Kent u de gebruikelijke blusmethoden voor staal?

In het warmtebehandelingsproces voor staal is afschrikken een kernstap bij het verbeteren van belangrijke eigenschappen zoals hardheid en sterkte. Door staal tot een specifieke temperatuur te verwarmen en vervolgens de koeling ervan te regelen, kan de interne structuur ervan worden aangepast om te voldoen aan de prestatie-eisen van het werkstuk onder verschillende werkomstandigheden. Momenteel omvatten de blusmethoden die gewoonlijk worden gebruikt in de industriële productie het enkelvoudig-vloeibaar afschrikken, twee-vloeibaar afschrikken, gefaseerd afschrikken en austemperen. Hieronder bespreken we elk van deze blusmethoden en hun kenmerken.

 

 

1. Enkele-vloeistofblussen

Enkelvoudig-vloeibaar blussen is het meest basale en meest gebruikte blusproces en biedt de eenvoudigste bediening. Concreet wordt het stalen onderdeel eerst verwarmd tot de gespecificeerde afschriktemperatuur. Zodra de interne temperatuur van het onderdeel uniform en goed-geïsoleerd is, wordt het direct in een enkel afschrikmedium geplaatst en continu afgekoeld tot kamertemperatuur, waarmee het afschrikproces wordt voltooid. Gebruikelijke enkelvoudige blusmedia omvatten waterige oplossingen, verschillende blusoliën en lucht. De koelcapaciteit van elk medium varieert en de keuze hangt af van de kenmerken van de staalsoort en de werkstukvereisten.

 

De aanzienlijke voordelen van deze methode liggen in de eenvoud en het gemak ervan, waarbij geen complexe apparatuurschakeling of parametercontrole vereist is, waardoor deze geschikt is voor grootschalige industriële productie-. Wat de toepasbaarheid ervan betreft, heeft de enkele-vloeistofafschrikmethode bepaalde vereisten voor de vorm van het werkstuk. Het is meer geschikt voor eenvoudige werkstukken met ongecompliceerde vormen, geen scherpe randen en geen abrupte dwars-veranderingen. Bij koeling in één medium is het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant van deze werkstukken relatief klein, waardoor de kans op vervorming en barsten kleiner is. Het is ook aanpasbaar aan een breed scala aan staalsoorten en voldoet aan de afschrikbehoeften van onderdelen met een slechte hardbaarheid, zoals staal met een laag-koolstof- en medium-koolstofgehalte, evenals onderdelen met een goede hardbaarheid, zoals gelegeerde en hoog-gelegeerde staalsoorten. Het is een basisblusproces dat vaak wordt gebruikt in de industriële productie.

 

2. Twee-vloeibare blusmethoden

In tegenstelling tot de 'one--shot-koeling'-methode van de single-vloeistof-quenchmethode, maakt de twee-vloeistof-quench-methode gebruik van een'gefaseerde koeling'-benadering, waarbij gebruik wordt gemaakt van twee media met verschillende koelcapaciteiten om een ​​nauwkeurigere koelingscontrole te bereiken. Het proces omvat het verwarmen van het stalen onderdeel tot een austenitische toestand. Nadat volledige austenitisatie is verzekerd, wordt het werkstuk eerst afgeschrikt in een medium met een hoog koelvermogen en snel afgekoeld tot een temperatuur boven de martensietstarttemperatuur (Ms-punt) (meestal rond de 300 graden). Deze fase heeft tot doel de oppervlaktetemperatuur van het werkstuk snel te verlagen voordat er microstructurele transformatie plaatsvindt, waardoor de basis wordt gelegd voor daaropvolgende langzame afkoeling. Vervolgens wordt het werkstuk onmiddellijk overgebracht naar een afschrikmedium met een lager koelvermogen voor verdere koeling. Hierdoor kan het onderkoelde austeniet geleidelijk transformeren in martensiet met een relatief langzame afkoelsnelheid, waardoor uiteindelijk de gewenste microstructuur en mechanische eigenschappen worden bereikt.

 

Veel voorkomende twee-combinaties van vloeibare blusmedia zijn water-olie, water-lucht, olie-lucht, olie-zoutbad en zoutbad-lucht. Verschillende mediacombinaties kunnen flexibel worden aangepast op basis van het werkstukmateriaal en de prestatie-eisen. Het belangrijkste voordeel van de twee-vloeibare afschrikmethode is dat de vervorming en scheurvorming van het werkstuk aanzienlijk worden verminderd. Deze combinatie van "snelle koeling + langzame koeling" verlicht effectief de thermische en structurele spanningen die tijdens het koelproces worden gegenereerd. In de praktijk worden vooral waterkoeling en oliekoeling veel toegepast. Het is echter belangrijk op te merken dat het beheersen van de koeltijd van het onderdeel in het water cruciaal is. Overmatige of onvoldoende koeling kan de afschrikkwaliteit beïnvloeden, en het bepalen van de optimale koeltijd vereist uitgebreide oefening en nauwkeurige berekeningen. Dit proces is met name geschikt voor het afschrikken van onderdelen die gevoelig zijn voor vervorming en scheuren, zoals hoog-koolstof gereedschapsstaal en groot laag-gelegeerd staal, en die hoge prestaties vereisen.

