Μαλάκυνση χάλυβα – μέθοδοι, θερμοκρασία, μικροδομή και εφαρμογή

Μαλάκωμα του χάλυβα Περιλαμβάνει διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας που μειώνουν τη σκληρότητα ενός υλικού, αυξάνουν την πλαστικότητά του ή επιτυγχάνουν μια μικροδομή που είναι πιο ευνοϊκή για περαιτέρω επεξεργασία. Η μαλάκυνση χρησιμοποιείται κυρίως πριν από την κατεργασία, τη διαμόρφωση πλαστικού και τις επακόλουθες διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας, όπως η σκλήρυνση.
Αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα σημαντική για χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, κράματα και εργαλεία, των οποίων η υψηλή σκληρότητα ή η δυσμενής περιεκτικότητα σε καρβίδια μπορεί να δυσχεράνει τις εργασίες τόρνευσης, φρεζαρίσματος, διάτρησης ή άλλες κατεργασίες. Η μαλάκυνση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε υλικά που έχουν σκληρυνθεί με ψυχρή κατεργασία, όπου είναι απαραίτητο να εξαλειφθούν οι επιπτώσεις της ψυχρής κατεργασίας και να αποκατασταθεί η ικανότητα του υλικού να υφίσταται περαιτέρω παραμόρφωση.
Δεν υπάρχει μία και μοναδική καθολική μέθοδος για τη μαλάκυνση του χάλυβα. Ανάλογα με τον τύπο του υλικού, την περιεκτικότητα σε άνθρακα, τα στοιχεία κράματος, την αρχική δομή και το επιθυμητό αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, όπως η πλήρης ανόπτηση, η ισόθερμη ανόπτηση, η σφαιροειδής ανόπτηση και η ανακρυσταλλική ανόπτηση.

Τι είναι η μαλάκυνση του χάλυβα;

Η μαλάκυνση εκμεταλλεύεται τη σχέση μεταξύ των μηχανικών ιδιοτήτων του χάλυβα και της μικροδομής του. Οι σωστά επιλεγμένες διαδικασίες θέρμανσης, ανόπτησης και ψύξης επιτρέπουν αλλαγές στο μέγεθος και το σχήμα των δομικών στοιχείων, την κατανομή των καρβιδίων, την κατάσταση σκλήρυνσης του υλικού και το επίπεδο των υπολειμματικών τάσεων.
Ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη διεργασία, μπορεί να συμβούν τα ακόλουθα: μετασχηματισμός του ωστενίτη σε φερρίτη και περλίτη, σφαιροποίηση του σεμεντίτου ή άλλων καρβιδίων, ανακρυστάλλωση του υλικού που έχει σκληρυνθεί με παραμόρφωση και μείωση της πυκνότητας εξάρθρωσης.
Το αποτέλεσμα είναι συνήθως η μείωση της σκληρότητας και της αντοχής του υλικού σε περαιτέρω επεξεργασία, καθώς και η αύξηση της ολκιμότητας. Ωστόσο, ο ακριβής μηχανισμός εξαρτάται από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται, επομένως ο όρος «μαλάκυνση» δεν θα πρέπει να ταυτίζεται με έναν μόνο συγκεκριμένο θερμικό κύκλο.

Γιατί μαλακώνει ο χάλυβας;

Το υλικό που παραδίδεται μετά από έλαση, σφυρηλάτηση, εφελκυσμό, σκλήρυνση ή άλλες τεχνολογικές διεργασίες δεν έχει πάντα τις ιδιότητες που είναι απαραίτητες για την επόμενη παραγωγική λειτουργία. Η υπερβολική σκληρότητα αυξάνει τη φθορά του εργαλείου και τις δυνάμεις κοπής, ενώ η υπερβολική σκλήρυνση λόγω τάσης μπορεί να περιορίσει την ικανότητα περαιτέρω σφράγισης, κάμψης ή εφελκυσμού.
Οι κύριοι στόχοι της μαλάκυνσης του χάλυβα είναι:

• μείωση της σκληρότητας του υλικού,
• βελτιωμένη μηχανική κατεργασία σε κατάλληλες ποιότητες χάλυβα,
• αυξάνοντας την πλαστικότητα και την ικανότητα περαιτέρω διαμόρφωσης,
• εξάλειψη ή περιορισμός των επιπτώσεων της σκλήρυνσης από παραμόρφωση,
• λήψη μιας ευνοϊκής μορφής σεμεντίτου ή καρβιδίων,
• προετοιμασία χάλυβα για σκλήρυνση και περαιτέρω θερμική επεξεργασία,
• ομογενοποίηση της μικροδομής πριν από τα επόμενα στάδια παραγωγής.

