ชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอน
เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ประมาณ 0.05 ถึง 3.8 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักคำจำกัดความของเหล็กกล้าคาร์บอนจาก American Iron and Steel Institute (AISI) ระบุว่า:
1. ไม่มีการระบุหรือกำหนดปริมาณขั้นต่ำสำหรับโครเมียม โคบอลต์ โมลิบดีนัม นิกเกิล ไนโอเบียม ไทเทเนียม ทังสเตน วาเนเดียม เซอร์โคเนียม หรือองค์ประกอบอื่นใดที่จะเติมเพื่อให้ได้ผลการผสมที่ต้องการ
2. ขั้นต่ำที่กำหนดสำหรับทองแดงไม่เกินร้อยละ 0.40
3. หรือเนื้อหาสูงสุดที่ระบุสำหรับองค์ประกอบใด ๆ ต่อไปนี้ไม่เกินเปอร์เซ็นต์ที่ระบุไว้: แมงกานีสร้อยละ 1.65;ซิลิคอน 0.60 เปอร์เซ็นต์;ทองแดง 0.60 เปอร์เซ็นต์
คำว่าเหล็กกล้าคาร์บอนอาจใช้อ้างอิงถึงเหล็กกล้าที่ไม่ใช่เหล็กกล้าไร้สนิมในการใช้เหล็กกล้าคาร์บอนนี้อาจรวมถึงเหล็กกล้าโลหะผสมเหล็กกล้าคาร์บอนสูงมีประโยชน์หลายอย่าง เช่น เครื่องกัด เครื่องมือตัด (เช่น สิ่ว) และลวดที่มีความแข็งแรงสูงการใช้งานเหล่านี้ต้องการโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดกว่ามาก ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทาน
เมื่อเปอร์เซ็นต์คาร์บอนเพิ่มขึ้น เหล็กก็มีความสามารถในการแข็งตัวและแข็งแรงขึ้นผ่านการอบชุบด้วยความร้อนแต่มันมีความเหนียวน้อยลงโดยไม่คำนึงถึงการอบชุบด้วยความร้อน ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะช่วยลดความสามารถในการเชื่อมได้ในเหล็กกล้าคาร์บอน ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะทำให้จุดหลอมเหลวลดลง
วัตถุประสงค์ของการอบชุบเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยความร้อนคือเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางกลของเหล็ก ซึ่งได้แก่ ความเหนียว ความแข็ง ความแข็งแรงของผลผลิต หรือความต้านทานแรงกระแทกโปรดทราบว่าค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเช่นเดียวกับเทคนิคการเสริมความแข็งแกร่งส่วนใหญ่สำหรับเหล็ก โมดูลัสของ Young (ความยืดหยุ่น) จะไม่ได้รับผลกระทบการรักษาความเหนียวของการค้าเหล็กทั้งหมดเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและในทางกลับกันเหล็กมีความสามารถในการละลายคาร์บอนในเฟสออสเทนไนต์ได้สูงกว่าดังนั้นการบำบัดความร้อนทั้งหมด ยกเว้นการทำให้เป็นทรงกลมและการอบอ่อนของกระบวนการ เริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่สามารถมีเฟสออสเทนนิติกได้จากนั้นเหล็กจะถูกดับ (ดึงความร้อนออก) ในอัตราปานกลางถึงต่ำเพื่อให้คาร์บอนกระจายออกจากออสเทนไนต์ที่ขึ้นรูปเป็นเหล็กคาร์ไบด์ (ซีเมนต์ไทต์) และปล่อยให้เฟอร์ไรต์หรือในอัตราสูง ดักจับคาร์บอนภายในเหล็กจึงเกิดมาร์เทนไซต์ .