Piese din oțel carbon
Oțelul carbon este un oțel cu conținut de carbon de la aproximativ 0,05 până la 3,8% din greutate.Definiția oțelului carbon de la Institutul American de Fier și Oțel (AISI) afirmă:
1. nu este specificat sau necesar un conținut minim de crom, cobalt, molibden, nichel, niobiu, titan, wolfram, vanadiu, zirconiu sau orice alt element care urmează să fie adăugat pentru a obține efectul de aliere dorit;
2. minimul specificat pentru cupru nu depășește 0,40 la sută;
3. sau conținutul maxim specificat pentru oricare dintre următoarele elemente nu depășește procentele notate: mangan 1,65 la sută;siliciu 0,60 la sută;cupru 0,60 la sută.
Termenul de oțel carbon poate fi folosit și cu referire la oțel care nu este oțel inoxidabil;în această utilizare, oțelul carbon poate include oțeluri aliate.Oțelul cu conținut ridicat de carbon are multe utilizări diferite, cum ar fi mașini de frezat, unelte de tăiere (cum ar fi daltele) și fire de înaltă rezistență.Aceste aplicații necesită o microstructură mult mai fină, care îmbunătățește duritatea.
Pe măsură ce conținutul procentual de carbon crește, oțelul are capacitatea de a deveni mai dur și mai puternic prin tratarea termică;cu toate acestea, devine mai puțin ductil.Indiferent de tratamentul termic, un conținut mai mare de carbon reduce sudabilitatea.În oțelurile carbon, conținutul mai mare de carbon scade punctul de topire.
Scopul tratării termice a oțelului carbon este de a modifica proprietățile mecanice ale oțelului, de obicei ductilitatea, duritatea, limita de curgere sau rezistența la impact.Rețineți că conductivitatea electrică și termică sunt doar puțin modificate.Ca și în cazul majorității tehnicilor de întărire pentru oțel, modulul Young (elasticitatea) nu este afectat.Toate tratamentele de oțel comercializează ductilitate pentru rezistență crescută și invers.Fierul are o solubilitate mai mare pentru carbon în faza austenită;prin urmare, toate tratamentele termice, cu excepția sferoidizării și recoacerii procesului, încep prin încălzirea oțelului la o temperatură la care poate exista faza austenitică.Oțelul este apoi stins (caldura extrasă) la o viteză moderată până la scăzută, permițând carbonului să se difuzeze din austenită formând carbură de fier (cementită) și lăsând ferită, sau într-un ritm ridicat, prinzând carbonul în fier formând astfel martensită. .Viteza cu care oțelul este răcit prin temperatura eutectoidă (aproximativ 727 ° C) afectează viteza cu care carbonul difuzează din austenită și formează cementită.În general, răcirea rapidă va lăsa carbura de fier fin dispersată și va produce o perlită cu granulație fină, iar răcirea încet va da o perlită mai grosieră.Răcirea unui oțel hipoeutectoid (mai puțin de 0,77% în greutate C) are ca rezultat o structură lamelară-perlitică a straturilor de carbură de fier cu α-ferită (fier aproape pur) între ele.Dacă este vorba de oțel hipereutectoid (mai mult de 0,77% în greutate C), atunci structura este perlită plină cu granule mici (mai mari decât lamelele de perlit) de cementită formată pe limitele granulelor.Un oțel eutectoid (0,77% carbon) va avea o structură de perlită în toată boabele, fără cementită la granițe.Cantitățile relative de constituenți sunt găsite folosind regula pârghiei.Mai jos este o listă cu tipurile de tratamente termice posibile.
Oțelul aliat este oțel care este aliat cu o varietate de elemente în cantități totale între 1,0% și 50% din greutate pentru a-și îmbunătăți proprietățile mecanice.Oțelurile aliate sunt împărțite în două grupe: oțeluri slab aliate și oțeluri înalt aliate.Diferența dintre cele două este contestată.Smith și Hashemi definesc diferența la 4,0%, în timp ce Degarmo și colab., o definesc la 8,0%.Cel mai frecvent, expresia „oțel aliat” se referă la oțeluri slab aliate.