Μέθοδοι μαλάκυνσης χάλυβα

Η επιλογή της μεθόδου μαλάκυνσης εξαρτάται κυρίως από τον τύπο του χάλυβα και το επιθυμητό τεχνολογικό αποτέλεσμα. Ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που προορίζεται για σκλήρυνση απαιτεί διαφορετική διαδικασία από την λαμαρίνα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που σκληρύνεται σε μεγάλο βαθμό κατά την ψυχρή έλαση.

1. Πλήρης ανόπτηση

Πλήρης ανόπτηση περιλαμβάνει τη θέρμανση του χάλυβα σε μια περιοχή που εξασφαλίζει κατάλληλη ωστενιτοποίηση, τη θέρμανση του υλικού και στη συνέχεια την πολύ αργή ψύξη του, συνήθως μαζί με τον κλίβανο.
Για τους υποευτηκτοειδείς χάλυβες, η θερμοκρασία διεργασίας επιλέγεται πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία Ac3. Η ακριβής θερμοκρασία, ο χρόνος εμποτισμού και ο ρυθμός ψύξης εξαρτώνται από την ποιότητα του χάλυβα και τις διαστάσεις του εξαρτήματος.
Η αργή ψύξη επιτρέπει την επίτευξη μιας σχετικά μαλακής δομής φερρίτη-περλίτη. Σε σύγκριση με ομαλοποίηση του χάλυβα η ψύξη είναι πολύ πιο αργή, επομένως η προκύπτουσα δομή και οι μηχανικές ιδιότητες είναι διαφορετικές.
Τυπική χρήση: δομικοί χάλυβες και άλλες ποιότητες που απαιτούν μείωση της σκληρότητας, βελτίωση της πλαστικότητας ή προετοιμασία για περαιτέρω επεξεργασία.

2. Ισοθερμική ανόπτηση

Ισοθερμική ανόπτηση χρησιμοποιεί ελεγχόμενο μετασχηματισμό ωστενίτη σε σταθερή θερμοκρασία. Μετά την ωστενιτοποίηση, ο χάλυβας ψύχεται στην κατάλληλη θερμοκρασία μετασχηματισμού και στη συνέχεια διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία μέχρι να επιτευχθεί η απαιτούμενη μικροδομή.
Σε αντίθεση με την κλασική ανόπτηση με πολύ αργή, συνεχή ψύξη, ο μετασχηματισμός λαμβάνει χώρα υπό ελεγχόμενες ισόθερμες συνθήκες. Αυτό επιτρέπει μια πιο ομοιόμορφη δομή και, σε ορισμένους χάλυβες, μικρότερο χρόνο διεργασίας.
Η μέθοδος χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, σε ορισμένους χάλυβες κραμάτων και εργαλείων όπου η αργή ψύξη κατά την παραδοσιακή ανόπτηση θα ήταν χρονοβόρα.
Αποτέλεσμα: επιτυγχάνοντας ελεγχόμενη μικροδομή και ιδιότητες που επιτρέπουν περαιτέρω μηχανική ή θερμική επεξεργασία.