อัตราที่เหล็กถูกทำให้เย็นลงผ่านอุณหภูมิยูเทคตอยด์ (ประมาณ 727 °C) ส่งผลต่ออัตราที่คาร์บอนแพร่กระจายออกจากออสเทนไนต์และก่อตัวเป็นซีเมนไทต์โดยทั่วไปแล้ว การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจะทำให้ไอรอนคาร์ไบด์กระจายตัวอย่างประณีต และทำให้เกิดเพิร์ลไลต์ที่มีเม็ดละเอียด และการระบายความร้อนอย่างช้าๆ จะทำให้ได้เพิร์ลไลต์ที่หยาบกว่าการระบายความร้อนของเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ (น้อยกว่า 0.77 wt% C) ส่งผลให้เกิดโครงสร้างลาเมลลาร์-เพิร์ลลิติกของชั้นเหล็กคาร์ไบด์ที่มี α-เฟอร์ไรต์ (เหล็กเกือบบริสุทธิ์) อยู่ระหว่างนั้นถ้าเป็นเหล็กไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ (มากกว่า 0.77 wt% C) โครงสร้างจะเป็นเพิร์ลไลต์เต็มโดยมีเม็ดเล็กๆ (ขนาดใหญ่กว่าแผ่นเพิร์ลไลต์) ของซีเมนต์ไนต์ที่เกิดขึ้นบนขอบของเมล็ดข้าวเหล็กกล้ายูเทคตอยด์ (คาร์บอน 0.77%) จะมีโครงสร้างมุกไลต์ตลอดทั้งเมล็ดโดยไม่มีซีเมนไทต์อยู่ที่ขอบเขตจำนวนองค์ประกอบสัมพัทธ์พบได้โดยใช้กฎคานต่อไปนี้เป็นรายการประเภทของการบำบัดความร้อนที่เป็นไปได้
เหล็กกล้าโลหะผสมคือเหล็กกล้าที่ผสมกับธาตุหลายชนิดในปริมาณรวมระหว่าง 1.0% ถึง 50% โดยน้ำหนักเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลเหล็กกล้าโลหะผสมแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: เหล็กกล้าโลหะผสมต่ำและเหล็กกล้าโลหะผสมสูงความแตกต่างระหว่างทั้งสองเป็นที่ถกเถียงกันSmith และ Hashemi กำหนดความแตกต่างไว้ที่ 4.0% ในขณะที่ Degarmo และคณะ กำหนดไว้ที่ 8.0%โดยทั่วไป คำว่า "โลหะผสมเหล็ก" หมายถึงเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ
พูดอย่างเคร่งครัด เหล็กทุกชนิดเป็นโลหะผสม แต่ไม่ใช่เหล็กทั้งหมดที่เรียกว่า "โลหะผสมเหล็ก"เหล็กที่ง่ายที่สุดคือเหล็ก (Fe) ผสมกับคาร์บอน (C) (ประมาณ 0.1% ถึง 1% ขึ้นอยู่กับประเภท)อย่างไรก็ตาม คำว่า "โลหะผสมเหล็ก" เป็นคำมาตรฐานที่หมายถึงเหล็กที่มีองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ เพิ่มโดยเจตนานอกเหนือจากคาร์บอนสารผสมโลหะผสมทั่วไป ได้แก่ แมงกานีส (ชนิดที่พบมากที่สุด), นิกเกิล, โครเมียม, โมลิบดีนัม, วานาเดียม, ซิลิคอน และโบรอนโลหะผสมที่พบได้น้อย ได้แก่ อะลูมิเนียม โคบอลต์ ทองแดง ซีเรียม ไนโอเบียม ไทเทเนียม ทังสเตน ดีบุก สังกะสี ตะกั่ว และเซอร์โคเนียม
ต่อไปนี้คือช่วงของคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุงในโลหะผสมเหล็ก (เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน): ความแข็งแรง ความแข็ง ความเหนียว ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการชุบแข็ง และความแข็งเมื่อร้อนเพื่อให้บรรลุถึงคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้ โลหะอาจจำเป็นต้องได้รับการบำบัดด้วยความร้อน
บางส่วนของสิ่งเหล่านี้พบการใช้งานในการใช้งานที่แปลกใหม่และมีความต้องการสูง เช่น ในใบพัดกังหันของเครื่องยนต์ไอพ่น และในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เนื่องจากคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกของเหล็ก โลหะผสมเหล็กบางชนิดจึงพบการใช้งานที่สำคัญซึ่งการตอบสนองต่อแม่เหล็กมีความสำคัญมาก รวมถึงในมอเตอร์ไฟฟ้าและในหม้อแปลงไฟฟ้า
การทำให้เป็นทรงกลม
Spheroidite ก่อตัวขึ้นเมื่อเหล็กกล้าคาร์บอนถูกให้ความร้อนถึงประมาณ 700 °C เป็นเวลานานกว่า 30 ชั่วโมงSpheroidite สามารถก่อตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า แต่เวลาที่ต้องใช้จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ควบคุมการแพร่กระจายผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างของแท่งหรือทรงกลมของซีเมนไทต์ภายในโครงสร้างหลัก (เฟอร์ไรต์หรือเพิร์ลไลต์ ขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ด้านใดของยูเทคตอยด์)จุดประสงค์คือเพื่อทำให้เหล็กกล้าคาร์บอนสูงขึ้นอ่อนตัวลงและช่วยให้ขึ้นรูปได้มากขึ้นนี่คือเหล็กรูปแบบที่อ่อนที่สุดและเหนียวที่สุด
