (BCC) bị biến dạng, được gọi chính xác là tứ giác tập trung vào cơ thể (BCT), với nhiều ứng suất bên trong.Do đó, thép đã được tôi cực kỳ cứng nhưng giòn, thường quá giòn cho các mục đích thực tế.Những ứng suất bên trong này có thể gây ra các vết nứt ứng suất trên bề mặt.Thép tôi cứng hơn khoảng ba lần (bốn lần với nhiều carbon hơn) so với thép thường.
Martempering (marquenching)
Martempering thực sự không phải là một quy trình ủ, do đó có thuật ngữ marquenching.Đây là một hình thức xử lý nhiệt đẳng nhiệt được áp dụng sau quá trình làm nguội ban đầu, điển hình là trong bể muối nóng chảy, ở nhiệt độ ngay trên "nhiệt độ bắt đầu martensite".Ở nhiệt độ này, ứng suất dư bên trong vật liệu được giảm bớt và một số bainite có thể được hình thành từ austenite được giữ lại mà không có thời gian để biến đổi thành bất kỳ thứ gì khác.Trong công nghiệp, đây là một quá trình được sử dụng để kiểm soát độ dẻo và độ cứng của vật liệu.Với quá trình làm nguội lâu hơn, độ dẻo tăng lên với mức độ bền giảm đi ở mức tối thiểu;thép được giữ trong dung dịch này cho đến khi nhiệt độ bên trong và bên ngoài của bộ phận cân bằng.Sau đó thép được làm nguội ở tốc độ vừa phải để giữ gradient nhiệt độ ở mức tối thiểu.Quá trình này không chỉ làm giảm ứng suất bên trong và các vết nứt do ứng suất mà còn làm tăng khả năng chống va đập.
ủ
Đây là phương pháp xử lý nhiệt phổ biến nhất, bởi vì các đặc tính cuối cùng có thể được xác định chính xác bằng nhiệt độ và thời gian ủ.Quá trình ủ bao gồm việc nung lại thép đã nguội đến nhiệt độ dưới nhiệt độ eutectoid sau đó làm nguội.Nhiệt độ tăng cao cho phép hình thành một lượng rất nhỏ spheroidite, giúp phục hồi độ dẻo nhưng làm giảm độ cứng.Nhiệt độ và thời gian thực tế được lựa chọn cẩn thận cho từng chế phẩm.
tôi luyện
Quá trình tôi luyện cũng giống như quá trình tôi luyện, ngoại trừ việc tôi bị gián đoạn và thép được giữ trong bể muối nóng chảy ở nhiệt độ từ 205 °C đến 540 °C, sau đó làm nguội ở tốc độ vừa phải.Thép thu được, được gọi là bainite, tạo ra cấu trúc vi mô hình kim trong thép có độ bền cao (nhưng kém hơn martensite), độ dẻo cao hơn, khả năng chống va đập cao hơn và ít biến dạng hơn thép martensite.Nhược điểm của phương pháp tôi luyện là nó chỉ có thể được sử dụng trên một số loại thép và cần phải ngâm trong muối đặc biệt.
thép cacbon
ống lót quay cho trục
thép cacbon
gia công anodizing đen
Bush các bộ phận với
điều trị đen
tiện thép carbon
các bộ phận có thanh lục giác
Thép carbon
Bộ phận truyền động DIN
Thép carbon
bộ phận gia công rèn
thép cacbon
tiện các bộ phận bằng photphat
Bush các bộ phận với
điều trị đen
