กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนสำหรับเหล็กเส้นคาร์บอนมีอะไรบ้าง?

เหล็กเส้นคาร์บอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ ในฐานะซัพพลายเออร์แท่งเหล็กคาร์บอน ฉันเข้าใจถึงความสำคัญของกระบวนการบำบัดความร้อนในการเพิ่มประสิทธิภาพของแท่งเหล่านี้ ในบล็อกนี้ ผมจะพูดถึงกระบวนการบำบัดความร้อนที่สำคัญสำหรับแท่งเหล็กกล้าคาร์บอน

การหลอม

การหลอมเป็นกระบวนการบำบัดความร้อนขั้นพื้นฐานสำหรับแท่งเหล็กคาร์บอน วัตถุประสงค์หลักของการหลอมคือเพื่อลดความเครียดภายใน ปรับแต่งโครงสร้างเกรน และปรับปรุงความเหนียวและความสามารถในการแปรรูปของเหล็ก

การหลอมมีหลายประเภท เช่น การหลอมแบบเต็ม การหลอมแบบกระบวนการ และการหลอมแบบทรงกลม

การอบอ่อนแบบเต็มเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่แท่งเหล็กกล้าคาร์บอนให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตส่วนบน (Ac3 สำหรับเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์และ Accm สำหรับเหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์) โดยคงไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นเวลาเพียงพอเพื่อให้ออสเทนไนเซชันสมบูรณ์ จากนั้นค่อย ๆ เย็นลงในเตาเผา กระบวนการทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ นี้ส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างเพิร์ลไลต์หยาบในเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ และโครงสร้างของเพิร์ลไลต์ - ซีเมนต์ไนต์ในเหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ อัตราการทำความเย็นที่ช้าช่วยให้แน่ใจว่าความเครียดภายในลดลง และขนาดเกรนก็ได้รับการขัดเกลา ตัวอย่างเช่นในการผลิตของเหล็กเส้นคาร์บอนสูงสามารถใช้การหลอมแบบเต็มเพื่อปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปก่อนดำเนินการต่อไป

ในทางกลับกัน กระบวนการอบอ่อน โดยทั่วไปจะใช้กับแท่งเหล็กกล้าคาร์บอนงานเย็น แท่งจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติที่ต่ำกว่า (Ac1) และคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อบรรเทาความเครียดภายในที่เกิดจากการทำงานที่เย็น กระบวนการนี้จะทำให้เหล็กอ่อนตัวลงและเหมาะสำหรับงานเย็นเพิ่มเติม

การหลอมแบบ Spheroidizing ส่วนใหญ่ใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนสูง เหล็กถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า Ac1 เพียงเล็กน้อยและคงไว้เป็นเวลานาน ในระหว่างกระบวนการนี้ ซีเมนไทต์ในเหล็กจะก่อตัวเป็นอนุภาคทรงกลมภายในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์ โครงสร้างทรงกลมนี้ปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปของเหล็กกล้าคาร์บอนสูง เนื่องจากอนุภาคซีเมนต์ไนต์ทรงกลมมีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าเครื่องมือตัดเมื่อเทียบกับซีเมนต์ลาเมลลาร์ในเพิร์ลไลต์

การทำให้เป็นมาตรฐาน

การทำให้เป็นมาตรฐานเป็นกระบวนการบำบัดความร้อนคล้ายกับการอบอ่อนเต็มที่ แต่มีอัตราการเย็นตัวที่เร็วกว่า แท่งเหล็กคาร์บอนถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤติด้านบน และคงไว้เป็นเวลาสั้นๆ เพื่อให้เกิดออสเทนไนซ์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในอากาศ

อัตราการเย็นตัวที่เร็วขึ้นในการทำให้เป็นมาตรฐานส่งผลให้โครงสร้างเกรนละเอียดกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการหลอมแบบเต็ม ขนาดเกรนที่ละเอียดยิ่งขึ้นนี้ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของแท่งเหล็กคาร์บอน เหล็กเส้นคาร์บอนธรรมดามักใช้ในการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูง เช่น ในอุตสาหกรรมก่อสร้างเหล็กเส้นเหล็กเส้นสำหรับงานก่อสร้างสามารถปรับให้เป็นมาตรฐานเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและรับประกันความสามารถในการรับน้ำหนักในโครงสร้างอาคาร

high carbon steel rods (2) Carbon Steel Rebar

การทำให้เป็นมาตรฐานยังช่วยกำจัดโครงสร้างแถบสีที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการรีดร้อนของแท่งเหล็กกล้าคาร์บอน โครงสร้างแถบคาดประกอบด้วยชั้นเฟอร์ไรต์และเพิร์ลไลต์สลับกัน ซึ่งสามารถนำไปสู่คุณสมบัติแอนไอโซโทรปิกในเหล็กได้ เมื่อทำให้เป็นมาตรฐาน โครงสร้างแถบสีจะถูกทำลาย และได้รับโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอมากขึ้น

การดับ

การชุบแข็งเป็นกระบวนการทำความเย็นอย่างรวดเร็วซึ่งใช้ในการทำให้แท่งเหล็กคาร์บอนแข็งตัว แท่งจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตส่วนบนเพื่อก่อตัวเป็นออสเทนไนต์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยการจุ่มแท่งลงในตัวกลางที่ทำให้เย็นลง เช่น น้ำ น้ำมัน หรือสารละลายโพลีเมอร์

อัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็วในระหว่างการดับจะยับยั้งการก่อตัวของเพิร์ลไลต์และเบนไนต์ และส่งเสริมการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ ซึ่งเป็นเฟสที่แข็งและเปราะมาก ความแข็งของแท่งเหล็กคาร์บอนดับขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและอัตราการเย็นตัว เหล็กกล้าคาร์บอนที่สูงขึ้นสามารถบรรลุระดับความแข็งที่สูงขึ้นหลังจากการชุบแข็ง

อย่างไรก็ตาม การชุบแข็งยังทำให้เกิดความเค้นภายในสูงในแท่งเหล็ก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างรวดเร็วซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนรูปเป็นมาร์เทนไซต์ ความเครียดภายในเหล่านี้สามารถนำไปสู่การแตกร้าวได้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม ดังนั้นการดับจึงมักตามมาด้วยการแบ่งเบาบรรเทา

การแบ่งเบาบรรเทา

การแบ่งเบาบรรเทาเป็นกระบวนการบำบัดความร้อนที่ดำเนินการหลังจากการชุบเพื่อลดความเปราะบางของแท่งเหล็กคาร์บอนที่ดับแล้วและปรับปรุงความเหนียว แท่งดับจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า Ac1 ซึ่งคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในอัตราที่ควบคุมได้

ในระหว่างการอบคืนตัว มาร์เทนไซต์ในเหล็กชุบแข็งจะสลายตัว และความเค้นภายในจะถูกบรรเทาลง ความแข็งของเหล็กลดลงในขณะที่ความเหนียวเพิ่มขึ้น มีอุณหภูมิและเวลาในการอบคืนตัวที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่ต้องการของแท่งเหล็กคาร์บอน

การอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 250°C) ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อบรรเทาความเครียดภายในเหล็กชุบแข็งโดยไม่ลดความแข็งลงอย่างมีนัยสำคัญ การอบคืนตัวประเภทนี้มักนำไปใช้กับเครื่องมือและชิ้นส่วนที่ต้องการความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ เช่นเหล็กเส้นคาร์บอนใช้ในแอปพลิเคชันพิเศษบางอย่าง

การอบคืนตัวด้วยอุณหภูมิปานกลาง (250 - 500°C) ส่งผลให้ได้ส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว เหล็กจะเปราะน้อยลงในขณะที่ยังคงรักษาระดับความแข็งแกร่งไว้ค่อนข้างสูง

การอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 500°C) ใช้เพื่อให้ได้เหล็กที่มีความเหนียวและเหนียวมากขึ้นโดยมีความแข็งต่ำกว่า เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเหนียวสูง เช่น ในส่วนประกอบทางกลบางอย่าง