 

3. Gefaseerde afschrikmethode

De gefaseerde afschrikmethode is ook gebaseerd op het concept van gefaseerde koeling en lijkt enigszins op de twee-vloeistofafschrikmethode die in de vorige sectie is besproken, maar vereist een meer geavanceerde regeling van de koeltemperatuur en mediumselectie. Het proces omvat het snel afschrikken van een tot een austenitische toestand verwarmd onderdeel in een gesmolten zoutbad iets boven of onder het Ms-punt. De constante temperatuureigenschappen van het gesmolten zoutbad zorgen ervoor dat het werkstuk snel kan afkoelen tot een temperatuur nabij het Ms-punt. Het werkstuk blijft vervolgens enige tijd in het bad, waardoor de oppervlakte- en kerntemperaturen van het werkstuk geleidelijk naar elkaar toe groeien en dezelfde temperatuur bereiken als het medium. Tijdens dit proces vindt er geen martensitische transformatie plaats. Nadat de wachtperiode is verstreken, wordt het werkstuk uit het bad verwijderd en langzaam afgekoeld in lucht of olie, waardoor de geleidelijke transformatie van het onderkoelde austeniet in martensiet wordt bevorderd.

 

Meestal is het bad dat wordt gebruikt voor het stapsgewijs blussen een nitraat-, alkalisch of zoutbad van 150-260 graden. Binnen dit temperatuurbereik vindt martensitische transformatie voornamelijk plaats in lucht. Vergeleken met blussen met twee vloeistoffen genereert stapsgewijs blussen met een blusmedium van ongeveer 200 graden minder thermische spanning tijdens het afkoelen. Bovendien zorgen de enkele minuten constante temperatuur ervoor dat een beetje austeniet tijdens luchtkoeling in martensiet kan veranderen, waardoor de structurele spanning verder wordt verminderd en scheuren in het werkstuk worden geminimaliseerd. Wat de toepasbaarheid betreft, is stapsgewijs afschrikken iets boven het Ms-punt geschikter voor kleinere onderdelen zoals gelegeerd staal, koolstofstaal en gereedschapsstaal. Getrapt afschrikken iets onder het Ms-punt is geschikt voor grotere staalsoorten met een slechtere hardbaarheid en biedt een beter evenwicht tussen hardbaarheid en vervormingscontrole.

 

4. Austemperen

Austempering is een geavanceerd afschrikproces met striktere controle over de koeltemperatuur en de bewaartijd. Het omvat voornamelijk bainiet-austempering en martensiet-austempering. De juiste procesroute kan worden geselecteerd op basis van de gewenste microstructuur en prestaties van het werkstuk.

 

Voor het austemperen van bainiet omvat het proces het verwarmen van het onderdeel tot een austenitische toestand en het vervolgens snel afschrikken tot een medium bij een temperatuur in de bainiettransformatiezone met een koelsnelheid die groter is dan de kritische koelsnelheid. Het onderdeel wordt vervolgens voldoende lang op deze temperatuur gehouden om een ​​volledige bainiettransformatie van het onderkoelde austeniet te garanderen, waardoor uiteindelijk een bainitische structuur wordt bereikt. Martensitische austempering daarentegen houdt in dat een deel dat tot de austenitische toestand is verwarmd, gedurende een langere periode in een heet bad (zoals een zoutbad of metaalbad) wordt geblust op een temperatuur iets boven het Ms-punt, waardoor het onderkoelde austeniet geleidelijk kan transformeren in martensiet bij een constante temperatuur.

 

Het opmerkelijke voordeel van austemperen is dat het uitstekende algemene mechanische eigenschappen in het werkstuk kan bereiken, waarbij een hoge hardheid wordt gecombineerd met een goede slagvastheid terwijl de vervorming wordt geminimaliseerd. Daarom wordt dit proces vaak gebruikt voor gereedschappen en mallen met complexe vormen, strenge vervormingseisen en de behoefte aan hoge hardheid en slagvastheid. Austempering kan ook effectief de prestaties verbeteren van onderdelen gemaakt van koolstofstaal met een koolstofgehalte van meer dan 0,6%, waardoor aan specifieke bedrijfsvereisten wordt voldaan.

 

5. Samenvatting

Samenvattend hebben enkelvoudig-vloeibaar afschrikken, twee-vloeibaar afschrikken, gefaseerd afschrikken en austemperen elk hun eigen unieke voordelen, geschikt voor stalen onderdelen met verschillende vormen, materialen en prestatie-eisen. Bij de daadwerkelijke productie vereisen de specifieke omstandigheden van het werkstuk een zorgvuldige selectie van afschrikmethoden en nauwkeurige controle van procesparameters om het afschrikproces volledig te benutten en stalen onderdelen van hoge kwaliteit te produceren die voldoen aan de toepassingsvereisten. Hoewel er veel verschillende blusmethoden zijn, is het fundamentele principe het bereiken van de juiste microstructuur om aan de vereiste prestaties te voldoen, of het aanpassen van de blusmethode om vervorming en scheuren te voorkomen. Een warmtebehandelingsingenieur die deze twee belangrijke aspecten beheerst, is zeer bekwaam.