Introduksiyon: Ang Mapanganib na Papel ng Carbon sa Pagtigas ng Steel
Ang asero ay nananatiling ang pinakalaganap na ginagamit na alloy sa inhinyeriya, at ang mekanikal na mga katangian nito ay pangunahing kinokontrol ng heat treatment. Kabilang sa iba't ibang proseso ng paggamot sa init, ang paglamig ng tropiya mula sa austenite phase staughts martensite, isang microstature na nagbibigay ng pambihirang katigasan at lakas.Ang nilalamang karbon ng bakal ay ang nag-iisang maimpluwensiyang salik na namamahala sa pormasyong martensite, ang pangwakas na kayarian nito, at ang resultang mga katangian. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng isang malawak at teknikal na paggagalugad ng ugnayan sa pagitan ng nilalamang karbon at marstensite sa mga bakal, mga mekanismong pang-gawa, paggawa, mga praktikal na mga mekanismong pang-ari, at paggawa.
Mahahalagang Utos sa Pag - aasawa
Ang Martensite ay isang meastable phase na binuo ng isang diffunsionless, shear-rifted transform mula sa mukha-gitnang cubic (FCC) austenite hanggang sa isang katawan-gitnang tetragonal (BCT) istraktura. Ang mabilis na referifting (cooling rates sa order ng 100°C/s hanggang 1000°C/s depende sa carbon content) ay pumipigil sa displohensiyang karbon ng mga atomo ng karbon, na nag-iinambitatibo sa mga lugar ng superikulo. Ang cural na ito ay nakasalalay sa carbon at ang mga spescentraintomikong temperatura na may isang topiko na may isang propor na ential na ential na entrentrentrentrentr. Ang mga spytiko ay nangyayari sa isang spescent na entrential na may isang spescent na ential na ential na ential na ential na ential na ential na ential na ential na ent.
Ang mga pangunahing katangian ng martensite ay kinabibilangan ng acicular (needle-like) morphology, mataas na dislocation density, at isang mainam na substruct ng kambal o laths. Ang morpolohiya mismo ay umaasa sa nilalamang karbon: ang mga low-carbon na bakal (ibabang 0.4% C) ay may tendensiyang bumuo ng lath marensite na may kahalintulad na mga plato, habang ang mga mataas na-carbon na bakal (higit 0.6% C) ay gumagawa ng plate marstensite na may katangiang stabilidad. Ang mga pagkakaibang ito ay direktang pang-atibo at ang kakayahang mag-katerialapi ng isang tensiyang pang-ari ng isang terial na sensiyang pang-metrporma.
Kung Paano Binabago ng mga Carbon Content Government ang Pagbabago
Carbon Bilang Isang Interstitial Alloying Elemento
Ang mga atomo ng karbon ay sumasakop sa oktahedral na mga interstital na lugar sa loob ng FCC austenite lattice. sa panahon ng pagpatay, ang karbon ay hindi maaaring kumalat ng mabilis upang makabuo ng sementong temporal (Fe3C) o iba pang carbides; sa halip, ito ay nananatiling nakabinbinbin, na nagpoposisyon ng isang matinding tetragonal na pagpilipit. Ang antas ng tetragonalidad (c/ang proporsiyon) ay tumataas mula sa halos 1.0 sa 0% hanggang sa humigit-kumulang 1.08 sa 1.2%C. Ang lihis na ito ay responsable sa labis na hard ng martensite.
Ang ugnayan sa pagitan ng nilalamang karbon at temperaturang Ms ay kritikal at mahusay-tatag: ang bawat 0.1% pagtaas sa carbon ay nagbabawas ng Ms sa humigit-kumulang 30-40°C. Empirical na pormula tulad ng ibinigay ng ekwasyon ng Andrews:
Ms ([C) = 539 – 423(%C) – 30.4(%Mn) – 17.7(%Ni) – 12.1(%Cr) – 7.5(%Mo) + ...
– [[[[1]
Kaya, ang isang payak na bakal na karbon na may 0.8%C ay may Ms sa paligid ng 200°C, habang ang isang 0.2%C na bakal ay may Ms malapit sa 500°C. Ang martensite na temperatura ay karaniwang 200-250°C sa ibaba ng Ms, bagaman sa high-carbon na bakal ay maaaring bumagsak sa ibaba ng temperatura ng silid, na humahantong sa pagpapanatili ng austenite.