Strict vorbind, fiecare oțel este un aliaj, dar nu toate oțelurile sunt numite „oțeluri aliate”.Cele mai simple oțeluri sunt fierul (Fe) aliat cu carbon (C) (aproximativ 0,1% până la 1%, în funcție de tip).Cu toate acestea, termenul „oțel aliat” este termenul standard care se referă la oțelurile cu alte elemente de aliere adăugate în mod deliberat în plus față de carbon.Alianții obișnuiți includ mangan (cel mai comun), nichel, crom, molibden, vanadiu, siliciu și bor.Aliajele mai puțin obișnuite includ aluminiu, cobalt, cupru, ceriu, niobiu, titan, wolfram, staniu, zinc, plumb și zirconiu.
Următoarele sunt o serie de proprietăți îmbunătățite ale oțelurilor aliate (în comparație cu oțelurile carbon): rezistență, duritate, tenacitate, rezistență la uzură, rezistență la coroziune, întărire și duritate la cald.Pentru a obține unele dintre aceste proprietăți îmbunătățite, metalul poate necesita tratare termică.
Unele dintre acestea își găsesc utilizări în aplicații exotice și foarte solicitante, cum ar fi paletele de turbine ale motoarelor cu reacție și în reactoare nucleare.Datorită proprietăților feromagnetice ale fierului, unele aliaje de oțel găsesc aplicații importante în care răspunsurile lor la magnetism sunt foarte importante, inclusiv în motoarele electrice și în transformatoare.
Sferoidizarea
Sferoidita se formează atunci când oțelul carbon este încălzit la aproximativ 700 °C timp de peste 30 de ore.Sferoidita se poate forma la temperaturi mai scăzute, dar timpul necesar crește drastic, deoarece acesta este un proces controlat prin difuzie.Rezultatul este o structură de tije sau sfere de cementită în cadrul structurii primare (ferită sau perlită, în funcție de ce parte a eutectoidului vă aflați).Scopul este de a înmuia oțelurile cu carbon mai mare și de a permite mai multă formabilitate.Aceasta este cea mai moale și mai ductilă formă de oțel.
Recoacere completă
Oțelul carbon este încălzit la aproximativ 40 °C peste Ac3 sau Acm timp de 1 oră;acest lucru asigură că toată ferita se transformă în austenită (deși cementita ar putea exista în continuare dacă conținutul de carbon este mai mare decât eutectoid).Oțelul trebuie apoi răcit lent, la 20 °C (36 °F) pe oră.De obicei, este doar răcit în cuptor, unde cuptorul este oprit cu oțelul încă înăuntru.Acest lucru are ca rezultat o structură perlitică grosieră, ceea ce înseamnă că „benzile” de perlită sunt groase.Oțelul complet recoapt este moale și ductil, fără solicitări interne, ceea ce este adesea necesar pentru o formare rentabilă.Doar oțelul sferoidizat este mai moale și mai ductil.
Proces de recoacere
Un proces folosit pentru a reduce stresul într-un oțel carbon prelucrat la rece cu mai puțin de 0,3% C. Oțelul este de obicei încălzit la 550–650 °C timp de 1 oră, dar uneori temperaturi chiar și 700 °C.Imaginea din dreapta [necesită clarificare] arată zona în care are loc recoacerea procesului.
Recoacere izotermă
Este un proces în care oțelul hipoeutectoid este încălzit peste temperatura critică superioară.Această temperatură este menținută pentru un timp și apoi redusă la sub temperatura critică inferioară și este din nou menținută.Se răcește apoi la temperatura camerei.Această metodă elimină orice gradient de temperatură.
