问冶金专家:什么是钢化钢?

对功能钢的回火很重要。

穿着安全服装油的刀片在回火之前熄灭他的作品。
淬火或其他快速冷却后进行回火以消除内应力。

金属合金由元素的精确组合制成,如食谱中的成分。随着不同的烹饪技术改变食物的味道,这些元素在热改变了合金的性质的方式。

回火钢改变了金属的机械性能,使其更强,更耐。这使得它成为制作工具、弹簧、结构钢甚至刀剑的好材料。

让我们来看看钢化钢的基础......以及钢的钢材如何更灵活,而不是钢的钢而不会发脾气。

冶金101

冶金学是一门科学(因为它被应用于金属生产)和金属技术。它涉及金属的化学组成及其物理和机械属性。

以下是一些你会听到的关于冶金和回火钢的常见术语:

  • 力量:钢材如何抵抗永久变形或撕裂
  • 韧性:钢抗骨折有多好(通常随着力量的增加,韧性也是如此)
  • 硬度金属会如何好地划伤钢材或压痕
  • 耐冲击:钢在最小变形的情况下抵抗冲击载荷的能力(通常也称为具有高强度韧性)
  • 耐磨性:钢抵抗侵蚀、烧蚀、剥落和磨损的能力(通常也指硬度)
  • 结构完整性:钢材如何承受载荷而不破裂

钢是一种常用的建筑材料。钢的两种必需元素是铁和碳,而合金通常还含有少量的其他金属。钢的碳含量低于2.14%:高碳合金通常是铸铁的一种形式。合金通常含有锰和微量的硅酮、磷、硫和氧。钢是如此的耐用和坚固,它可以被使用几十年或更久,然后它可以一次又一次地被回收而不会失去它的属性。的大部分新钢铁生产包括再生钢的数量。

钢铁的发光方形酒吧出来了连续的施法者
钢厂使用连续铸造机器来制造坯料,酒吧和其他建筑材料。

钢的微观结构

在我们学习如何改变钢的性能之前,我们必须先了解它的微观组织。精确的加热和冷却会改变钢的微观组织:

铁氧体 - 以体为中心的立方(BCC)晶体结构

这是室温下的纯铁。它还可以描述具有非常低碳计数的钢。

想象一下,每个角落的一个分子的立方体,一个在立方体中心的一个分子。分子松散地包装并含有较少的分子在每个立方体内。在室温下,您只能在结构上加入0.006%的碳。

奥氏体-面心立方(FCC)晶体结构

当铁基合金在1500F和1800F之间加热时,就会出现这种形式。

想象一个立方体,每个角都有一个分子,每个边的中心都有一个分子。这些分子比铁氧体更紧密,可以含有2%的碳。

渗碳体

当碳钢被加热到奥氏体范围时,然后在没有任何合金的情况下冷却,它将其转化为铁氧体形式。当碳含量大于0.006%时形成渗碳石,碳原子与铁组合以形成碳化铁(Fe3C)。你永远不会得到一块纯胶铁的金属,因为一些材料将保持铁氧体形式。

珠光体

铁素体和渗碳体交替层将形成一种叫做珠光体的新结构。当钢被缓慢冷却,形成共晶混合物(其中两种熔融物质同时结晶)时,就会发生这种情况。它同时形成铁素体和渗碳体,以交替模式。

马氏体-体心正方(BCT)晶体结构

该钢微结构通过非常快速地冷却钢而形成,这迫使碳原子被捕获到铁晶格中。结果是钢铁和钢的非常坚硬,针状结构。

这些微观结构对于了解钢的机械性能非常重要。碳含量,合金浓度和整理方法都有助于钢的微观结构。一旦您了解到这一点,您就可以通过温度钢等精确的热处理学习如何操纵其性能。

关闭钢冷却发光的钢条在钢磨房
空气冷却可能会在条形内产生应力并需要回火。

热处理的概述

热处理金属会改变它的物理性质。它能增加其强度、延展性、韧性、硬度和耐腐蚀性。

有3种常见的热处理:

  • 退火:将金属加热以使其柔软,然后慢慢冷却。微观结构缓慢冷冻制造大圆形金属。这除以内部应力的金属,使其在击中时更可能凹陷或弯曲。
  • 淬火:在该过程中,金属快速冷却(通常在水或油浴中)。这很快冻结了分子。通过突然减少温度,在表面上产生许多小的锯齿状晶粒。谷物交错的锯齿状边缘,使其金属在击中时不太可能弯曲:表面更加困难。
  • 回火:减少任何多余的硬度通过生产或淬火产生,可以通过将金属加热到特定温度的特定时间来发动金属,这取决于您试图改变的性质。

为什么回火钢?

