Onderdelen van koolstofstaal
Koolstofstaal is een staal met een koolstofgehalte van ongeveer 0,05 tot 3,8 gewichtsprocent.De definitie van koolstofstaal van het American Iron and Steel Institute (AISI) luidt als volgt:
1. er is geen minimumgehalte gespecificeerd of vereist voor chroom, kobalt, molybdeen, nikkel, niobium, titanium, wolfraam, vanadium, zirkonium of enig ander element dat moet worden toegevoegd om een gewenst legeringseffect te verkrijgen;
2. het gespecificeerde minimum voor koper bedraagt niet meer dan 0,40 procent;
3. óf het maximale gehalte dat is gespecificeerd voor een van de volgende elementen, overschrijdt de aangegeven percentages niet: mangaan 1,65 procent;silicium 0,60 procent;koper 0,60 procent.
De term koolstofstaal kan ook worden gebruikt met betrekking tot staal dat geen roestvrij staal is;bij dit gebruik kan koolstofstaal gelegeerde staalsoorten omvatten.Koolstofstaal heeft veel verschillende toepassingen, zoals freesmachines, snijgereedschappen (zoals beitels) en draden met hoge sterkte.Deze toepassingen vereisen een veel fijnere microstructuur, wat de taaiheid verbetert.
Naarmate het koolstofpercentage stijgt, kan staal harder en sterker worden door middel van warmtebehandeling;het wordt echter minder taai.Ongeacht de warmtebehandeling vermindert een hoger koolstofgehalte de lasbaarheid.Bij koolstofstaal verlaagt het hogere koolstofgehalte het smeltpunt.
Het doel van de warmtebehandeling van koolstofstaal is het veranderen van de mechanische eigenschappen van staal, meestal ductiliteit, hardheid, vloeigrens of slagvastheid.Merk op dat de elektrische en thermische geleidbaarheid slechts in geringe mate worden gewijzigd.Zoals bij de meeste verstevigingstechnieken voor staal wordt de Young-modulus (elasticiteit) niet beïnvloed.Alle behandelingen van de taaiheid van staal zorgen voor meer sterkte en vice versa.IJzer heeft een hogere oplosbaarheid voor koolstof in de austenietfase;daarom beginnen alle warmtebehandelingen, behalve sferoïdiseren en procesgloeien, met het verwarmen van het staal tot een temperatuur waarbij de austenitische fase kan bestaan.Het staal wordt vervolgens met een matige tot lage snelheid afgeschrikt (warmte onttrokken), waardoor koolstof uit het austeniet kan diffunderen, waardoor ijzercarbide (cementiet) ontstaat en ferriet achterblijft, of in een hoog tempo, waarbij de koolstof in het ijzer wordt opgesloten en zo martensiet wordt gevormd. .De snelheid waarmee het staal wordt afgekoeld door de eutectoïde temperatuur (ongeveer 727 ° C) beïnvloedt de snelheid waarmee koolstof uit austeniet diffundeert en cementiet vormt.Over het algemeen zal bij snelle afkoeling het ijzercarbide fijn verspreid blijven en een fijnkorrelig perliet ontstaan, terwijl bij langzaam afkoelen een grover perliet ontstaat.Het afkoelen van een hypoeutectoïde staal (minder dan 0,77 gew.% C) resulteert in een lamellaire-perlitische structuur van ijzercarbidelagen met daartussen α-ferriet (bijna puur ijzer).Als het hypereutectoïde staal is (meer dan 0,77 gew.% C), dan is de structuur volledig perliet met kleine korrels (groter dan de perlietlamel) van cementiet gevormd op de korrelgrenzen.Een eutectoïde staal (0,77% koolstof) heeft een perlietstructuur door de korrels zonder cementiet aan de grenzen.De relatieve hoeveelheden bestanddelen worden gevonden met behulp van de hefboomregel.Hieronder volgt een lijst met de mogelijke soorten warmtebehandelingen.
Gelegeerd staal is staal dat is gelegeerd met een verscheidenheid aan elementen in totale hoeveelheden tussen 1,0% en 50% per gewicht om de mechanische eigenschappen ervan te verbeteren.Gelegeerde staalsoorten worden onderverdeeld in twee groepen: laaggelegeerde staalsoorten en hooggelegeerde staalsoorten.Het verschil tussen de twee wordt betwist.Smith en Hashemi definiëren het verschil op 4,0%, terwijl Degarmo et al. het op 8,0% definiëren.Meestal verwijst de uitdrukking "gelegeerd staal" naar laaggelegeerde staalsoorten.
