1. Koji je osnovni princip iza kako sadržaj ugljika utječe na tvrdoću hladno-valjanih kolutova?
Jačanje čvrstog rastvora: atomi ugljenika postoje kao međuprostorne čvrste rastvore unutar feritne rešetke. Budući da su atomi ugljika mnogo manji od atoma željeza, oni iskrivljuju rešetku željeza, stvarajući lokalizirana polja naprezanja i ometajući kretanje dislokacija. Ovo izobličenje rešetke povećava otpornost materijala na plastičnu deformaciju, što rezultira poboljšanom tvrdoćom i čvrstoćom.
Ojačanje faznom transformacijom i određivanje mikrostrukture: Sadržaj ugljika određuje mikrostrukturu čelika:
Ultra-čelik sa niskim udjelom ugljika (C ≤ 0,01%): Mikrostruktura je skoro 100% feritna. Sam ferit je relativno mekan i ima izuzetno nisku tvrdoću.
Niskougljični čelik (C 0,02%~0,15%): ferit + mala količina perlita. Perlit je slojevita mješavina ferita i cementita (Fe₃C, izuzetno tvrdo jedinjenje), a njegova tvrdoća je mnogo veća od tvrdoće ferita.
Srednji ugljenični čelik (C 0,25%~0,60%): Udio perlita je značajno povećan, što rezultira umjerenom tvrdoćom.
Čelik s visokim udjelom ugljika (C > 0,60%): Više cementita se pojavljuje u mikrostrukturi, pa se čak formiraju mrežasti ili granulirani karbidi, što rezultira značajnim povećanjem tvrdoće.
2.Kakav je kvantitativni odnos između sadržaja ugljika i tvrdoće hladno-kolutaka?
Konverzija tvrdoće: Uzimajući za primjer žarene hladno{0}}valjane kolute:
Nisko{0}}ugljični čelik (npr. SPCC, C ≤ 0,12%): tvrdoća približno HRB 50-70
Srednji{0}}ugljični čelik (npr. 45#, C 0,42%~0,50%): žarena tvrdoća približno HRB 80-90
Visok{0}}ugljični čelik (npr. 65Mn, C 0,62%~0,70%): žarena tvrdoća može doseći HRB 90-100 ili više
Dodatno očvršćavanje kod hladnog-radnog kaljenja: za hladno-valjane kolute, konačna tvrdoća=(tvrdoća matrice određena sadržajem ugljika) + (radno očvršćavanje doprinosi stopi smanjenja hladnog-kota). Pri istoj stopi smanjenja hladnog{6}}kola, za svakih 0,1% povećanja sadržaja ugljika, tvrdoća (HV) se može povećati za 20-40 bodova.
Nonlinear Characteristics: In the high-carbon range (>0,8%C), nagib povećanja tvrdoće ima tendenciju da se izravna zbog prisustva mrežastog cementita u mikrostrukturi, i može čak dovesti do povećane lomljivosti, a ne do linearnog povećanja tvrdoće.
3. Koje su razlike u stopama kaljenja?
Nisko{0}}ugljični čelik: Ima relativno mali kapacitet kaljenja. Tvrdoća se povećava nakon hladnog valjanja, ali je brzina stvrdnjavanja spora, što omogućava visoke stope redukcije bez lakog pucanja.
Visok{0}}ugljični čelik: Ima izuzetno visoku stopu očvršćavanja. Zbog velike količine perlita i karbida koji su već prisutni u početnoj mikrostrukturi, kretanje dislokacije je teže otežano tijekom hladnog valjanja, što rezultira naglim povećanjem tvrdoće sa povećanjem stope redukcije, te je veća vjerovatnoća da će doći do zasićenja.
4. Koje su razlike u tvrdoći u zavisnosti od uslova isporuke?
Užareno stanje: Omekšano kako bi se olakšala naknadna obrada i oblikovanje.
1/4 tvrdo, 1/2 tvrdo: srednja tvrdoća dobijena kontrolom brzine redukcije hladnog valjanja.
Potpuno tvrdo stanje: Tvrdoća dostiže maksimalnu vrijednost za ovaj sadržaj ugljika nakon hladnog valjanja uz veliku stopu redukcije.
5. Kako odabrati sadržaj ugljika i proces na osnovu zahtjeva za tvrdoćom u proizvodnji ili primjeni?
Dizajn kompozicije:
Za primjene koje zahtijevaju ekstremno visoku tvrdoću (npr. trake od opružnog čelika, oštrice za rezanje): visoko-ugljični čelik (npr. 65Mn, C75S, SK5) mora se odabrati, jer samo radno kaljenje ne može podići tvrdoću nisko-ugljičnog čelika na traženi nivo.
Za aplikacije koje zahtijevaju odličnu formabilnost (npr. duboko-izvučeni dijelovi): ultra-nisko-ugljični ili nisko-ugljični čelik se mora koristiti, jer žarenje ne može eliminirati gubitak plastičnosti uzrokovan visokim sadržajem ugljika.
Kompenzacija procesa:
Podešavanje žarenja: U procesima kontinuiranog žarenja ili zvonastog{0}}žarenja, ako se otkrije visok sadržaj ugljika u određenoj toplini, što rezultira visokom tvrdoćom, temperatura žarenja se može na odgovarajući način povećati ili produžiti vrijeme držanja kako bi se smanjila tvrdoća kroz rekristalizaciju i sferoidizaciju.
Temperaturna obrada: Za srednje- i visoko{1}}ugljične čelike, ponekad se koristi "kritično žarenje" ili "izotermno žarenje" da bi se dobila specifična mikrostruktura (npr. sorbit) kako bi se uravnotežila tvrdoća i žilavost.
Kriteriji kvaliteta:
Tvrdoća hladno{0}}valjanih kotura ne može se jednostavno zaključiti iz sadržaja ugljika. Pri istom sadržaju ugljika, konačna tvrdoća može značajno varirati zbog razlika u procesima redukcije hladnog valjanja i žarenja.
Prilikom odabira materijala, korisnici moraju obratiti pažnju i na kvalitet (odgovarajući raspon sadržaja ugljika) i na uvjet isporuke (žareni, 1/4 tvrd, 1/2 tvrd, potpuno tvrd, itd.).