Kolika je promjena tvrdoće čeličnih limova tokom termičke obrade?

Toplinska obrada je kritičan proces u proizvodnji čeličnih limova, koji značajno utječe na njihovu tvrdoću i mehanička svojstva. Kao dobavljač čeličnog lima, iz prve ruke sam svjedočio važnosti razumijevanja varijacija tvrdoće tokom termičke obrade. Ovo znanje ne samo da pomaže u proizvodnji visokokvalitetnih čeličnih limova već i u zadovoljavanju različitih potreba naših kupaca.

Osnove toplinske obrade čeličnog lima

Toplinska obrada čeličnih limova uključuje niz operacija grijanja i hlađenja kako bi se promijenila mikrostruktura čelika, što zauzvrat utječe na njegovu tvrdoću. Glavni procesi uključuju žarenje, normalizaciju, kaljenje i kaljenje.

Žarenje je proces u kojem se čelični lim zagrijava do određene temperature, a zatim polako hladi. Ovo pomaže u oslobađanju unutrašnjih naprezanja, rafiniranju strukture zrna i poboljšanju duktilnosti. Sporo hlađenje omogućava formiranje ujednačenije i mekše mikrostrukture. Na primjer, potpuno žarenje se često koristi za čelične limove s niskim udjelom ugljika kako bi se smanjila tvrdoća i učinila ih pogodnijima za operacije strojne obrade.

Normalizacija je slična žarenju, ali čelik se hladi na zraku umjesto u kontroliranom okruženju peći. Ovo dovodi do nešto finije strukture zrna u odnosu na žarenje i općenito daje srednji nivo tvrdoće. Normalizirani čelični limovi se obično koriste u konstrukcijskim aplikacijama gdje je potrebna ravnoteža između čvrstoće i duktilnosti.

Kašenje je brz proces hlađenja. Čelični lim se zagrijava na visoku temperaturu, a zatim brzo hladi, obično u vodi, ulju ili otopini polimera. Ovo brzo hlađenje sprečava stvaranje stabilne mikrostrukture i umjesto toga formira tvrdu i krhku fazu zvanu martenzit. Kaljeni čelični limovi imaju izuzetno visoku tvrdoću, ali su i vrlo krti, što možda nije prikladno za sve primjene.

Kaljenje se vrši nakon kaljenja kako bi se smanjila krhkost kaljenog čelika. Čelik se ponovo zagrijava na nižu temperaturu, a zatim hladi kontroliranom brzinom. Kaljenje modifikuje martenzitnu strukturu, poboljšavajući žilavost uz istovremeno održavanje relativno visokog nivoa tvrdoće.

Faktori koji utiču na varijaciju tvrdoće

Nekoliko faktora doprinosi varijacijama tvrdoće čeličnih limova tokom termičke obrade.

Hemijski sastav

Hemijski sastav čelika je jedan od najvažnijih faktora. Različiti legirajući elementi imaju različite efekte na kaljivost čelika. Na primjer, ugljenik je ključni element u određivanju tvrdoće čelika. Veći sadržaj ugljika općenito dovodi do veće tvrdoće nakon toplinske obrade. Legirajući elementi kao što su hrom, nikl i molibden takođe mogu poboljšati očvršćavanje odlaganjem transformacije austenita u druge faze tokom hlađenja.

Stopa grijanja

Brzina kojom se čelični lim zagrijava može utjecati na tvrdoću. Spora brzina zagrijavanja omogućava ravnomjernije zagrijavanje i bolje otapanje legirajućih elemenata u austenitnoj fazi. S druge strane, velika brzina zagrijavanja može rezultirati neravnomjernim zagrijavanjem, što dovodi do lokalnih varijacija u tvrdoći.

Holding Time

Vrijeme koje se čelični lim drži na temperaturi toplinske obrade, također poznato kao vrijeme namakanja, je ključno. Dovoljno vrijeme držanja osigurava da čelik dostigne ujednačenu temperaturu i da dođe do željenih faznih transformacija. Ako je vrijeme držanja prekratko, fazne transformacije možda neće biti potpune, što rezultira nedosljednom tvrdoćom.

Stopa hlađenja

Kao što je ranije spomenuto, brzina hlađenja ima dubok utjecaj na tvrdoću čeličnog lima. Veća brzina hlađenja tokom gašenja pospješuje stvaranje martenzita, koji je vrlo tvrd. Međutim, različiti čelici imaju različite kritične brzine hlađenja. Ako je brzina hlađenja prespora, čelik možda neće formirati martenzit, a tvrdoća će biti niža od očekivane.