การชุบแข็งกรณี

การชุบแข็งเคสเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ใช้ในการทำให้พื้นผิวของแท่งเหล็กคาร์บอนแข็งขึ้นโดยยังคงรักษาแกนกลางที่แข็งแรงไว้ การชุบแข็งกรณีมีสองประเภทหลัก: คาร์บูไรซิ่งและไนไตรด์

การเติมคาร์บอนเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแท่งเหล็กคาร์บอนในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยคาร์บอน เช่น ตัวกลางที่ใช้เติมคาร์บูไรซิ่งที่เป็นก๊าซหรือของเหลว ที่อุณหภูมิสูง (ปกติจะอยู่ที่ประมาณ 900 - 950°C) อะตอมของคาร์บอนกระจายเข้าสู่พื้นผิวของเหล็ก ทำให้ปริมาณคาร์บอนในชั้นผิวเพิ่มขึ้น หลังจากคาร์บูไรซ์แล้ว แท่งจะถูกชุบแข็งและอบคืนตัวเพื่อทำให้ชั้นคาร์บูไรซ์แข็งตัว กระบวนการนี้เหมาะสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เนื่องจากสามารถเพิ่มความแข็งของพื้นผิวและความต้านทานการสึกหรอได้โดยไม่ทำให้ความแข็งแกร่งของแกนลดลง

ไนไตรดิ้งเป็นกระบวนการที่อะตอมของไนโตรเจนกระจายเข้าสู่พื้นผิวของแท่งเหล็กคาร์บอน แท่งจะถูกให้ความร้อนในบรรยากาศที่อุดมไปด้วยไนโตรเจน เช่น ก๊าซแอมโมเนีย ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (ปกติจะอยู่ที่ประมาณ 500 - 600°C) ไนไตรดิ้งจะสร้างชั้นไนไตรด์แข็งบนพื้นผิวของเหล็ก ซึ่งให้ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานต่อความเมื่อยล้าได้ดีเยี่ยม แท่งเหล็กกล้าคาร์บอนไนไตรด์มักใช้ในการใช้งานที่ต้องการความแข็งพื้นผิวสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี เช่น ในส่วนประกอบของยานยนต์และอวกาศ

ผลกระทบต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์และการใช้งาน

การเลือกกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพและการใช้งานของแท่งเหล็กกล้าคาร์บอน แท่งอบอ่อนเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเหนียวและความสามารถในการแปรรูปสูง เช่น ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน แท่งมาตรฐานเป็นที่นิยมในการก่อสร้างและการใช้งานด้านโครงสร้าง เนื่องจากมีความแข็งแรงและความสม่ำเสมอที่ดี

แท่งเหล็กชุบแข็งและชุบแข็งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่ต้องการความแข็งแกร่งและความเหนียวสูง เช่น ในการผลิตเพลา เฟือง และสปริง แท่งชุบแข็งแบบเคสเหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่ต้องการความแข็งพื้นผิวและความต้านทานการสึกหรอสูง ขณะเดียวกันก็รักษาแกนที่แข็งแกร่ง เช่น ในอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องจักร

ในฐานะซัพพลายเออร์แท่งเหล็กคาร์บอน เราเลือกกระบวนการอบชุบความร้อนที่เหมาะสมอย่างระมัดระวังโดยพิจารณาจากความต้องการของลูกค้าและการใช้งานที่ต้องการของแท่งเหล็ก เรามั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ของเราตรงตามมาตรฐานคุณภาพสูงสุดผ่านมาตรการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดในระหว่างกระบวนการบำบัดความร้อน

หากคุณสนใจที่จะซื้อเหล็กเส้นคาร์บอนหรือมีคำถามใดๆ เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอบร้อนของเรา โปรดติดต่อเราเพื่อขอรายละเอียดเพิ่มเติม เรามุ่งมั่นที่จะมอบแท่งเหล็กคาร์บอนคุณภาพดีที่สุดและการบริการลูกค้าที่เป็นเลิศให้กับคุณ

อ้างอิง

คู่มือ ASM เล่มที่ 4: การรักษาความร้อน, ASM International
Metals Handbook Desk Edition, ASM International
Callister, WD และ Rethwisch, DG (2017) วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์: บทนำ ไวลีย์.