Strikt genomen is elk staal een legering, maar niet alle staalsoorten worden "gelegeerd staal" genoemd.De eenvoudigste staalsoorten zijn ijzer (Fe) gelegeerd met koolstof (C) (ongeveer 0,1% tot 1%, afhankelijk van het type).De term "gelegeerd staal" is echter de standaardterm die verwijst naar staalsoorten waaraan naast de koolstof opzettelijk andere legeringselementen zijn toegevoegd.Veel voorkomende legeringen zijn mangaan (de meest voorkomende), nikkel, chroom, molybdeen, vanadium, silicium en boor.Minder vaak voorkomende legeringen zijn aluminium, kobalt, koper, cerium, niobium, titanium, wolfraam, tin, zink, lood en zirkonium.
Het volgende is een reeks verbeterde eigenschappen van gelegeerd staal (in vergelijking met koolstofstaal): sterkte, hardheid, taaiheid, slijtvastheid, corrosieweerstand, hardbaarheid en hardheid bij hoge temperatuur.Om sommige van deze verbeterde eigenschappen te bereiken kan het metaal een warmtebehandeling vereisen.
Sommige hiervan vinden toepassing in exotische en veeleisende toepassingen, zoals in de turbinebladen van straalmotoren en in kernreactoren.Vanwege de ferromagnetische eigenschappen van ijzer vinden sommige staallegeringen belangrijke toepassingen waarbij hun reacties op magnetisme erg belangrijk zijn, onder meer in elektromotoren en in transformatoren.
Sferoïdiserend
Sferoïdiet ontstaat wanneer koolstofstaal gedurende meer dan 30 uur wordt verwarmd tot ongeveer 700 °C.Sferoïdiet kan zich bij lagere temperaturen vormen, maar de benodigde tijd neemt drastisch toe, omdat dit een diffusiegecontroleerd proces is.Het resultaat is een structuur van staven of bollen cementiet binnen de primaire structuur (ferriet of perliet, afhankelijk van aan welke kant van de eutectoïde je je bevindt).Het doel is om staalsoorten met een hoger koolstofgehalte te verzachten en meer vervormbaarheid mogelijk te maken.Dit is de zachtste en meest ductiele vorm van staal.
Volledig uitgloeien
Koolstofstaal wordt gedurende 1 uur verwarmd tot ongeveer 40 °C boven Ac3 of Acm;dit zorgt ervoor dat al het ferriet in austeniet wordt omgezet (hoewel cementiet nog steeds kan bestaan als het koolstofgehalte groter is dan het eutectoïde).Het staal moet vervolgens langzaam worden afgekoeld, met een snelheid van 20 ° C (36 ° F) per uur.Meestal wordt het gewoon in de oven gekoeld, waarbij de oven wordt uitgeschakeld terwijl het staal er nog in zit.Dit resulteert in een grove perlitische structuur, wat betekent dat de "banden" van perliet dik zijn.Volledig gegloeid staal is zacht en taai, zonder interne spanningen, wat vaak nodig is voor kosteneffectief vormen.Alleen bolvormig staal is zachter en taaier.
Procesgloeien
Een proces dat wordt gebruikt om de spanning te verlichten in koud bewerkt koolstofstaal met minder dan 0,3% C. Het staal wordt gewoonlijk gedurende 1 uur verwarmd tot 550–650 °C, maar soms kunnen temperaturen oplopen tot 700 °C.De afbeelding rechts [verduidelijking nodig] toont het gebied waar procesgloeien plaatsvindt.
Isothermisch gloeien
Het is een proces waarbij hypoeutectoïde staal wordt verwarmd tot boven de bovenste kritische temperatuur.Deze temperatuur wordt enige tijd gehandhaafd en vervolgens verlaagd tot onder de onderste kritische temperatuur en wordt opnieuw gehandhaafd.Vervolgens wordt het afgekoeld tot kamertemperatuur.Deze methode elimineert elke temperatuurgradiënt.