3. Ανόπτηση με σφαιρίδια – σφαιροποίηση

Ανόπτηση με σφαιρίδια, που ονομάζεται επίσης σφαιροειδοποίηση, είναι ιδιαίτερα σημαντικό για χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβες ρουλεμάν και εργαλειοχάλυβες. Σκοπός του είναι να αλλάξει τη μορφολογία του σεμεντίτη και άλλων καρβιδίων για να παράγει πιο στρογγυλεμένα, σφαιροειδή σωματίδια διατεταγμένα σε φερριτική μήτρα αντί για μια ελασματοειδή ή δικτυωτή διάταξη.
Η σφαιροποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας διάφορους θερμικούς κύκλους, συμπεριλαμβανομένης της παρατεταμένης θέρμανσης κοντά στη θερμοκρασία Ac1 ή της κυκλικής εναλλαγής σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών. Οι παράμετροι εξαρτώνται από τη χημική σύνθεση και την αρχική δομή του συγκεκριμένου είδους.
Η αλλαγή του σχήματος και της διάταξης των καρβιδίων μπορεί να μειώσει σημαντικά τη σκληρότητα του χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και να βελτιώσει την κατεργασιμότητα του. Μια σωστά προετοιμασμένη δομή παρέχει επίσης μια ευνοϊκή αρχική κατάσταση πριν από την επακόλουθη σκλήρυνση.
Τυπική χρήση: χάλυβες εργαλείων, χάλυβες εδράνων και άλλοι χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που προορίζονται για περαιτέρω μηχανική επεξεργασία και σκλήρυνση.

4. Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης

Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης Χρησιμοποιείται κυρίως για υλικά που σκληρύνονται κατά την ψυχρή διαμόρφωση, π.χ. έλαση, έλξη ή σφράγιση.
Κατά την ψυχρή παραμόρφωση, η πυκνότητα των μετατοπίσεων αυξάνεται, το υλικό σκληραίνει και η σκληρότητα και η αντοχή του αυξάνονται, ενώ η ολκιμότητα μειώνεται. Μόλις επιτευχθεί υψηλός βαθμός ψυχρής επεξεργασίας, η περαιτέρω διαμόρφωση μπορεί να γίνει δύσκολη.
Η ανόπτηση ανακρυστάλλωσης δημιουργεί νέους κόκκους, απαλλαγμένους από τις επιπτώσεις προηγούμενης σκλήρυνσης λόγω παραμόρφωσης. Αυτό οδηγεί σε μείωση της σκληρότητας και της αντοχής λόγω της σκλήρυνσης λόγω παραμόρφωσης και στην αποκατάσταση της ολκιμότητας.
Τυπική χρήση: φύλλα, ταινίες, σύρματα και άλλα ημιτελή προϊόντα που υποβάλλονται σε εντατική επεξεργασία εν ψυχρώ.

Σύγκριση μεθόδων μαλάκυνσης χάλυβα

Μέθοδος Βασικός μηχανισμός Κύριο αποτέλεσμα Τυπική εφαρμογή Πλήρης ανόπτηση Ωστενιτοποίηση και αργός μετασχηματισμός κατά την ψύξη Μείωση σκληρότητας και μαλακότερη δομή Δομικοί χάλυβες και ημιτελή προϊόντα πριν από την περαιτέρω επεξεργασία Ισοθερμική ανόπτηση Μετασχηματισμός ωστενίτη σε ελεγχόμενη, σταθερή θερμοκρασία Ομοιόμορφη μικροδομή και ελεγχόμενες ιδιότητες Επιλεγμένοι χάλυβες κραμάτων και εργαλείων Ανόπτηση με σφαιροειδή/σφαιροειδή επεξεργασία Αλλαγή στη μορφολογία του σεμεντίτη και του καρβιδίου Μείωση σκληρότητας και βελτιωμένη κατεργασιμότητα Χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, φέροντες και εργαλειοχάλυβες Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης Σχηματισμός νέων κόκκων μετά από προηγούμενη σκλήρυνση με εργασία Αφαίρεση των φαινομένων σκλήρυνσης και αποκατάσταση της ολκιμότητας Φύλλα, ταινίες και σύρματα ψυχρής κατεργασίας

Σύγκριση μεθόδων μαλάκυνσης χάλυβα

Πώς αλλάζει η μικροδομή κατά τη διάρκεια της μαλάκυνσης;

Οι μικροδομικές αλλαγές εξαρτώνται από τον τύπο της ανόπτησης. Επομένως, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί μια ενιαία χαρακτηριστική δομή για όλες τις διεργασίες μαλάκυνσης.
Ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, ενδέχεται να συμβούν τα εξής:

• σχηματισμός φερριτικής-περλιτικής δομής κατά την αργή ψύξη μετά την ωστενιτοποίηση,
• ελεγχόμενος μετασχηματισμός ωστενίτη κατά την ισόθερμη ανόπτηση,
• σφαιροποίηση σεμεντίτου και άλλων καρβιδίων σε χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και κράματα,
• ανάκτηση και ανακρυστάλλωση της δομής μετά από προηγούμενη ψυχρή πλαστική επεξεργασία,
• μειώνοντας την πυκνότητα των εξάρσεων και τις επιπτώσεις της σκλήρυνσης λόγω παραμόρφωσης.

