Karkaisu on lämpökäsittelyprosessi, jossa teräsvalut kuumennetaan yli Ac3:n tai Ac1:n lämpötilaan ja jäähdytetään sitten nopeasti, kun niitä on pidetty jonkin aikaa, jotta saadaan täydellinen martensiittinen rakenne. Teräsvalut tulee karkaista ajoissa karkaisujännityksen poistamiseksi ja vaadittujen kokonaisvaltaisten mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siksi karkaisulämpökäsittelyä käytetään yleensä karkaisun jälkeen. Niitä kutsutaan myös QT:ksi. Muita yleisesti käytettyjä lämpökäsittelyjä ovat hehkutus, normalisointi ja kiinteä liuos.
SAMMUTTAMINEN
1. Sammutuslämpötila
Hypoeutektoidisen teräksen sammutuslämmityslämpötila on 30 astetta -50 astetta Ac3:n yläpuolella; eutektoidisen teräksen ja hypereutektoidisen teräksen sammutuslämmityslämpötila on 30 astetta -50 astetta Ac1:n yläpuolella. Hypoeutektoidista hiiliterästä kuumennetaan edellä mainitussa karkaisulämpötilassa hienorakeisen austeniitin saamiseksi ja karkaisun jälkeen saadaan hieno martensiittirakenne. Eutektoiditeräs ja hypereutektoidinen teräs on pallotettu ja hehkutettu ennen karkaisua ja kuumennusta, joten 30 -50 asteen Ac1:n yläpuolelle lämmittämisen ja epätäydellisen austenitisoitumisen jälkeen rakenne on austeniittista ja osittain liukenemattomia hienojakoisia tunkeutumisia Hiilikappaleen hiukkasiin. Sammuttamisen jälkeen austeniitti muuttuu martensiitiksi ja liukenemattomat sementiittihiukkaset säilyvät. Sementiitin korkean kovuuden ansiosta se ei vain vähennä teräksen kovuutta, vaan myös parantaa sen kulutuskestävyyttä. Hypereutektoidisen teräksen normaali karkaisurakenne on hienojakoinen hiutalemartensiitti, ja hienorakeinen sementiitti ja pieni määrä säilytettyä austeniittia ovat jakautuneet tasaisesti matriisiin. Tällä rakenteella on korkea lujuus ja kulutuskestävyys, mutta sillä on myös tietty sitkeys.
2. Jäähdytysväliaine lämpökäsittelyprosessin sammuttamiseen
Karkaisun tarkoituksena on saada täydellinen martensiitti. Siksi valuteräksen jäähtymisnopeuden karkaisun aikana tulee olla suurempi kuin valuteräksen kriittinen jäähdytysnopeus, muuten martensiittirakennetta ja vastaavia ominaisuuksia ei saada. Liian suuri jäähtymisnopeus voi kuitenkin helposti johtaa valukappaleen muodonmuutokseen tai halkeamiseen. Jotta yllä olevat vaatimukset täyttyisivät samanaikaisesti, sopiva jäähdytysväliaine tulisi valita valumateriaalin mukaan tai valita vaiheittaisen jäähdytyksen menetelmä. Lämpötila-alueella 650 - 400 astetta alijäähdytetyn teräksen austeniitin isoterminen muunnosnopeus on suurin. Siksi, kun valu sammutetaan, nopea jäähtyminen on varmistettava tällä lämpötila-alueella. Ms-pisteen alapuolella jäähdytysnopeuden tulisi olla hitaampi muodonmuutosten tai halkeilujen estämiseksi. Sammutusväliaine käyttää yleensä vettä, vesiliuosta tai öljyä. Vaiheen sammutuksessa tai austemperingissa yleisesti käytettyjä väliaineita ovat kuuma öljy, sula metalli, sula suola tai sula alkali.
Veden jäähdytyskapasiteetti korkean lämpötilan vyöhykkeellä 650 astetta -550 astetta on vahva, ja veden jäähdytyskapasiteetti matalan lämpötilan vyöhykkeellä 300 -200 astetta on erittäin vahva. Vesi soveltuu paremmin muodoltaan ja poikkileikkaukseltaan yksinkertaisten hiiliteräsvalujen sammuttamiseen ja jäähdyttämiseen. Kun sitä käytetään sammuttamiseen ja jäähdyttämiseen, veden lämpötila ei yleensä ole korkeampi kuin 30 astetta. Siksi se on yleisesti hyväksytty vahvistamaan veden kiertoa veden lämpötilan pitämiseksi kohtuullisella alueella. Lisäksi suolan (NaCl) tai alkalin (NaOH) kuumennus vedessä lisää huomattavasti liuoksen jäähdytyskapasiteettia.
Öljyn tärkein etu jäähdytysväliaineena on se, että jäähdytysnopeus matalan lämpötilan alueella 300 astetta -200 astetta on paljon alhaisempi kuin veden, mikä voi vähentää huomattavasti sammutetun työkappaleen sisäistä jännitystä ja vähentää valun muodonmuutosten ja halkeilujen mahdollisuutta. Samanaikaisesti öljyn jäähdytyskapasiteetti korkealla lämpötila-alueella 650-550 astetta on suhteellisen alhainen, mikä on myös öljyn suurin haitta jäähdytysaineena. Sammutusöljyn lämpötilaa valvotaan yleensä välillä 60 - 80 astetta. Öljyä käytetään pääasiassa muodoltaan monimutkaisten seosteräsvalujen sekä poikkileikkaukseltaan pienimuotoisten ja monimutkaisten hiiliteräsvalujen karkaisuun.