Mapanganib na Paglamig at Katatagan
Upang makabuo ng matensite, ang antas ng pagpapalamig ay dapat na lumampas sa kritikal na antas ng pagpapalamig (CCR) na ⁇ ang pinakamababang bilis na umiiwas sa difficial transforms sa pearlite o bainite. Ang carbon content ay malakas na nakakaimpluwensiya sa CCR. Ang mas mataas na carbon ay nagrereresulta sa pearth regulatoration (CCCT) na diacement sa mas matagal na panahon, na gumagawa ritong mas madaling makamit ang ganap na martensite na resultang mga resultes (evementes, langis sa halip ng tubig) gayunman, napakataas na carbon (0.8.[kailangan ng CRCOwnyt] Ang mga elementong ⁇ ay kadalasang ginagamit upang maiwasan ang mga elementong ⁇ , at ⁇ , at ⁇ ay mas madaling ma-C.
| Carbon Content (wt%) | Typical Ms (°C) | Hardenability | Preferred Quenchant |
|---|---|---|---|
| 0.05 – 0.25 | 450 – 500 | Low | Water |
| 0.30 – 0.50 | 350 – 450 | Moderate | Water (small sections) or oil |
| 0.60 – 0.80 | 200 – 350 | High | Oil or polymer |
| 0.90 – 1.20 | 100 – 200 | Very high | Oil or martempering |
Pansinin: Ang mga idinagdag na alloy ay maaaring magpabago nang malaki sa mga detalyeng ito, tingnan ang ASM Internationalizers heat na gumagamot sa mga yaman.
Ang Kabon ay Kasiya - siya at Tamang Mekanikal na mga Katangian ng Martensite
Katigasan at Lakas
As-carbon-quenched martensite hardness ay circult linear na may nilalamang karbon hanggang sa mga 0.8%C. Ang isang ekwasyon klasiko ay:
[Hardness (HRC) ⁇ 60 ⁇ (%C) + 20 (para sa nilalamang karbon hanggang 0.8%)[
]
Kaya, sa 0.2%C hardness ay halos 47 HRC; sa 0.8%C ito ay umaabot sa halos 67 HRC. Paglampas ng 0.8%C, ang hardness talampas dahil ang karagdagang carbon ay nananatili sa solusyon ngunit ang lumalaking tetragonalidad ay humahantong sa mikroklasoriya at nagpapanatili ng austenite.Ang lakas ng tensile ay parehong tumataas mula sa halos 1,000 MPa para sa isang 0.2%C martensite hanggang sa mahigit 2,500 MPa para sa mataas-carbon martesite.
Pagkamahiyain at Pagkatawa
Ang Martensite ay likas na malutong dahil sa kanyang supersaturated lattice, mataas na panloob na mga stress, at ang pagkakaroon ng mga winned rehiyon (lalo na sa high-carbon na mga bakal). Elongation to break droughs mula sa ⁇ 10-15% sa low-carbon lath martensite hanggang sa mas mababa sa 1% sa high-carbon plate martensite.Ang acceive hardness ay bumababa rin, na ginagawa ang ustempered high-carbon marstensite ay halos hindi makture. Ang trade-off na ito ay nagresultang ito ay nagpapanumbalik ng isang traditionalized upang marcture sa ilang mga stabilidadal na stabiling hard ng hard.
Muling Kinontrata
Ang mataas na nilalamang karbon ay nagpapatatag ng austenite sa mas mababang temperatura, na nangangahulugang ang temperatura ng Mf ay maaaring bumaba sa indibidwal. Bilang resulta, ang isang maliit na bahagi ng austenite ay nananatiling hindi pa buo pagkatapos na patayin. Halimbawa, ang isang 1.0%C bakal ay maaaring manatili ng 10-30% austenite. Ang mas malambot na yugtong ito ay maaaring magbawas ng kabuuang katigasan at magdulot ng distansiyalidad.[kailangan ng sanggunian] Ang mga sub-zerogenic processing systems (clection) o maramihang siklo ng pag-aluntimig ay ginagamit upang makretente upang bawasan ang antenang mar. Ang isang maliit na sukat ng mga materyal ay pinananatiling entidad na magagamit na ⁇ 0 ⁇ [0 ⁇ ][T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] Ang mga materyales ay na ito ay na pinabuti ng mga materyales ay nasa mga ⁇ ] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T] [[T]
Praktikal na mga Pagbabago sa Proseso
Pagpili ng Pag - aalis ng Medium
- [Low-carbon steels (0.02-0.3% C):[[kailangan ng mabilisang paglamig (e.g., iced brink o tubig) upang maabot ang CCR; kahit na gayon, ang buong martensite ay maaari lamang makamit sa mga manipis na seksiyon. Kadalasang ginagamit ang mga ito para sa carburzing upang dagdagan ang ibabaw na karbon.
- [1] Ang mga bakal na pang-Melyum-carbon (0.3-0.6% C): Ang tubig na pampatay ay karaniwan, ngunit ang langis ay maaaring gamitin para sa mga alloy na may pinahusay na paninigas.[ang pag-uuudyok ay mahalaga upang makamit ang timbang na mga katangian para sa mga sangkap na estruktura tulad ng mga share at mga enggranahe.