Σφαιροειδοποίηση ανόπτησης – γιατί είναι σημαντική για τους χάλυβες εργαλείων;

Στους χάλυβες εργαλείων και σε άλλους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η σκληρότητα από μόνη της δεν είναι η μόνη παράμετρος που καθορίζει την καταλληλότητα για κατεργασία. Η μορφή, το μέγεθος και η κατανομή των καρβιδίων είναι επίσης κρίσιμα.
Μια δομή με κατάλληλα κατανεμημένα, σχεδόν σφαιρικά καρβίδια μπορεί να διευκολύνει την κατεργασία και να παρέχει μια κατάλληλη αρχική συνθήκη για την επακόλουθη ωστενιτοποίηση και σκλήρυνση. Επομένως, οι χάλυβες εργαλείων συχνά παρέχονται σε κατάσταση μαλακής ανόπτησης.
Η πραγματική σκληρότητα μετά την ανόπτηση θα πρέπει να προσδιορίζεται για την συγκεκριμένη ποιότητα χάλυβα. Δεν θα πρέπει να υιοθετείται ένα μόνο εύρος HB ή HV για όλους τους χάλυβες εργαλείων.

Μαλάκυνση και μηχανική κατεργασία χάλυβα

Ένας από τους σημαντικότερους λόγους για την εφαρμογή μαλάκυνσης είναι η προετοιμασία του υλικού για τόρνευση, φρεζάρισμα, διάτρηση, διάτρηση ή άλλες εργασίες κατεργασίας. Η μείωση της υπερβολικής σκληρότητας μπορεί να μειώσει την τάση στην ακμή κοπής και τη φθορά του εργαλείου.
Ωστόσο, η σχέση μεταξύ σκληρότητας και μηχανικής κατεργασίας δεν είναι γραμμική. Το υλικό με τη χαμηλότερη δυνατή σκληρότητα δεν είναι πάντα το πιο εύκολο στην κατεργασία. Οι πολύ μαλακοί και όλκιμοι χάλυβες μπορεί να αντιμετωπίσουν προβλήματα με τον σχηματισμό θραυσμάτων, την συσσώρευση ακμών και το φινίρισμα της επιφάνειας.
Συνεπώς, επιλέγεται η κατάλληλη διαδικασία όχι μόνο για να επιτευχθεί η χαμηλότερη δυνατή σκληρότητα, αλλά πάνω απ' όλα για να επιτευχθεί μια μικροδομή κατάλληλη για το συγκεκριμένο υλικό και την επακόλουθη τεχνολογία παραγωγής.

Μαλάκυνση και περιεκτικότητα σε άνθρακα στον χάλυβα

Η περιεκτικότητα σε άνθρακα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην επιλογή της μεθόδου μαλάκυνσης. Στους χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η εξάλειψη των επιπτώσεων της σκλήρυνσης εν ψυχρώ μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντική. Στους χάλυβες μεσαίας περιεκτικότητας σε άνθρακα, η επιλογή της διεργασίας εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από την επακόλουθη μηχανική και θερμική επεξεργασία.
Στους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η μορφολογία του σεμεντίτη και άλλων καρβιδίων αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία. Επομένως, οι διεργασίες που οδηγούν σε σφαιροποίηση καρβιδίων χρησιμοποιούνται συχνά σε χάλυβες εργαλείων, ρουλεμάν και ελατηρίων.

