کدام یک از فولاد بهترین کاندیدای عملیات حرارتی است؟

همه فولادها به همان اندازه به خوبی به عملیات حرارتی پاسخ نمی دهند. کاندیدای "بهترین" برای عملیات حرارتی فولادی است که در صورت قرار گرفتن در معرض فرآیندهای مانند بازپخت ، خاموش کردن یا مزاج ، دچار تغییرات قابل توجهی و قابل پیش بینی در خواص (مانند سختی ، استحکام یا سختی) می شود. در میان انواع مختلف فولاد ، - to - فولادهای کربن بالا و فولادهای ابزار به عنوان کاندیداهای برتر معرفی می شوند. ترکیب آلیاژ آنها- به طور خاص محتوای کربن و عناصر آلیاژ آنها- به آنها اجازه می دهد تا در حین عملیات حرارتی تحت تحولات ریزساختاری چشمگیر قرار بگیرند و در نتیجه خصوصیات مکانیکی متناسب ایجاد می کنند که آنها را برای طیف گسترده ای از برنامه ها ایده آل می کند.
چه چیزی باعث می شود فولاد کاندیدای خوبی برای عملیات حرارتی باشد؟
مناسب بودن فولاد برای عملیات حرارتی بستگی به توانایی آن در تشکیل مارتنزیت (یک ریزساختار سخت و شکننده) در هنگام خاموش کردن و حفظ یا تنظیم خواص در حین خنک کردن دارد. عوامل اصلی شامل موارد زیر است:
• میزان کربن: کربن عنصر اصلی است که سخت شدن را امکان پذیر می کند. فولادهای دارای 0.3-1.5 ٪ محتوای کربن به بهترین وجه پاسخ می دهند ، زیرا می توانند در هنگام خاموش شدن مارتنزیت کافی تشکیل دهند.
• عناصر آلیاژ: عناصری مانند منگنز ، کروم ، مولیبدن یا وانادیوم باعث افزایش سخت بودن (توانایی تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک کننده) و تثبیت خواص در حین خنک شدن می شوند.
• پاسخگویی ریزساختاری: فولاد باید هنگام گرم شدن و خنک شدن ، تغییرات فاز قابل پیش بینی (به عنوان مثال ، آستنیت به مارتنزیت) را انجام دهد و امکان تنظیم املاک مداوم را فراهم می کند.
فولادهای فاقد این صفات - مانند فولادهای کربن کم -<0.3% carbon) or some stainless steels-show little improvement with heat treatment, making them poor candidates.​
متوسط ​​- to - فولادهای کربن بالا: همه کاره و پاسخگو
فولادهای کربن متوسط ​​- (0.3-0.6 ٪ کربن) و فولادهای کربن {3} بالا (کربن 0.6-1.5 ٪) به دلیل محتوای کربن متعادل و پاسخگویی به فرآیندهایی مانند خاموش و معتدل ، نامزدهای عملیات حرارتی عالی هستند.
نمونه ها و مزایای عملیات حرارتی آنها:
• فولاد 1045 (کربن متوسط ​​، 0.45 ٪ کربن): این یکی از محبوب ترین فولادها برای DIY و عملیات حرارتی صنعتی است. هنگامی که در روغن خاموش و خسته می شود ، به استحکام کششی 100،000 تا 120،000 psi و سختی 30-45 HRC- ایده آل برای قطعاتی مانند پیچ ​​ها ، شفت ها و چرخ دنده هایی که بدون شلاق شدید نیاز دارند ، می رسد. محتوای کم آلیاژ آن باعث می شود گرمای گرمای با تجهیزات اساسی (به عنوان مثال ، یک مشعل و اجاق گاز پروپان) آسان شود و از تغییرات دما جزئی بخشنده است.
• 1075 فولاد (کربن بالا ، 0.75 ٪ کربن): با کربن بیشتر ، پس از خاموش شدن به 55-60 HRC سخت می شود و آن را برای ابزارهایی مانند چاقو ، چشمه و مشت مناسب می کند. درجه حرارت در 350 درجه فارنهایت (177 درجه) ضمن حفظ سختی کافی برای برش یا مقاومت در برابر سایش ، شکنندگی را کاهش می دهد. این به خوبی به فرونشست روغن پاسخ می دهد ، که حتی برای مبتدیان ، خطر ترک خوردگی را به حداقل می رساند.
