Криогендік қатайту: Материалдардың механикалық қасиеттерін жақсарту
Cryogenic hardening
Криогендік қатайту – азотты сұйықпен материалды тереңдету процесі. Төзімділігін арттырады, құрамы мен алдыңғы термообработкасына байланысты. Төзімділік жоғары болаттар үшін тиімді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Криогендік қатаю – материалды шамамен пайдаланылатын, әдетте сұйық азот арқылы салқындату процесі. Бұл кейбір болаттардың механикалық қасиеттеріне айқын әсер ете алады, егер олардың құрамы мен алдын ала жылулық өңдеуі бөлме температурасында аустенитті сақтауға мүмкіндік берсе. Мақсаты – болаттың кристалдық құрылымындағы мартензит мөлшерін арттыру, осы арқылы оның беріктігі мен қаттылығын жоғарылату, кейде оның икемділігінен айырылуы мүмкін. Қазіргі уақытта бұл өңдеу құралдық болаттарға, жоғары көміртекті, жоғары хромды болаттарға және кейбір жағдайларда карбидті цементке тозуға төзімділігін арттыру үшін қолданылады. Жақындағы зерттеулер көрсеткендей, осы өңдеу кезінде матрицада ұсақ карбидтер (эта карбидтер) пайда болады, бұл болатқа өте жоғары тозуға төзімділік қасиеттерін береді. Аустениттен мартенситке өту көбінесе салқындату арқылы жүзеге асырылады, бірақ температура төмендеген сайын бұл процесс толыққандырақ болады. Аустениттік тот баспайтын болат сияқты жоғары қорытпалы болаттарда трансформацияның басталуы бөлме температурасынан әлдеқайда төмен температурада болуы мүмкін. Көбінесе бастапқы салқындату кезінде толық трансформация болмайды, сондықтан криогендік өңдеу алдыңғы салқындатудың әсерін күшейтеді. Дегенмен, мартензит темір-көміртектік фазалық диаграммасында тепе-теңдік күйде болмағандықтан, криогендік өңдеуден кейін бөлшекті қыздыру нәтижесінде пайда болған мартензит аустенитке немесе феррит пен цементитке қайта айналып, қатаю әсерін жояды деген дәлелдеме жоқ. Бұл фазалар арасындағы трансформация жылдам жүреді және диффузияға байланысты емес, сонымен қатар бұл өңдеу экстремалды қаттылықты азайту емес, толық қатаюды қамтамасыз етеді, осы екі фактор да "криогендік темперлеу" терминін техникалық тұрғыдан дұрыс емес етеді. Қаттылу мартензиттік трансформацияға байланысты болуы міндетті емес, сонымен қатар криогендік температурада суық өңдеу арқылы да жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл төмен температурада пластикалық деформация нәтижесінде пайда болатын ақаулар бөлме температурасында әдетте қалыптасатын дислокациялардан өзгеше және соққылық қатаюдың әсеріне ұқсас материалдық өзгерістерге әкеледі. Бұл процесс дәстүрлі суық өңдеуден тиімдірек болғанымен, ол көбінесе жарылыспен пісіру сияқты экономикалық процестерді сынау үшін теориялық платформа қызметін аткарады. Мартензиттік трансформацияға ұшырамайтын көптеген қорытпалар да болаттарға ұқсас өңдеуден өтеді, яғни суық жұмыс жасауға ешқандай шаралар қолданылмайды. Егер мұндай өңдеуден пайда көрінсе, ықтимал түсіндірме – материалдың жылулық кеңеюі салдарынан шағын, бірақ тұрақты деформацияның пайда болуы.
Cryogenic hardening is a cryogenic treatment process where the material is cooled to approximately , usually using liquid nitrogen. It can have a profound effect on the mechanical properties of certain steels, provided their composition and prior heat treatment are such that they retain some austenite at room temperature. It is designed to increase the amount of martensite in the steel's crystal structure, increasing its strength and hardness, sometimes at the cost of toughness. Presently this treatment is being used on tool steels, high carbon, high chromium steels and in some cases to cemented carbide to obtain excellent wear resistance. Recent research shows that there is precipitation of fine carbides (eta carbides) in the matrix during this treatment which imparts very high wear resistance to the steels. The transformation from austenite to martensite is mostly accomplished through quenching, but in general it is driven farther and farther toward completion as temperature decreases. In higher alloy steels such as austenitic stainless steel, the onset of transformation can require temperatures much lower than room temperature. More commonly, an incomplete transformation occurs in the initial quench, so that cryogenic treatments merely enhance the effects of prior quenching. However, since martensite is a non equilibrium phase on the iron iron carbide phase diagram, it has not been shown that warming the part after the cryogenic treatment results in the re transformation of the induced martensite back to austenite or to ferrite plus cementite, negating the hardening effect. The transformation between these phases is instantaneous and not dependent upon diffusion, and also that this treatment causes more complete hardening rather than moderating extreme hardness, both of which make the term "cryogenic tempering" technically incorrect. Hardening need not be due to martensitic transformation, but can also be accomplished by cold work at cryogenic temperatures. The defects introduced by plastic deformation at these low temperatures are often quite different from the dislocations that usually form at room temperature, and produce materials changes that in some ways resemble the effects of shock hardening. While this process is more effective than traditional cold work, it serves mainly as a theoretical test bed for more economical processes such as explosive forging. Many alloys that do not undergo martensitic transformation have been subjected to the same treatments as steels—that is, cooled with no provisions for cold work. If any benefit is seen from such a process, one plausible explanation is that thermal expansion causes minor but permanent deformation of the material.