Μαλάκυνση ανθρακούχων χαλύβων

Για τους χάλυβες άνθρακα, η επιλογή της επεξεργασίας εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε άνθρακα και την επιθυμητή τελική κατάσταση. Για παράδειγμα, ο χάλυβας C45 μπορεί να απαιτεί διαφορετική επεξεργασία από τους χάλυβες ελατηρίων ή εργαλείων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.
Σε χάλυβες με υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σφαιροειδής ανόπτηση πριν από την κατεργασία και την επακόλουθη σκλήρυνση. Η απόκτηση της κατάλληλης μορφής σεμεντίτη διευκολύνει την περαιτέρω επεξεργασία και προετοιμάζει τη δομή για τον επόμενο θερμικό κύκλο.

Μαλάκωμα κραμάτων χάλυβα

Τα στοιχεία κράματος μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις θερμοκρασίες μετασχηματισμού, τη σκληρυνσιμότητα, τον τύπο των καρβιδίων που σχηματίζονται και τον ρυθμό των διεργασιών διάχυσης. Επομένως, οι παράμετροι που είναι κατάλληλες για τον απλό ανθρακούχο χάλυβα δεν θα πρέπει να εφαρμόζονται αυτόματα σε χάλυβες χρωμίου, χρωμίου-μολυβδαινίου, νικελίου ή υψηλής περιεκτικότητας σε κράματα χάλυβα.
Στους κραματοποιημένους χάλυβες, ο έλεγχος της θερμοκρασίας, του χρόνου και του ρυθμού ψύξης είναι ιδιαίτερα σημαντικός. Για τους εργαλειοχάλυβες, οι παράμετροι μαλακής ανόπτησης συνήθως προσδιορίζονται ξεχωριστά για κάθε ποιότητα.

Μαλάκυνση ανοξείδωτων χαλύβων

Όσον αφορά τους ανοξείδωτους χάλυβες, ο όρος «μαλάκυνση» απαιτεί μεγαλύτερη προσοχή. Οι ωστενιτικοί, φερριτικοί, μαρτενσιτικοί και διπλοί χάλυβες έχουν διαφορετικές μικροδομές και απαιτούν διαφορετικές θερμικές επεξεργασίες.
Για παράδειγμα, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες μπορούν να σκληρυνθούν σημαντικά κατά την ψυχρή κατεργασία. Η αποκατάσταση της ολκιμότητας τους απαιτεί προσεκτικά επιλεγμένη θερμική επεξεργασία κατάλληλη για τη συγκεκριμένη ποιότητα. Επομένως, δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται ένα ενιαίο, καθολικό εύρος θερμοκρασίας για την «μαλάκυνση του ανοξείδωτου χάλυβα».

Η επίδραση του χρόνου και της θερμοκρασίας στη μαλάκυνση του χάλυβα

Η θερμοκρασία και ο χρόνος είναι στενά συνδεδεμένα. Μια πολύ χαμηλή θερμοκρασία μπορεί να μην οδηγήσει στις απαιτούμενες μικροδομικές αλλαγές, ενώ μια πολύ υψηλή θερμοκρασία ή η υπερβολικά παρατεταμένη θέρμανση μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητη ανάπτυξη κόκκων ή άλλες δομικές αλλαγές.
Οι παράμετροι της διεργασίας θα πρέπει να περιλαμβάνουν:

• ποιότητα και χημική σύνθεση χάλυβα,
• κρίσιμες θερμοκρασίες υλικών,
• δομή εξόδου,
• βαθμός προηγούμενης ενίσχυσης,
• διαστάσεις και γεωμετρία του στοιχείου,
• τύπος φούρνου και μέθοδος θέρμανσης,
• αναμενόμενη τελική μικροδομή,
• είδος περαιτέρω μηχανικής ή θερμικής επεξεργασίας.

Επίδραση του ρυθμού ψύξης

Ο ρυθμός ψύξης είναι μία από τις παραμέτρους που καθορίζουν την τελική δομή του χάλυβα. Η κλασική πλήρης ανόπτηση χρησιμοποιεί αργή ψύξη για να επιτρέψει τους μετασχηματισμούς που οδηγούν σε μια πιο μαλακή δομή.
Στην ισόθερμη ανόπτηση, το ωστενιωμένο υλικό φέρεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα ένας ελεγχόμενος μετασχηματισμός. Στην ανόπτηση ανακρυστάλλωσης, από την άλλη πλευρά, η μέθοδος ψύξης έχει διαφορετική σημασία, καθώς ο πρωταρχικός στόχος της διαδικασίας είναι η απομάκρυνση των επιπτώσεων της προηγούμενης σκλήρυνσης κατά την εργασία, όχι ο μετασχηματισμός του ωστενίτη.
Για αυτόν τον λόγο, δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται μία τιμή ρυθμού ψύξης ως κατάλληλη για όλες τις διεργασίες μαλάκυνσης.

Ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της ήπιας ανόπτησης

Κατά την ανόπτηση, δεν είναι μόνο η θερμοκρασία και ο χρόνος σημαντικά, αλλά και η ατμόσφαιρα του κλιβάνου. Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να οδηγήσουν σε επιφανειακή οξείδωση, σχηματισμό καθαλατώσεων και, υπό ορισμένες συνθήκες, σε αλλαγές στη χημική σύνθεση του επιφανειακού στρώματος.
Ανάλογα με τις τεχνολογικές απαιτήσεις, χρησιμοποιούνται κλίβανοι που λειτουργούν σε ατμόσφαιρα αέρα, προστατευτικές ατμόσφαιρες ή κενό. Οι προστατευτικές ατμόσφαιρες ή το κενό μπορούν να είναι ιδιαίτερα σημαντικά για εξαρτήματα ακριβείας και κράματα χάλυβα, όπου απαιτείται μείωση της οξείδωσης και υψηλή ποιότητα επιφάνειας.

Εφαρμογή της μαλάκυνσης χάλυβα στη βιομηχανία

Παραγωγή εργαλείων

Οι χάλυβες εργαλείων συχνά υποβάλλονται σε μηχανική επεξεργασία πριν από την τελική σκλήρυνση. Η ήπια ανόπτηση, ιδιαίτερα η σφαιροποίηση, παράγει μια δομή που διευκολύνει την άλεση, την τόρνευση, τη διάτρηση και άλλες εργασίες που εκτελούνται πριν από την τελική θερμική επεξεργασία.

Παραγωγή ρουλεμάν

Στους χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, είναι σημαντικό να επιτευχθεί το κατάλληλο σχήμα και κατανομή καρβιδίου πριν από τη σκλήρυνση. Η σφαιροειδής ανόπτηση είναι επομένως ένα κρίσιμο βήμα στην προετοιμασία του υλικού.

Παραγωγή φύλλων, ταινιών και συρμάτων

Τα υλικά που υποβάλλονται σε ψυχρή έλαση ή συρρίκνωση σκληραίνουν σταδιακά. Η ανόπτηση με ανακρυστάλλωση αποκαθιστά την κατάλληλη ολκιμότητα και επιτρέπει τη συνέχιση της διαδικασίας διαμόρφωσης.

Βιομηχανία μηχανών

Η μαλάκυνση μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την προετοιμασία ημιτελών προϊόντων για άξονες, άξονες, γρανάζια, εξαρτήματα κιβωτίου ταχυτήτων, καλούπια και άλλα μέρη που απαιτούν εντατική κατεργασία πριν από την τελική θερμική επεξεργασία.

Μαλάκωμα και ανόπτηση ανακούφισης από το στρες

Η μαλάκυνση δεν πρέπει να εξισώνεται με ανόπτηση ανακούφισης από το στρεςΟ πρωταρχικός σκοπός της ανακούφισης από τις τάσεις είναι η μείωση των υπολειμματικών τάσεων, ελαχιστοποιώντας παράλληλα την αλλαγή στη βασική μικροδομή του υλικού.
Κατά τη διάρκεια της μαλάκυνσης, ο στόχος είναι πρωτίστως να αλλάξει η σκληρότητα, η πλαστικότητα ή η μικροδομή με τρόπο που να διευκολύνει τις επόμενες τεχνολογικές λειτουργίες.