- Ang mga bakal na highh-carbon (0.6-1.2% C): Ang oil resulting ay tipikal upang maiwasan ang pag-crash mula sa thermal shock. Ang Martempering (pag-aalsa ng mga variant) ay tumutulong sa pagbabawas ng mga lihis. Ginagamit para sa mga kasangkapang panghiwa, pagkamatay, pag-aantas, at mga bukal.
Pagpainit ng Loob sa Pagtugon
Ang tempering martensite ay nagdudulot ng presipitasyon ng mga carbides (ant-carbide sa mas mababang karbon, commonite sa mas mataas na karbon), pagbawi ng mga disolocation, at pagbawas ng restance stresss. Ang as-quenched hardness drough sa panahon ng pag-aalsa ay mas matarik para sa mas mataas na mga bakal na karbon dahil mas maraming supertans na karbon ang magagamit upang bumuo ng carbides. Gayunpaman, ang secondarical cointure ay nangyayari sa alloy bakal na na na na na na na na na naglalaman ng mga bakal na kadalasang nagpapatatag at mga multiple-compressions.
Mga Elementong Pang - akit at ang Kanilang Interplay sa Carbon
Ang pagdaragdag ng mga elementong may halong haluang metal ay nakaiimpluwensiya sa pagbabagong martensite sa ilang paraan:
- Nickel at Manganganese: Ibabang temperatura ng Ms, na nagpapatindi sa hilig na panatilihin ang austenite.
- Chromium at Molybdenum: Enhancetigasity, na nagpapahintulot sa langis na nakamamatay para sa mga high-carbon steels.Nagtataguyod din sila ng carbide conforming sa panahon ng pag-init.
- Vandium at Titanium:[manipis na carbides na nag-iinkorte ng mga hangganan ng butil at nagdadalisay ng martensite packet na sukat.
- [Silicon: Ang mga retard ay lumalambot sa panahon ng pag-init, na kapakipakinabang sa mga bakal sa tagsibol.
Para sa isang in-depth na pagtalakay ng mga epektong alloy, tumutukoy ang artikulo ng Toteral Materia tungkol sa pagiging tumigas.
Pagpili ng Tamang Kabon na Kawili - wili Para sa mga Aplikasyon
Ang carbon content ay iniaangkop ng mga inhinyero upang matugunan ang mga kahilingan sa paglilingkod:
- Ang karbong koloh (0.05-0.25% C) – Case-hardening steels: ay nananatiling matigas; ang ibabaw ay carburized hanggang 0.8-1.0%C at nanalanta upang makagawa ng matigas, stead-resistant case. Halimbawa: carburized gears, camshafts, selyo.
- Ang medium carbon (0.3-0.5% C) – Quenched at wide steels: Mag-aalok ng lakas, tibay, at pagod na resistensiya para sa mga ehe, mga nag-uugnay na rod, mga tornilyo, at mga piyesa ng makina.
- [1] Ang sopa carbon (0.6-1.2% C) – Suot-resistant at kasangkapang bakal: Maglaan ng sukdulang katigasan pagkatapos na patayin at temperamento, bagaman maingat na naka-screast na pansolba. Ginagamit para sa pagkamatay, kutsilyo, labaha, mga kasangkapang malamig-anyo, at mga kawad ng tagsibol.
- Ang ULtra-high carbon (1.2-2.0% C) – Mga espesyal na aplikasyon: [6] Bihirang gamitin dahil sa labis na malutong; maaaring prinoseso sa pamamagitan ng pulbos na metallurhiya o espesyalisadong mga paggamot ng init para sa mga sangkap na mataas-na-nakasuot.
Pagsasaayos
Ang nilalamang karbon ng bakal ay ang master variable controling martensite conform, ang kristal na kayarian nito, at ang kasunod na mga katangiang mekanikal ng Ms. Mula sa paglipat ng temperatura at kritikal na antas ng paglamig upang mag-ayos ng hardness, ductility, at pinananatiling austenite, ang papel ng karbon ay pundasyon para sa mga heat reciever at mga inhinyero ng disenyo. sa pamamagitan ng pag-unawa ng interplay sa pagitan ng carbon, alloying mga elemento, at ang pagpatay sa mga para sa mga parameter, ang mga tagagawa ay patuloy na makapaglalabas ng mga bakal na may mahusay na pagganap ng goacedriving performancedness offic na pag-shorning ad.
Para sa higit pang pagbasa sa makabagong mga pamamaraan ng paggamot sa init, tingnan ang [Talaksan:0] Ang industrial Heating magazine[ at mga kaugnay na pamantayan mula ASTM International.