• فولاد 1095 (کربن بالا ، 0.95 ٪ کربن): مورد علاقه تیغه های چاقو ، هنگام خاموش شدن به 60-65 HRC می رسد و حفظ لبه استثنایی را ارائه می دهد. در حالی که کمی بیشتر در معرض ترک خوردگی نسبت به 1075 است ، با گرمایش دقیق و فرونشست روغن قابل کنترل است. درجه حرارت در 300-350 درجه F (149-177 درجه) سختی و چقرمگی را متعادل می کند و از تراش در هنگام استفاده جلوگیری می کند.
چرا آنها برتری دارند:
• سخت شدن قابل پیش بینی: محتوای کربن آنها به آنها اجازه می دهد تا مارتنزیت را با خاموش کردن روغن (بدون نیاز به خنک کننده سریع آب) تشکیل دهند و اعوجاج را کاهش دهند.
• خصوصیات متعادل: پس از خنک شدن ، آنها ترکیبی از استحکام ، سختی و چقرمگی را ارائه می دهند - بر خلاف فولادهای کربن کم- ، که نرم باقی می مانند ، یا فوق العاده-- فولادهای کربن ، که خیلی شکننده هستند.
• دسترسی و هزینه: آنها به طور گسترده در دسترس ، مقرون به صرفه و سازگار با تنظیمات اولیه عملیات حرارتی (به عنوان مثال ، مشعل پروپان و اجاق های آشپزخانه) هستند و آنها را برای DIYers ایده آل می کنند.
فولادهای ابزار: برای عملیات حرارتی مهندسی شده است
فولادهای ابزار دارای آلیاژهای عملکردی بالا-}}} است که به طور خاص برای عملیات حرارتی طراحی شده اند ، با محتوای کربن از 0.5-2.0 ٪ و عناصر آلیاژ اضافه شده برای تقویت سخت بودن و مقاومت در برابر سایش.
نامزدهای برتر و کاربردهای آنها:
• فولاد ابزار O1 (0.9 ٪ کربن ، با منگنز و تنگستن): O1 مورد علاقه ابزارهای دقیق مانند مرگ ، شیرها و چاقوهای با کیفیت بالا {3} است. این قابلیت سختگیری عالی- حتی خنک کننده آهسته (هوا یا روغن) مارتنزیت را تشکیل می دهد و باعث کاهش پیچ و تاب می شود. پس از فرونشاندن و خستگی ، 58-62 HRC با مقاومت در برابر سایش برتر به دست می آید. همچنین ماشین قبل از عملیات حرارتی آسان است و آن را به یک انتخاب محبوب برای ابزارهای سفارشی تبدیل می کند.
• فولاد ابزار W1 (1.0-1.2 ٪ کربن): یک فولاد ابزار آلیاژ ساده ، کم- ، آن را به 60-65 HRC سخت می کند و برای ابزارهای نجاری (اسکناس ، تیغه های هواپیما) و ابزارهای فلزکاری کوچک ایده آل است. برای سختی کامل به آب یا آب نمک نیاز دارد ، اما عملیات حرارتی ساده آن (بدون ملاحظات آلیاژ پیچیده) آن را به گزینه خوبی برای DIYers با تجربه تبدیل می کند.
• فولاد ابزار D2 (1.5 ٪ کربن ، با کروم): برای مقاومت در برابر سایش شدید شناخته شده است ، از آن برای ابزارهای صنعتی مانند مشت ، تیغه برشی و درج قالب استفاده می شود. این به 58-62 HRC سخت می شود و سختی را در دماهای بالاتر از فولادهای کربن حفظ می کند. در حالی که به عملیات حرارتی دقیق تری نیاز دارد (به عنوان مثال ، کنترل کننده کنترل شده در 1750 درجه F/954 درجه) ، آن را با عمر طولانی ابزار ، پردازش دقیق می کند.
چرا آنها برتری دارند:
• سختگیری افزایش یافته: عناصر آلیاژ مانند کروم و مولیبدن به آنها اجازه می دهد حتی با خنک کننده آهسته و باعث کاهش اعوجاج شوند.
