ความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก
- ความสามารถในการชุบแข็ง
ความสามารถในการชุบแข็งหมายถึงคุณสมบัติโดยธรรมชาติของเหล็กกล้าเกรดหนึ่งๆ ที่จะได้รับความลึกของชั้นแข็ง (ชั้นมาร์เทนไซต์) ในระหว่างการชุบแข็งภายใต้สภาวะที่กำหนด
ไม่ว่าชิ้นส่วนเหล็กจะสามารถชุบแข็งได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่นั้นเกี่ยวข้องกับอัตราการเย็นตัววิกฤต (vk) ของเหล็กในระหว่างการชุบแข็ง
ตัวบ่งชี้การวัด: แสดงออกโดยความลึกของชั้นแข็งที่มีประสิทธิภาพที่ทำได้เมื่อชิ้นทดสอบมาตรฐานถูกชุบแข็งภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ความลึกของชั้นแข็ง: หมายถึงระยะทางจากพื้นผิวของชิ้นส่วนเหล็กไปยังตำแหน่งที่โครงสร้างมาร์เทนซิติกคิดเป็น 50% ภายใน ยิ่งความลึกของชั้นแข็งมากเท่าใด ความสามารถในการชุบแข็งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เมื่อความลึกของชั้นแข็งถึงแกนกลาง ชิ้นงานจะแข็งตัวเต็มที่
2. อิทธิพลของความสามารถในการชุบแข็งต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็ก
ความสามารถในการชุบแข็งมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็ก หากชิ้นงานแข็งตัวเต็มที่ คุณสมบัติพื้นผิวจะสม่ำเสมอและสอดคล้องกัน ทำให้สามารถใช้ศักยภาพทั้งหมดของคุณสมบัติทางกลของเหล็กได้ หากไม่แข็งตัวเต็มที่ จะมีความแตกต่างในคุณสมบัติพื้นผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง ความเหนียวของแกนกลางจะต่ำกว่าชั้นผิว
ภายใต้สภาวะการอบชุบแข็งแบบเดียวกัน ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน
สำหรับความลึกของชั้นแข็ง: การชุบแข็งด้วยน้ำ > การชุบแข็งด้วยน้ำมัน ชิ้นงานขนาดเล็ก > ชิ้นงานขนาดใหญ่
3. ปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการชุบแข็ง
ความสามารถในการชุบแข็งเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของเหล็ก ซึ่งเป็นอิสระจากสภาวะภายนอกของเหล็ก (เช่น รูปร่าง ขนาด พื้นที่ผิว และตัวกลางทำความเย็น) แต่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอัตราการเย็นตัววิกฤต ยิ่งอัตราการเย็นตัววิกฤตน้อยลงเท่าใด ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ปัจจัยทั้งหมดที่มีผลต่ออัตราการเย็นตัววิกฤต (หรือตำแหน่งของ C-curve) — เช่น องค์ประกอบทางเคมี อุณหภูมิการชุบแข็ง และเวลาในการคงสภาพ — จะมีอิทธิพลต่อความสามารถในการชุบแข็ง
1）องค์ประกอบทางเคมี
- ปริมาณคาร์บอน: ในบรรดาเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ เหล็กกล้ายูเทคตอยด์ และเหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ เหล็กกล้ายูเทคตอยด์มีอัตราการเย็นตัววิกฤตน้อยที่สุดและความสามารถในการชุบแข็งสูงสุดในบรรดาเหล็กกล้าคาร์บอน ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของปริมาณคาร์บอน ภายในช่วงอุณหภูมิการให้ความร้อนในการชุบแข็งปกติ ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์จะลดลงเมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น
- ธาตุผสม: ธาตุผสมทั้งหมด ยกเว้นโคบอลต์ จะเลื่อน C-curve ไปทางขวา ลดอัตราการเย็นตัววิกฤต และปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็ง
2）อุณหภูมิการชุบแข็งและเวลาในการคงสภาพ
การเพิ่มอุณหภูมิความร้อนและการขยายเวลาในการคงสภาพสามารถปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จะทำให้เกรนหยาบขึ้น ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่นำมาใช้
4. การกำหนดความสามารถในการชุบแข็ง: การทดสอบการชุบแข็งปลาย (การทดสอบการชุบแข็งปลาย Jominy)
5. การประยุกต์ใช้ความสามารถในการชุบแข็ง
1）การประมาณความลึกของชั้นแข็ง
ในระหว่างการออกแบบชิ้นส่วน สามารถใช้เส้นโค้งความสามารถในการชุบแข็งที่ทราบเพื่อประมาณความลึกของชั้นแข็งที่มีประสิทธิภาพของชิ้นส่วนได้
2）การเลือกวัสดุตามความลึกของชั้นแข็ง
ความลึกของชั้นแข็งที่มีประสิทธิภาพมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของชิ้นงาน
เมื่อชิ้นงานแข็งตัวเต็มที่ โครงสร้างที่กระจายอย่างสม่ำเสมอสามารถทำได้ตลอดส่วนตัดขวางทั้งหมดหลังจากการอบคืนตัว และคุณสมบัติทางกลของมันก็สอดคล้องกัน
เมื่อไม่แข็งตัวเต็มที่ คุณสมบัติทางกลของแกนกลางของชิ้นงานจะต่ำกว่าชั้นแข็งผิว
เมื่อความเค้นของชิ้นงานกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดส่วนตัดขวาง และคุณสมบัติทางกลบนส่วนตัดขวางสอดคล้องกัน ควรเลือกเหล็กที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง
สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับภาระการดัดหรือแรงบิด (เช่น เพลา) ความเค้นที่พื้นผิวจะสูงที่สุดในขณะที่ความเค้นที่แกนกลางต่ำมาก ดังนั้นควรเลือกเหล็กที่มีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ
ภายใต้สภาวะการอบชุบแข็งแบบเดียวกัน ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน
*ความแข็งหลังจากการชุบแข็ง (ความสามารถในการชุบแข็งเพื่อความแข็งสูงสุด)
ภายใต้สภาวะการชุบแข็งปกติ หมายถึงความแข็งสูงสุดที่ทำได้โดยการได้รับโครงสร้างมาร์เทนซิติก ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนในมาร์เทนไซต์ และไม่เกี่ยวข้องกับธาตุผสมมากนัก ยิ่งปริมาณคาร์บอนสูงเท่าใด ความแข็งหลังจากการชุบแข็งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าผสมคาร์บอนต่ำมีความสามารถในการชุบแข็งที่ดีมาก แต่มีความแข็งต่ำหลังจากการชุบแข็ง อีกตัวอย่างหนึ่งคือเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนสูง ซึ่งมีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ แต่มีความแข็งสูงหลังจากการชุบแข็ง
โดยทั่วไป เหล็กกล้าผสมคาร์บอนปานกลาง 40Cr และเหล็กกล้าคาร์บอน 45 ถูกนำมาใช้สำหรับการเปรียบเทียบ อดีตมีธาตุผสมโครเมียม ดังนั้นความสามารถในการชุบแข็งจึงสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน 45 อย่างไรก็ตาม ปริมาณคาร์บอนของมันต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน 45 เล็กน้อย ส่งผลให้ความแข็งหลังจากการชุบแข็งต่ำกว่าเล็กน้อย
หมายเหตุ: เหล็กที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูงไม่จำเป็นต้องมีความแข็งสูงหลังจากการชุบแข็ง และในทางกลับกัน