Lisäksi sulaa suolaa käytetään yleisesti myös sammutusväliaineena, josta tulee tällä hetkellä suolahaude. Suolakylvylle on ominaista korkea kiehumispiste ja sen jäähdytyskapasiteetti on veden ja öljyn välissä. Suolakylpyä käytetään usein austemperointiin ja vaihekarkaisuun sekä monimutkaisten muotojen, pienikokoisten ja tiukat muodonmuutosvaatimusten omaavien valukappaleiden käsittelyyn.
KÄYTTÖ
Karkaisulla tarkoitetaan lämpökäsittelyprosessia, jossa jäähdytetyt tai normalisoidut teräsvalut kuumennetaan valittuun lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin kriittinen piste Ac1, ja jäähdytetään tietyn ajan kuluttua sopivalla nopeudella. Karkaisulämpökäsittely voi muuttaa karkaisun tai normalisoinnin jälkeen saadun epävakaan rakenteen vakaaksi rakenteeksi jännityksen poistamiseksi ja teräsvalujen plastisuuden ja sitkeyden parantamiseksi. Yleensä sammutuksen ja korkean lämpötilan karkaisukäsittelyn lämpökäsittelyä kutsutaan karkaisu- ja karkaisukäsittelyksi. Karkaistut teräsvalut tulee karkaista ajoissa ja normalisoidut teräsvalut tarvittaessa. Teräsvalujen suorituskyky karkaisun jälkeen riippuu karkaisulämpötilasta, -ajasta ja -kertojen lukumäärästä. Karkaisulämpötilan nostaminen ja pitoajan pidentäminen milloin tahansa voi paitsi lievittää teräsvalujen karkaisujännitystä, myös muuttaa epästabiilin karkaistun martensiitin karkaistuksi martensiitiksi, troostiitiksi tai sorbiitiksi. Teräsvalujen lujuus ja kovuus vähenevät ja plastisuus paranee merkittävästi. Joidenkin keskiseosteisten terästen, joissa on seosaineita, jotka muodostavat voimakkaasti karbideja (kuten kromi, molybdeeni, vanadiini ja volframi, jne.), kovuus kasvaa ja sitkeys heikkenee karkaisussa 400 -500 astetta. Tätä ilmiötä kutsutaan toissijaiseksi karkaisuksi, eli valuteräksen kovuus karkaistussa tilassa saavuttaa maksiminsa. Varsinaisessa tuotannossa keskiseosteinen valuteräs, jolla on toissijaiset karkaisuominaisuudet, on karkaistava monta kertaa.
QT:N VAIKUTUS TERÄSVALLUIHIN
Teräsvalujen kemiallisesta koostumuksesta ja valuprosessista riippuvan suorituskyvyn lisäksi voidaan käyttää erilaisia lämpökäsittelymenetelmiä, joilla saadaan erinomaiset kokonaisvaltaiset mekaaniset ominaisuudet. Lämpökäsittelyprosessin yleisenä tarkoituksena on parantaa valukappaleiden laatua, vähentää valujen painoa, pidentää niiden käyttöikää ja alentaa kustannuksia. Lämpökäsittely on tärkeä keino parantaa valukappaleiden mekaanisia ominaisuuksia; valukappaleiden mekaaniset ominaisuudet ovat tärkeä mittari lämpökäsittelyn vaikutuksen arvioinnissa. Seuraavien ominaisuuksien lisäksi valimon on otettava huomioon myös sellaiset tekijät, kuten työstömenetelmät, leikkausteho ja valukappaleiden käyttövaatimukset, kun lämpökäsitellään teräsvaluja.
1. QT:n vaikutus valujen vahvuuteen
Saman valuteräskoostumuksen olosuhteissa teräsvalujen lujuudella on erilaisten lämpökäsittelyprosessien jälkeen taipumus kasvaa. Yleisesti ottaen hiiliteräsvalujen ja niukkaseosteisten teräsvalujen vetolujuus voi olla 414 Mpa-1724 MPa sammutuksen ja karkaisun jälkeen.
2. QT:n vaikutus teräsvalujen plastisuuteen
Teräsvalujen as{0}}valurakenne on karkea ja plastisuus alhainen. Lämpökäsittelyn jälkeen sen mikrorakenne ja plastisuus paranevat vastaavasti. Erityisesti teräsvalujen plastisuus karkaisu- ja karkaisukäsittelyn (karkaisu + korkealämpötilakarkaisu) jälkeen paranee merkittävästi.
3. Karkaisun ja karkaisun vaikutus teräsvalujen sitkeyteen
Teräsvalujen sitkeysindeksiä arvioidaan usein iskutesteillä. Koska teräsvalujen lujuus ja sitkeys ovat pari ristiriitaista mittaria, valimon on harkittava kokonaisvaltaisesti sopivan lämpökäsittelyprosessin valintaa asiakkaiden vaatimien kokonaisvaltaisten mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.
4. QT:n vaikutus valukappaleiden kovuuteen
Kun valuteräksen karkenevuus on sama, valuteräksen kovuus lämpökäsittelyn jälkeen voi heijastaa karkeasti valuteräksen lujuutta. Siksi kovuutta voidaan käyttää intuitiivisena indeksinä valuteräksen suorituskyvyn arvioimiseksi lämpökäsittelyn jälkeen. Yleisesti ottaen hiiliteräsvalujen kovuus voi olla 120 HBW - 280 HBW lämpökäsittelyn jälkeen.