Normalizarea
Oțelul carbon este încălzit la aproximativ 55 °C peste Ac3 sau Acm timp de 1 oră;aceasta asigură că oțelul se transformă complet în austenită.Oțelul este apoi răcit cu aer, ceea ce reprezintă o viteză de răcire de aproximativ 38 °C (100 °F) pe minut.Rezultă o structură perlitică fină și o structură mai uniformă.Oțelul normalizat are o rezistență mai mare decât oțelul recoacet;are o rezistență și o duritate relativ ridicată.
stingere
Oțelul carbon cu cel puțin 0,4% în greutate C este încălzit la temperaturi de normalizare și apoi răcit rapid (stins) în apă, saramură sau ulei până la temperatura critică.Temperatura critică depinde de conținutul de carbon, dar, ca regulă generală, este mai scăzută pe măsură ce crește conținutul de carbon.Aceasta are ca rezultat o structură martensitică;o formă de oțel care posedă un conținut de carbon suprasaturat într-o structură cristalină cubică centrată pe corp (BCC) deformată, denumită în mod corespunzător tetragonal centrat pe corp (BCT), cu multă stres intern.Astfel, oțelul stins este extrem de dur, dar fragil, de obicei prea casant pentru scopuri practice.Aceste tensiuni interne pot provoca fisuri de tensiune pe suprafață.Oțelul stins este de aproximativ trei ori mai dur (patru cu mai mult carbon) decât oțelul normalizat.
Martempering (marquenching)
Martempering nu este de fapt o procedură de călire, de unde și termenul de marcanching.Este o formă de tratament termic izotermic aplicată după o stingere inițială, de obicei într-o baie de sare topită, la o temperatură chiar peste „temperatura de pornire a martensitei”.La această temperatură, tensiunile reziduale din material sunt atenuate și din austenita reținută se poate forma o parte de bainită care nu a avut timp să se transforme în altceva.În industrie, acesta este un proces utilizat pentru a controla ductilitatea și duritatea unui material.Cu marcanching mai lung, ductilitatea crește cu o pierdere minimă de rezistență;oțelul este ținut în această soluție până când temperaturile interioare și exterioare ale piesei se egalizează.Apoi oțelul este răcit la o viteză moderată pentru a menține gradientul de temperatură minim.Acest proces nu numai că reduce tensiunile interne și fisurile de tensiune, dar crește și rezistența la impact.
temperare
Acesta este cel mai frecvent tratament termic întâlnit, deoarece proprietățile finale pot fi determinate cu precizie de temperatura și timpul de revenire.Călirea implică reîncălzirea oțelului stins la o temperatură sub temperatura eutectoidului, apoi răcirea.Temperatura ridicată permite formarea unor cantități foarte mici de sferoidit, care restabilește ductilitatea, dar reduce duritatea.Temperaturile și timpii reale sunt alese cu grijă pentru fiecare compoziție.
Austempering
Procesul de austempering este același cu martempering, cu excepția că stingerea este întreruptă și oțelul este menținut în baia de sare topită la temperaturi cuprinse între 205 °C și 540 °C și apoi răcit la o viteză moderată.Oțelul rezultat, numit bainit, produce o microstructură aciculară în oțel care are o rezistență mare (dar mai mică decât martensita), o ductilitate mai mare, o rezistență mai mare la impact și mai puțină distorsiune decât oțelul martensită.Dezavantajul temperării este că poate fi folosit doar pe câteva oțeluri și necesită o baie specială de sare.
CNC din oțel carbon
bucșă de întoarcere pentru arbore
CNC din oțel carbon
prelucrare anodizare neagră
Bush piese cu
tratament de înnegrire
Strunjirea oțelului carbon
piese cu bară hexagonală
Otel carbon
Piese de angrenare DIN
Otel carbon
forjare a pieselor de prelucrare
CNC din oțel carbon
strunjirea pieselor cu fosfatare
Bush piese cu
tratament de înnegrire
