Het afzuigproces van lager bainite

I. Basisprincipe van afschrikken van lagere bainiet

II. Processtappen en parameters van afschrikken van lagere bainiet

1. Austenitisatiefase (verwarmen en vasthouden)

• Doel: Om carbiden in het staal volledig op te lossen en een uniforme, fijne austenitische structuur te verkrijgen, wat de basis vormt voor de daaropvolgende transformatie.
• Procesparameters:
  • Austenitisatietemperatuur: Bepaald door de staalsamenstelling, over het algemeen 30~50°C boven Ac3 (voor hypoeutectoïde staalsoorten) of tussen Ac1 en Ac3 (voor hypereutectoïde staalsoorten, om netwerkcarbiden te vermijden). Bijvoorbeeld:
    • Middelzware koolstofstalen (bijv. 45 staal): 820~860°C;
    • Middelzware koolstofarme staalsoorten (bijv. 40Cr): 840~880°C;
    • Hoge koolstofstalen (bijv. T8 staal): 780~820°C (om grove korrels door oververhitting te voorkomen).
  • Vasthoudtijd: Bepaald door de werkstukdikte en de laadcapaciteit om austeniet-homogenisatie te garanderen. Meestal 1~3 uur (korter voor kleine werkstukken, tot 30 minuten; langer voor grote werkstukken), waarbij onderverhitting (onvolledige austenitisatie) of oververhitting (grove korrels, wat leidt tot verminderde prestaties) wordt vermeden.

2. Snelle afkoelfase (vermijden van perliet/hogere bainietzones)

• Doel: Om het geaustenitiseerde werkstuk snel af te koelen tot het temperatuurbereik voor lagere bainiettransformatie (200~350°C), waardoor voortijdige transformatie in de perliet- (500~600°C) of hogere bainietzones (350~500°C) wordt voorkomen, waardoor een "directionele" transformatie van austeniet in lagere bainiet wordt gegarandeerd.
• Procesparameters:
  • Koelmedium: Moet een voldoende afkoelsnelheid bieden (die de kritische afkoelsnelheid van het staal overschrijdt). Veelvoorkomende media zijn onder meer:
    • Gesmolten zouten (bijv. nitraat-nitrietbaden, met lage smeltpunten en gemakkelijke temperatuurregeling);
    • Minerale oliën (geschikt voor kleine werkstukken, met een iets langzamere afkoeling dan gesmolten zouten);
    • Polymeeroplossingen (bijv. polyvinylalcoholoplossingen, met instelbare koelcapaciteit).
  • Koel-eindpunt: Koel het werkstuk snel af tot 200~350°C (specifieke temperatuur bepaald door de TTT-curve van het staal; bijv. 250~300°C voor laaggelegeerde staalsoorten).

3. Isothermische transformatiefase (kernstap)

• Doel: Houd de ingestelde lage temperatuur vast om austeniet volledig om te zetten in lagere bainiet (het minimaliseren van rest-austeniet).
• Procesparameters:
  • Isothermische temperatuur: Meestal 200~350°C (karakteristiek bereik voor lagere bainiet). Lagere temperaturen produceren fijnere lagere bainietlatten, waardoor de sterkte en hardheid toenemen, maar de transformatie vertraagt (wat een langere vasthoudtijd vereist); hogere temperaturen (nabij 350°C) kunnen gedeeltelijke hogere bainiet vormen, waardoor de taaiheid afneemt.
  • Isothermische tijd: Bepaald door de TTT-curve van het staal om de volledige austeniettransformatie te garanderen. Voorbeelden:
    • 40Cr staal bij 280°C: ~2~4 uur;
    • 60Si2Mn verenstaal bij 250°C: ~3~5 uur.
  • Beoordelingscriteria: Microstructureel onderzoek (lagere bainiet verschijnt als donkere naaldachtige/lamellaire structuren zonder perliet of martensiet) of empirische formules (bijv. de tijd verlengen met 0,5~1 uur per 10 mm dikte).

4. Post-isothermische afkoeling

• Na isothermisch vasthouden kan het werkstuk aan de lucht worden afgekoeld tot kamertemperatuur (geen verdere snelle afkoeling nodig). Austeniet is al volledig omgezet in lagere bainiet, dus luchtafkoeling voorkomt martensietvorming of andere ongewenste structuren en voorkomt spanningsscheuren door overmatige afkoelsnelheden.

III. Geschikte staalsoorten

• Middelzware koolstofstalen: 45, 50, enz.;
• Middelzware koolstofarme staalsoorten: 40Cr, 42CrMo, 35CrMo, enz.;
• Verenstaalsoorten: 60Si2Mn, 50CrVA, enz.;
• Lagerstaalsoorten: GCr15 (austenitisatietemperatuur regelen om grove korrels te voorkomen).

IV. Prestatiekenmerken en toepassingen

• Prestatievoordelen: Lagere bainiet heeft een hardheid van HRC45~55 (dicht bij martensiet), maar 2~3 keer hogere slagtaaiheid (αk) dan martensiet (bijv. 40Cr na afschrikken van lagere bainiet heeft αk≥80J/cm² vs. 30~50J/cm² voor martensitisch afschrikken), met uitstekende vermoeiingssterkte en slijtvastheid.
• Toepassingen: Onderdelen die een "sterkte-taaiheid-balans" vereisen, zoals tandwielen, aandrijfassen, drijfstangen, veren en lagerringen.

V. Belangrijkste procespunten en voorzorgsmaatregelen

1. Austenitisatiecontrole: Te hoge temperaturen veroorzaken grove austenietkorrels en ruwe lagere bainiet, waardoor de taaiheid afneemt; lage temperaturen leiden tot onvolledige austenitisatie, waarbij restcarbiden de transformatie-uniformiteit belemmeren.
2. Afkoelsnelheid: Moet snel door de perlietzone (500~600°C) gaan; anders vormt zich perliet, waardoor de sterkte drastisch afneemt (selecteer media met de juiste koelcapaciteit, bijv. gesmolten zoutbaden, om ervoor te zorgen dat de snelheden de kritische waarden overschrijden).
3. Isothermische parameters: Volg de TTT-curves strikt voor temperatuur en tijd—afwijkingen veroorzaken overmatig rest-austeniet (verminderde hardheid) of gedeeltelijke hogere bainiet (verminderde taaiheid).
4. Werkstukgeometrie: Voor grote of complexe onderdelen, controleer de verwarmings-/afkoelsnelheden om spanningsscheuren te voorkomen (gebruik stapsgewijze verwarming of voorkoeling tot hogere temperaturen vóór isothermisch vasthouden).