Debljina čeličnog lima

Debljina čeličnog lima također može uzrokovati varijacije tvrdoće. Deblji listovi se mogu hladiti različitom brzinom u odnosu na tanje listove tokom termičke obrade. U debelom listu, površina se može ohladiti mnogo brže od jezgre, što dovodi do gradijenta tvrdoće od površine do centra. Ovo može biti izazov u primjenama gdje je potrebna ujednačena tvrdoća.

Mjerenje varijacije tvrdoće

Da bi se osigurao kvalitet termički obrađenih čeličnih limova, neophodno je precizno izmjeriti tvrdoću. Postoji nekoliko dostupnih metoda za ispitivanje tvrdoće.

Test tvrdoće po Rockwellu je jedna od najčešće korištenih metoda. Mjeri dubinu prodiranja indentera u čelični lim pod određenim opterećenjem. Vrijednost tvrdoće se zatim očitava direktno sa skale Rockwell testera tvrdoće. Ova metoda je brza i relativno nedestruktivna, što je čini pogodnom za masovnu proizvodnju čeličnih limova.

Brinellov test tvrdoće uključuje utiskivanje tvrdog kugličnog utiskivača u čelični lim pod velikim opterećenjem. Zatim se mjeri prečnik udubljenja, a tvrdoća se izračunava na osnovu opterećenja i veličine udubljenja. Brinellov test je prikladniji za mjerenje tvrdoće debljih čeličnih limova ili onih sa grubljom zrnastom strukturom.

Vickersov test tvrdoće koristi dijamantski piramidalni indenter. Mjeri dijagonalnu dužinu udubljenja napravljenog od indentera pod određenim opterećenjem. Vickersov test je vrlo precizan i može se koristiti za mjerenje tvrdoće malih površina ili tankih čeličnih limova.

Primjena toplinski obrađenih čeličnih limova različite tvrdoće

Mogućnost kontrole tvrdoće čeličnih limova toplinskom obradom čini ih pogodnim za širok spektar primjena.

Za aplikacije učelične šupe konstrukcijski metalni proizvođači, često se koriste čelični limovi srednje tvrdoće, poput onih koji su prošli normalizaciju ili kaljenje. Ovi listovi pružaju potrebnu čvrstoću i duktilnost da izdrže strukturna opterećenja u čeličnim šupama.

U izgradnjiSistemi uokvirivanja nebodera visokih zgrada od čeličnih konstrukcija, od presudne su važnosti čelični limovi visoke čvrstoće odgovarajuće tvrdoće. Kaljeni i kaljeni čelični limovi mogu ponuditi visoku čvrstoću potrebnu da izdrže težinu zgrade, a istovremeno imaju dovoljnu žilavost da odole seizmičkim silama.

ZaIzrada zavarivanja, tvrdoću čeličnih limova treba pažljivo kontrolisati. Ako je čelik pretvrd, može biti teško zavariti, a zavareni spojevi mogu biti skloni pucanju. S druge strane, ako je čelik previše mekan, zavarena konstrukcija možda neće imati potrebnu čvrstoću.

Zaključak

Razumijevanje varijacija tvrdoće čeličnih limova tokom termičke obrade je od najveće važnosti za dobavljača čeličnog lima poput mene. Pažljivom kontrolom parametara termičke obrade možemo proizvesti čelične limove željene tvrdoće i mehaničkih svojstava kako bismo zadovoljili specifične potrebe naših kupaca. Bilo da se radi o konstrukcijskim aplikacijama, proizvodnji zavarivanja ili drugim namjenama, sposobnost manipuliranja tvrdoćom kroz toplinsku obradu daje nam konkurentsku prednost na tržištu.

Ako su vam potrebni visokokvalitetni čelični limovi sa preciznom kontrolom tvrdoće, preporučujem vam da se obratite i razgovarate o vašim zahtjevima. Naš tim stručnjaka spreman je pomoći vam u pronalaženju najboljih rješenja za čelične limove za vaše projekte.

Reference

• ASM priručnik, svezak 4: Toplinska obrada. ASM International.
• Callister, WD, & Rethwisch, DG (2012). Nauka o materijalima i inženjerstvo: Uvod. Wiley.
• Van Tyne, CJ, & Liu, S. (2001). Priručnik za oblikovanje metala. Društvo inženjera proizvodnje.