Μαλάκυνση και ομαλοποίηση

Κανονικοποίηση χάλυβα περιλαμβάνει ωστενιτοποίηση και επακόλουθη ψύξη με αέρα. Σε πολλούς χάλυβες άνθρακα, αυτό οδηγεί σε λεπτότερη δομή και μεγαλύτερη σκληρότητα και αντοχή από την αργή ανόπτηση.
Εάν ο πρωταρχικός στόχος είναι η κατασκευή χάλυβα εργαλείων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα όσο το δυνατόν πιο εύκολη στην κατεργασία, η σφαιροειδής ανόπτηση μπορεί να είναι μια καταλληλότερη διαδικασία. Ωστόσο, εάν απαιτείται βελτίωση των κόκκων και δομική ομοιογένεια μετά τη σφυρηλάτηση ή την έλαση, η ομαλοποίηση μπορεί να είναι η κατάλληλη διαδικασία.

Μαλάκυνση και σκλήρυνση

Μαλάκωμα και σκλήρυνση χάλυβα Επιδιώκουν θεμελιωδώς διαφορετικούς στόχους. Η σκλήρυνση παράγει μια δομή υψηλής σκληρότητας, ενώ η μαλάκυνση χρησιμοποιείται για τη μείωση της σκληρότητας ή την απόκτηση μιας δομής ευνοϊκής για περαιτέρω επεξεργασία.
Ωστόσο, αυτές οι διεργασίες συχνά συμβαίνουν σε μία μόνο τεχνολογική ακολουθία. Ο χάλυβας εργαλείων μπορεί πρώτα να υποβληθεί σε μαλακή ανόπτηση, στη συνέχεια σε μηχανική επεξεργασία και μόνο τότε να σκληρυνθεί και να συγχωρημένος.

Τα σημαντικότερα οφέλη της μαλάκυνσης του χάλυβα

• μείωση της υπερβολικής σκληρότητας,
• βελτίωση της μηχανικής κατεργασιμότητας σε κατάλληλες ποιότητες,
• αύξηση της πλαστικότητας του υλικού,
• αποκατάσταση της πλαστικότητας μετά από ψυχρή επεξεργασία,
• απόκτηση της κατάλληλης μορφολογίας καρβιδίου,
• προετοιμασία χαλύβων εργαλείων και χαλύβων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα για σκλήρυνση,
• η δυνατότητα διεξαγωγής επόμενων σταδίων διαμόρφωσης και μηχανικής επεξεργασίας.

Περιορισμοί διαδικασίας

• οι παράμετροι πρέπει να επιλέγονται για μια συγκεκριμένη ποιότητα χάλυβα,
• μια πολύ υψηλή θερμοκρασία μπορεί να οδηγήσει σε δυσμενή ανάπτυξη των κόκκων,
• η λανθασμένη ψύξη μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένη μικροδομή,
• οι διαδικασίες σφαιροποίησης μπορεί να απαιτούν μεγάλους χρόνους θέρμανσης,
• δεν είναι κάθε μέθοδος μαλάκυνσης κατάλληλη για κάθε τύπο χάλυβα,
• Στην περίπτωση χαλύβων υψηλής περιεκτικότητας σε κράματα, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη ο τύπος και η σταθερότητα των καρβιδίων που υπάρχουν, καθώς και οι μετασχηματισμοί που είναι ειδικοί για μια δεδομένη ποιότητα.

Η μαλάκυνση του χάλυβα δεν είναι μια ενιαία διαδικασία με καθολικές παραμέτρους, αλλά μάλλον μια ομάδα θερμικών επεξεργασιών που επιλέγονται με βάση τη χημική σύνθεση, την αρχική μικροδομή και την προβλεπόμενη χρήση του υλικού. Η πλήρης ανόπτηση, η ισόθερμη ανόπτηση, η σφαιροειδής ανόπτηση και η ανακρυσταλλική ανόπτηση χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς, αλλά ο κοινός τους στόχος είναι η επίτευξη μιας υλικής κατάστασης πιο ευνοϊκής για τις επόμενες τεχνολογικές λειτουργίες.