การหลอมแบบเต็ม
เหล็กกล้าคาร์บอนถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 40 °C เหนือ Ac3 หรือ Acm เป็นเวลา 1 ชั่วโมงสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าเฟอร์ไรต์ทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นออสเทนไนต์ (แม้ว่าซีเมนไทต์อาจยังคงอยู่หากปริมาณคาร์บอนมากกว่ายูเทคตอยด์)เหล็กจะต้องเย็นลงอย่างช้าๆ ที่อุณหภูมิ 20 °C (36 °F) ต่อชั่วโมงโดยปกติแล้วจะใช้เพียงการระบายความร้อนด้วยเตาเผา โดยที่เตาจะปิดลงโดยที่ยังมีเหล็กอยู่ข้างในส่งผลให้มีโครงสร้างมุกหยาบ ซึ่งหมายความว่า "แถบ" ของเพิร์ลไลต์มีความหนาเหล็กอบอ่อนทั้งชิ้นมีความอ่อนและเหนียว โดยไม่มีแรงเค้นภายใน ซึ่งมักจำเป็นสำหรับการขึ้นรูปที่คุ้มค่าเฉพาะเหล็กทรงกลมเท่านั้นที่จะนุ่มและเหนียวกว่า
กระบวนการหลอม
กระบวนการที่ใช้ในการบรรเทาความเครียดในเหล็กกล้าคาร์บอนงานเย็นที่มีอุณหภูมิน้อยกว่า 0.3% C โดยปกติเหล็กจะได้รับความร้อนที่ 550–650 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง แต่บางครั้งอาจมีอุณหภูมิสูงถึง 700 °Cรูปภาพทางขวา[ต้องการคำชี้แจง] แสดงบริเวณที่กระบวนการหลอมเกิดขึ้น
การหลอมด้วยความร้อนแบบไอโซเทอร์มอล
เป็นกระบวนการที่เหล็กไฮโปยูเทคตอยด์ได้รับความร้อนเหนืออุณหภูมิวิกฤตส่วนบนอุณหภูมินี้จะถูกคงไว้ระยะหนึ่ง จากนั้นจึงลดลงให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติที่ต่ำกว่า และคงไว้อีกครั้งจากนั้นจึงทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องวิธีนี้ช่วยลดการไล่ระดับอุณหภูมิ
การทำให้เป็นมาตรฐาน
เหล็กกล้าคาร์บอนถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 55 °C เหนือ Ac3 หรือ Acm เป็นเวลา 1 ชั่วโมงสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าเหล็กจะเปลี่ยนเป็นออสเทนไนต์อย่างสมบูรณ์จากนั้นเหล็กจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศ ซึ่งมีอัตราการทำความเย็นประมาณ 38 °C (100 °F) ต่อนาทีส่งผลให้มีโครงสร้างมุกละเอียดและมีโครงสร้างที่สม่ำเสมอมากขึ้นเหล็กธรรมดามีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กอบอ่อนมีความแข็งแรงและความแข็งค่อนข้างสูง
การดับ
เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีอุณหภูมิอย่างน้อย 0.4 wt% C จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิปกติ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (ดับ) ในน้ำ น้ำเกลือ หรือน้ำมันจนถึงอุณหภูมิวิกฤติอุณหภูมิวิกฤติขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน แต่ตามกฎทั่วไปแล้วอุณหภูมิจะลดลงเมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้นส่งผลให้เกิดโครงสร้างมาร์เทนซิติกรูปแบบของเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนอิ่มตัวยิ่งยวดในโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง (BCC) ที่ผิดรูป ซึ่งเรียกอย่างถูกต้องว่า tetragonal (BCT) ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง โดยมีความเครียดภายในมากเหล็กชุบแข็งจึงมีความแข็งมากแต่เปราะ มักจะเปราะเกินไปสำหรับการใช้งานจริงความเค้นภายในเหล่านี้อาจทำให้เกิดการแตกร้าวของความเค้นบนพื้นผิวเหล็กชุบแข็งจะมีความแข็งประมาณสามเท่า (สี่ที่มีคาร์บอนมากกว่า) มากกว่าเหล็กธรรมดา