回火钢以使其适用于其应用的正确材料性能。这些可以是:

  • 在增加韧性的同时降低硬度(坚硬的材料抵抗碎片的碎片,其中硬质材料抵抗凹陷,并且在弯曲之前将裂缝)
  • 增加延展性(允许它改变形式而不会破坏)
  • 增加耐磨性和撕裂
  • 如果钢材需要进一步加工,可提高其可加工性

钢化钢工艺

在你发脾钢之前,你将经常先熄灭钢材,以硬化它。然后回火温度决定了从金属中取出的硬度。温度越高,除去硬度越多。例如,硬刀具在较低温度下进行回火,而柔性弹簧在较高温度下进行回火。

钢通常在气体,电阻或感应炉中加热,具有真空或惰性气体以防止氧化。一旦将钢加热到指定温度,就可以根据钢的类型和您想要实现的机械性能保持一定时间的温度。

回火钢筋的颜色如银色,棕色,蓝色和黄色代表不同的回火热度
通过Zaereth - 自己的工作,CC0。用于锻造的回火标准

您不需要温度计或温度枪可以知道它在何时加热到正确的温度。钢化钢根据回火的温度而变化为透明颜色。这种颜色由形成在表面上的氧化物层形成。较高的温度会产生较厚的氧化铁层,因为在该温度区中花费的时间框架更长的时间框架。该层有助于防止钢免腐蚀。

上述图像显示了不同颜色的回火钢制成的金属:

  • 从左边开始标准化钢。这是在其上临界温度高于其上方的钢并在常设空气中冷却。
  • 从左边的第二个是淬火钢。那是快速冷却的钢。
  • 接下来的八幅图显示了根据温度(130华氏度(176C)到730F (388C))显示的回火钢的颜色
一个条形图显示了很多不同的脾气
通过Zaereth - 自己的工作,CC0。钢中的回火颜色

钢化钢(通过温度/颜色)的实例:

淡黄色 176C / 349F. 雕刻师,剃须刀,刮刀
淡黄色 205 c / 401 f 岩石钻,铰刀,金属切割锯
深吸管 226 c / 439 f 斯克里斯林刀片
棕色的 260 c / 500 f 磁带,模具,钻头,锤子,冷凿
紫色的 282 c / 540 f 手术工具,拳,石雕工具
深蓝色 310C / 590F. 螺丝刀,扳手
浅蓝色的 337C / 639F. 弹簧,木材切割螺钉
灰色蓝色 371C / 700F. 结构钢

回火钢和淬火钢有什么区别?

回火钢和硬化钢具有相同的合金不同的能力。

硬化钢使其更加僵硬,不太可能划伤或缩进。然而,这种更硬的表面更脆。如果它被击中,它不会缩进,但如果冲击力太强,则它将破裂或芯片。耐回火一些硬度损失韧性增加。韧性是能够承受骨折或切碎的能力,但交易是它更有可能划伤或缩进。

通常,您将首先硬化钢,然后在钢后发脾气以达到特定的硬度与韧性。

一个女人抱着一把剑
剑可以具有差动回火,以便具有弹性核心的硬边。

刀剑的热处理

回火是一个重要的部分blade-smithing。通过称为差分回火的过程创建了一些最佳剑。通过差动淬透,史密斯可以在刀片的中心柔软,刺激的旋转叶片产生非常坚硬的刀片。这增加了刀片的韧性并防止破损。

在日本,武士刀通常通过使用粘土的应用来差异化差异化或回火,以帮助控制淬火和淬火过程中的变化率。不同厚度的粘土可以帮助控制变化率。

在其他差分回火过程中,热量仅施加到叶片的一部分(通常是脊柱)。当它辐射到尖锐边缘时,剑制造商会观察刀片的颜色。一旦它几乎到达边缘的浅稻草颜色,就会去除热量。

“现代”应用中的热处理和钢化钢

钢化钢不仅适用于刀具和剑。它具有现代生产中的现实世界应用。工具经常锻炼非常难以非常努力:淬火是一部分工具钢工艺用于创建耐用磨损和压痕的勤奋工作边缘。精密工具通常需要保持这种硬边缘以保持在工作宽容范围内。然而,对于整个工具的完整性,可能需要回火,使其不太脆弱。需要特定材料特性的弹簧,结构钢和其他金属件也可能发生热处理,取决于应用的材料需要产生一致或差分的脾气。

金属作为一种具有可延展性组织的晶体,为材料科学家提供了许多方法来解决合金选择和热处理的巧妙结合的问题。