Wprowadzenie do hartowania kriogenicznego
Hartowanie kriogeniczne to proces wykorzystujący temperatury kriogeniczne - temperatury poniżej -150 ° C (-238 ° F) w celu wzmocnienia i wzmocnienia struktury ziaren metalu.
Wiadomo, że kriogeniczne przetwarzanie niektórych metali przynosi trzy korzystne efekty:
- Większa trwałość: obróbka kriogeniczna pomaga w promowaniu przekształcania austenitu zatrzymanego w stalach poddawanych obróbce cieplnej w twardszą stal martenzytyczną. Powoduje to mniej niedoskonałości i słabości struktury ziaren stali.
- Lepsza odporność na zużycie: Hartowanie kriogeniczne zwiększa strącanie eta-węglików. Są to drobne węgliki, które działają jak spoiwa wspomagające matrycę martenzytyczną, pomagając w przeciwstawianiu się odporności na zużycie i korozję.
- Redukcja stresu: Wszystkie metale mają naprężenia szczątkowe, które powstają, gdy zestalają się z fazy ciekłej w fazę stałą. Naprężenia te mogą powodować słabe obszary, które są podatne na awarię. Leczenie kriogeniczne może zmniejszyć te słabości, tworząc bardziej jednorodną strukturę ziarna.
Proces
Proces obróbki kriogenicznej części metalowej polega na bardzo powolnym chłodzeniu metalu przy użyciu gazowego ciekłego azotu. Powolny proces chłodzenia od temperatury otoczenia do temperatury kriogenicznej jest ważny w unikaniu stresu termicznego.
Część metalową następnie utrzymuje się w temperaturze około -190 ° C (-310 ° F) przez 20 do 24 godzin, a następnie odpuszczanie cieplne przyjmuje temperaturę do około +149 ° C (+ 300 ° F).
Ten etap odpuszczania na gorąco ma kluczowe znaczenie w zmniejszaniu jakiejkolwiek kruchości, która może być spowodowana powstawaniem martenzytu podczas procesu kriogenicznego.
Kriogeniczna obróbka zmienia całą strukturę metalu, a nie tylko powierzchnię. Tak więc korzyści nie są tracone w wyniku dalszego przetwarzania, takiego jak szlifowanie.
Ponieważ ten proces działa w celu obróbki stali austenitycznej, która jest zatrzymywana w komponencie, nie jest skuteczny w obróbce stali ferrytycznych i austenitycznych . Jest on jednak bardzo skuteczny w ulepszaniu poddanych obróbce cieplnej martenzytycznych stali, takich jak stale o wysokiej zawartości węgla i stali wysokochromowych, jak również stale narzędziowe.
Poza stalą hartowanie kriogeniczne stosuje się również do obróbki żeliwa , stopów miedzi , aluminium i magnezu . Proces ten może poprawić trwałość tego typu części metalowych o współczynnik od dwóch do sześciu.
Leczenie kriogeniczne było najpierw komercjalizowane w połowie lat 1960-tych.
Aplikacje
Aplikacje do części metalowych obrabianych kriogenicznie obejmują, ale nie ograniczają się do następujących branż:
- Przemysł lotniczy i obronny (np. Platformy uzbrojenia i systemy naprowadzania)
- Motoryzacja (np. Wirniki, przekładnie i sprzęgła hamulcowe)
- Narzędzia do cięcia (np. Noże i wiertła)
- Instrumenty muzyczne (np. Instrumenty dęte, druty fortepianowe i kable)
- Medyczne (np. Narzędzia chirurgiczne i skalpele)
- Sport (np. Broń palna, sprzęt wędkarski i części rowerowe)