Martempering (มาร์เควนชิ่ง)
Martempering ไม่ใช่ขั้นตอนการแบ่งเบาบรรเทาจริงๆ ดังนั้นคำว่า Martemperingเป็นรูปแบบหนึ่งของการบำบัดความร้อนด้วยความร้อนคงที่ซึ่งใช้หลังจากการดับครั้งแรก โดยทั่วไปในอ่างเกลือหลอมเหลว ที่อุณหภูมิสูงกว่า "อุณหภูมิเริ่มต้นของมาร์เทนไซต์" เล็กน้อยที่อุณหภูมินี้ ความเค้นตกค้างภายในวัสดุจะถูกบรรเทาลง และเบนไนต์บางส่วนอาจก่อตัวขึ้นจากออสเทนไนต์ที่ตกค้างซึ่งไม่มีเวลาที่จะเปลี่ยนเป็นสิ่งอื่นในอุตสาหกรรม นี่เป็นกระบวนการที่ใช้ในการควบคุมความเหนียวและความแข็งของวัสดุด้วยการมาร์เควนกิ้งที่นานขึ้น ความเหนียวจะเพิ่มขึ้นโดยสูญเสียความแข็งแรงเพียงเล็กน้อยเหล็กจะถูกยึดไว้ในสารละลายนี้จนกว่าอุณหภูมิภายในและภายนอกของชิ้นส่วนจะเท่ากันจากนั้นเหล็กจะถูกทำให้เย็นลงด้วยความเร็วปานกลางเพื่อให้อุณหภูมิมีความลาดชันน้อยที่สุดกระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดความเครียดภายในและการแตกร้าวของความเครียดเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความต้านทานต่อแรงกระแทกอีกด้วย
การแบ่งเบาบรรเทา
นี่คือการรักษาความร้อนที่พบบ่อยที่สุด เนื่องจากสามารถกำหนดคุณสมบัติสุดท้ายได้อย่างแม่นยำโดยอุณหภูมิและเวลาในการแบ่งเบาบรรเทาการแบ่งเบาบรรเทาเกี่ยวข้องกับการอุ่นเหล็กชุบแข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิยูเทคตอยด์แล้วจึงเย็นลงอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้สฟีรอยด์ไนต์ก่อตัวได้ในปริมาณน้อยมาก ซึ่งจะทำให้คืนความเหนียวกลับคืนมา แต่ความแข็งจะน้อยลงอุณหภูมิและเวลาจริงได้รับการคัดเลือกมาอย่างดีสำหรับแต่ละองค์ประกอบ
ความสง่างาม
กระบวนการออสเทมเปอร์นั้นเหมือนกับมาร์เทมเปอร์ ยกเว้นว่าการชุบแข็งจะถูกขัดจังหวะและเหล็กจะถูกเก็บไว้ในอ่างเกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิระหว่าง 205 °C ถึง 540 °C จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในอัตราปานกลางผลลัพธ์ที่ได้คือเหล็กที่เรียกว่าเบนไนต์ ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคแบบแอคคูลาร์ในเหล็กซึ่งมีความแข็งแรงสูง (แต่น้อยกว่ามาร์เทนไซต์) มีความเหนียวมากกว่า ทนต่อแรงกระแทกได้สูงกว่า และการบิดเบือนน้อยกว่าเหล็กกล้ามาร์เทนไซต์ข้อเสียของการปรับออสเทมเปอร์คือใช้ได้กับเหล็กบางชนิดเท่านั้น และต้องใช้อ่างเกลือพิเศษ
เหล็กกล้าคาร์บอนซีเอ็นซี
กลึงบุชสำหรับเพลา
เหล็กกล้าคาร์บอนซีเอ็นซี
การกลึงอโนไดซ์สีดำ
บูชอะไหล่ด้วย
การรักษาใส่ร้ายป้ายสี
การกลึงเหล็กกล้าคาร์บอน
ชิ้นส่วนที่มีแถบหกเหลี่ยม
เหล็กกล้าคาร์บอน
ชิ้นส่วนเกียร์ DIN
เหล็กกล้าคาร์บอน
การปลอมชิ้นส่วนเครื่องจักรกล
เหล็กกล้าคาร์บอนซีเอ็นซี
การกลึงชิ้นส่วนด้วยฟอสเฟต
บูชอะไหล่ด้วย
การรักษาใส่ร้ายป้ายสี