• پایداری معتدل: آنها سختی را در دماهای با درجه حرارت بالاتر حفظ می کنند ، و آنها را برای ابزارهایی که باعث ایجاد گرمای اصطکاک می شوند (به عنوان مثال ، تیغه های اره) مناسب می کنند.
• خواص هدفمند: هر فولاد ابزار برای نیازهای خاص (به عنوان مثال ، مقاومت در برابر سایش برای D2 ، قابلیت ماشین سازی برای O1) تدوین می شود ، و اطمینان حاصل می کند که نتایج عملیات حرارتی با نیازهای کاربردی مطابقت دارد.
چگونه این فولادها با انواع دیگر مقایسه می شوند
فولادهای دیگر در پاسخگویی به عملیات حرارتی کوتاه می آیند:
• فولادهای کربن کم- (به عنوان مثال ، 1018 ،<0.2% carbon): They cannot form significant martensite, even with rapid quenching. Heat treatment leaves them soft (10–15 HRC), offering no improvement in strength.​
• فولادهای ضد زنگ آستنیتی (به عنوان مثال ، 304): محتوای بالای نیکل آنها ریزساختار آستنیتی را تثبیت می کند و از تشکیل مارتنزیت جلوگیری می کند. آنها برای کاهش استرس به عملیات حرارتی تخصصی (به عنوان مثال ، بازپرداخت محلول) نیاز دارند اما سخت شدن کمی نشان می دهند.
• چدن: در حالی که برخی از آهن های ریخته گری قابل تصفیه گرما هستند ، آنها شکننده و مستعد ترک خوردگی هستند و باعث می شوند آنها نسبت به فولادهای کربن یا ابزار کمتری داشته باشند.
متوسط ​​- to - فولادهای کربن بالا و فولادهای ابزار با ارائه تغییرات خاص و قابل پیش بینی با فرآیندهای تصفیه حرارتی استاندارد ، از این نوع بهتر عمل می کنند.
بهترین - در اطراف نامزد: 1045 فولاد (برای تطبیق پذیری) و فولاد ابزار O1 (برای عملکرد)
برای اکثر برنامه ها ، 1045 فولاد بهترین - در اطراف نامزد است. این سهولت در عملیات حرارتی ، قیمت مناسب و تطبیق پذیری را تعادل می بخشد ، به خوبی برای همه چیز از قطعات ساختاری گرفته تا ابزارهای ساده کار می کند. این پاسخ با اطمینان به مجموعه های اساسی DIY پاسخ می دهد و آن را برای مبتدیان در دسترس قرار می دهد.
برای ابزارهای عملکرد بالا-}} عملکرد یا قطعات دقیق ، فولاد ابزار O1 انتخاب برتر است. ترکیب آن از سخت بودن ، مقاومت در برابر سایش و ماشینکاری ، آن را در بین متخصصان و DIYers با تجربه مورد علاقه قرار می دهد. این عملیات حرارتی را با حداقل پیچ و تاب و نتایج مداوم ارائه می دهد.
پایان
بهترین کاندیداها برای عملیات حرارتی متوسط ​​- تا-} فولادهای کربن بالا (مانند 1045 ، 1075 و 1095) و فولادهای ابزار (مانند O1 ، W1 و D2) هستند. محتوای کربن و عناصر آلیاژ آنها به آنها امکان می دهد تا در حین بازپخت ، فرونشاندن و مزاج ، تغییرات ریزساختاری قابل پیش بینی را انجام دهند و در نتیجه خواص متناسب مانند سختی ، قدرت و سختی ایجاد شود. در میان این موارد ، 1045 فولاد از نظر تطبیق پذیری و سهولت استفاده از آن استفاده می کند ، در حالی که فولاد ابزار O1 در برنامه های عملکرد بالا {12} عالی است. این که آیا شما یک علاقه مندان به DIY هستید که تیغه چاقو را سخت می کنید یا یک ابزار صنعتی مهندس تولید می کنید ، این فولادها پاسخگویی و قابلیت اطمینان مورد نیاز برای عملیات حرارتی موفق را ارائه می دهند.