Για τους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και τους εργαλειοχάλυβες, η σφαιροειδής ανόπτηση είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς επιτρέπει μια αλλαγή στη μορφολογία του καρβιδίου και προετοιμάζει το υλικό για κατεργασία και επακόλουθη σκλήρυνση. Σε υλικά ενισχυμένα με ψυχρή κατεργασία, η ανακρυστάλλωση είναι κρίσιμη, εξαλείφοντας τις επιπτώσεις της σκλήρυνσης λόγω κατεργασίας και αποκαθιστώντας την ολκιμότητα.
Η θερμοκρασία, ο χρόνος εμβάπτισης και η μέθοδος ψύξης θα πρέπει πάντα να καθορίζονται για μια συγκεκριμένη ποιότητα χάλυβα. Αυτό επιτρέπει την επίτευξη της απαιτούμενης μικροδομής χωρίς ανεξέλεγκτη ανάπτυξη κόκκων, ανεπιθύμητους μετασχηματισμούς ή υποβάθμιση των ιδιοτήτων του υλικού.

Μέθοδοι θερμικής και θερμοχημικής επεξεργασίας χάλυβα

Η μαλάκυνση είναι μόνο μία ομάδα διεργασιών που χρησιμοποιούνται για την τροποποίηση της μικροδομής και των ιδιοτήτων του χάλυβα. Ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται επίσης ομαλοποίηση, ανακούφιση από τις τάσεις, σκλήρυνση, σκλήρυνση και θερμοχημικές διεργασίες όπως η ενανθράκωση και η νιτρίδωση.

Μέθοδοι θερμικής επεξεργασίας χάλυβα

• Κανονικοποίηση χάλυβα – βελτίωση των κόκκων και ενοποίηση της μικροδομής.
• Συνεχής παρουσίαση – μείωση των υπολειμματικών τάσεων.
• Μαλάκωμα του χάλυβα – μείωση της σκληρότητας και βελτίωση της ευαισθησίας σε περαιτέρω επεξεργασία.
• Πλήρης ανόπτηση – ωστενιτοποίηση και αργή ψύξη.
• Ισοθερμική ανόπτηση – μετασχηματισμός που πραγματοποιείται διατηρώντας την θερμοκρασία σε σωστά επιλεγμένη θερμοκρασία.
• Ανόπτηση με σφαιρίδια – σφαιροποίηση – αλλαγή στη μορφολογία του σεμεντίτη ή άλλων καρβιδίων.
• Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης – απομάκρυνση των επιπτώσεων της σύνθλιψης και αποκατάσταση της πλαστικότητας.
• Ομογενοποιητική ανόπτηση – μείωση του διαχωρισμού και ομογενοποίηση της σύνθεσης των υλικών.
• Σκλήρυνση και θερμική επεξεργασία – διαμόρφωση της μικροδομής και των ιδιοτήτων μέσω σκλήρυνσης και επαναφοράς.
• Σκλήρυνση χάλυβα – ελεγχόμενη τροποποίηση των ιδιοτήτων του χάλυβα μετά τη σκλήρυνση.
• Επαγωγική σκλήρυνση – επιφανειακή επαγωγική θέρμανση και ταχεία ψύξη.
• Σκλήρυνση με φλόγα – επιφανειακή σκλήρυνση μετά από τοπική θέρμανση με φλόγα.
• Υπερκορεσμός – λήψη υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος μέσω κατάλληλου θερμικού κύκλου.
• Γηράσκων – ελεγχόμενος διαχωρισμός φάσεων που οδηγεί σε ενίσχυση του υλικού.

Μέθοδοι θερμοχημικής επεξεργασίας χάλυβα

• Νιτρίδωση χάλυβα – διαχυτικός εμπλουτισμός του επιφανειακού στρώματος με άζωτο.
• Ενανθράκωση χάλυβα – διαχυτικός εμπλουτισμός της επιφάνειας με άνθρακα.
• Καρβονιτρίωση – ταυτόχρονος εμπλουτισμός του επιφανειακού στρώματος με άνθρακα και άζωτο.
• Νιτροενανθράκωση / νιτροενανθράκωση – εμπλουτισμός του στρώματος κυρίως με άζωτο και άνθρακα.
• Γεώτρηση – κορεσμός διάχυσης της επιφάνειας με βόριο.
• Επιχρωμίωση διάχυσης – εμπλουτισμός διάχυσης του στρώματος με χρώμιο.
• Αλουμινοποίηση διάχυσης – εμπλουτισμός διάχυσης του στρώματος σε αλουμίνιο.