Normaliseren
Koolstofstaal wordt gedurende 1 uur verwarmd tot ongeveer 55 °C boven Ac3 of Acm;dit zorgt ervoor dat het staal volledig transformeert naar austeniet.Het staal wordt vervolgens luchtgekoeld, wat een koelsnelheid is van ongeveer 38 ° C (100 ° F) per minuut.Dit resulteert in een fijne perlitische structuur en een meer uniforme structuur.Genormaliseerd staal heeft een hogere sterkte dan gegloeid staal;het heeft een relatief hoge sterkte en hardheid.
Afschrikken
Koolstofstaal met ten minste 0,4 gew.% C wordt verwarmd tot normaliserende temperaturen en vervolgens snel afgekoeld (geblust) in water, pekel of olie tot de kritische temperatuur.De kritische temperatuur is afhankelijk van het koolstofgehalte, maar is in de regel lager naarmate het koolstofgehalte toeneemt.Dit resulteert in een martensitische structuur;een vorm van staal met een superverzadigd koolstofgehalte in een vervormde lichaamsgecentreerde kubieke (BCC) kristallijne structuur, correct lichaamsgecentreerde tetragonaal (BCT) genoemd, met veel interne spanning.Zo is afgeschrikt staal extreem hard maar bros, meestal te bros voor praktische doeleinden.Deze interne spanningen kunnen spanningsscheuren op het oppervlak veroorzaken.Gehard staal is ongeveer drie keer harder (vier met meer koolstof) dan genormaliseerd staal.
Martemperen (marquenchen)
Martemperen is eigenlijk geen tempereerprocedure, vandaar de term marquenchen.Het is een vorm van isotherme warmtebehandeling die wordt toegepast na een eerste afschrikking, meestal in een gesmolten zoutbad, bij een temperatuur net boven de "martensietstarttemperatuur".Bij deze temperatuur worden de restspanningen in het materiaal opgeheven en kan er wat bainiet worden gevormd uit het achtergebleven austeniet dat geen tijd heeft gehad om in iets anders te transformeren.In de industrie is dit een proces dat wordt gebruikt om de taaiheid en hardheid van een materiaal te controleren.Bij langer afschrikken neemt de taaiheid toe met een minimaal verlies aan sterkte;het staal wordt in deze oplossing gehouden totdat de binnen- en buitentemperatuur van het onderdeel gelijk zijn.Vervolgens wordt het staal met een gematigde snelheid gekoeld om de temperatuurgradiënt minimaal te houden.Dit proces vermindert niet alleen interne spanningen en spanningsscheuren, maar verhoogt ook de slagvastheid.
Temperen
Dit is de meest voorkomende warmtebehandeling, omdat de uiteindelijke eigenschappen nauwkeurig kunnen worden bepaald door de temperatuur en de tijd van het temperen.Bij tempereren wordt het afgeschrikte staal opnieuw verwarmd tot een temperatuur onder de eutectoïdetemperatuur en vervolgens afgekoeld.Door de verhoogde temperatuur kunnen zeer kleine hoeveelheden sferoïdiet worden gevormd, waardoor de taaiheid wordt hersteld, maar de hardheid wordt verminderd.Voor elke samenstelling worden de werkelijke temperaturen en tijden zorgvuldig gekozen.
Austemperend
Het austemperingproces is hetzelfde als het martemperen, behalve dat het afschrikken wordt onderbroken en het staal in het gesmolten zoutbad wordt gehouden bij temperaturen tussen 205 °C en 540 °C, en vervolgens met een gematigde snelheid wordt afgekoeld.Het resulterende staal, bainiet genaamd, produceert een naaldvormige microstructuur in het staal met een grote sterkte (maar minder dan martensiet), grotere ductiliteit, hogere slagvastheid en minder vervorming dan martensietstaal.Het nadeel van austemperen is dat het slechts op een paar staalsoorten kan worden gebruikt en dat er een speciaal zoutbad voor nodig is.
Koolstofstaal cnc
draaibus voor as
Koolstofstaal cnc
het machinaal bewerken van zwart anodiseren
Bush-onderdelen met
zwartmakende behandeling
Koolstofstaal draaien
onderdelen met zeshoekige staaf
Koolstofstaal
DIN-tandwielonderdelen
Koolstofstaal
het smeden van bewerkingsonderdelen
Koolstofstaal cnc
draaiende delen met fosfateren
Bush-onderdelen met
zwartmakende behandeling
