Jäännösausteniitti ja kryogeeninen käsittely: milloin pakkas käsittely kannattaa

Mikä jäännösausteniitti on

Sammutus muuntaa austeniitin martensiitiksi martensiitin aloitus- (Ms) ja martensiitin lopetuslämpötilojen (Mf) välillä. Tavallisissa niukkahiilisissä teräksissä Mf istuu huoneenlämpötilan yläpuolella ja muutos täydentyy. Runsashiilisissä ja runsaasti seostetuissa teräksissä — työkaluteräkset, hiiletyslajit, laakeriteräkset — hiili ja seospitoisuus painavat Ms ja Mf alas, ja osa austeniitista ei yksinkertaisesti koskaan muunnu: jäännösausteniitti, pehmeä faasi sekoitettuna karkaistuun rakenteeseen.

Määrät vaihtelevat laajalti lajista ja austenitointikäytännöstä riippuen; lukuja muutamasta prosentista suunnilleen 20–30% raportoidaan runsasseosteisissa työkaluteräksissä, jotka on karkaistu lämpötila-alueensa huipulta.

Miksi sillä on merkitystä

• Kovuus ja kuluminen: jäännösausteniitti on martensiittia pehmeämpää, joten liialliset määrät maksavat kovuutta ja kosketusväsymissuorituskykyä (laakeriteräkset spesifioidaan tiukasti tästä syystä).
• Mittastabiilius: jäännösausteniitti on metastabiili. Se voi muuttua myöhemmin — jännityksen, hiontalämmön tai lämpötilamuutoksen alla — ja muutos laajentaa osaa. Mitat, tarkkuusmuotit ja laakerikomponentit, jotka ajautuvat toleranssista käytössä, ovat klassinen oire.
• Se ei ole kaikki pahaa: pieni, valvottu määrä voi hyödyttää sitkeyttä ja vierintäkosketuskäyttäytymistä, ja pelkkä päästö muuntaa siitä suuren osan (katso alla).

Parannuskeinot järjestyksessä

1. Päästö. Oikein valittu päästö (ja työkaluteräksille toinen päästö) hajottaa jäännösausteniitin ja päästää syntyneen tuoreen martensiitin. Monille työkaluille tämä riittää eikä kylmäkäsittelyä tarvita.
2. Pakkaskäsittely — juuri sammutetun osan jäähdytys noin −70 to −85 °C (kuivajää- tai mekaaninen jäähdytysalue) ja lyhyt pito, ajaen muutoksen lähemmäksi Mf:ää. Laajalti käytetty laakeri- ja hiiletetyille komponenteille.
3. Syväkryogeeninen käsittely — jäähdytys nestemäisen typen lämpötiloihin, noin −196 °C, hitaalla valvotulla jäähdytyksellä ja lämmityksellä, yleensä pidettynä monta tuntia ja aina päästön seuraamana. Austeniitin muutoksen viimeistelyn lisäksi syväkryon väitetään edistävän erittäin hienoa karbidierottumaa työkaluteräksissä; mittastabiiliushyöty on hyvin vakiintunut, kun taas kulumisiän hyödyn koko vaihtelee lajin ja tutkimuksen mukaan.

Järjestyssääntöjä, jotka ratkaisevat onnistumisen

• Käsittele viipymättä sammutuksen jälkeen — viivytetyt osat voivat vakauttaa austeniittia, ja jännittyneet osat voivat haljeta, jos ne jätetään sammutetuksi.
• Jäähdytä ja lämmitä asteittain; ohuet poikkileikkaukset ja monimutkaiset muotit ovat halkeiluherkkiä lämpöshokille molempiin suuntiin.
• Päästä aina jälkikäteen. Kylmässä muodostunut tuore martensiitti on päästämätöntä ja haurasta; kryosykli, joka päättyy huoneenlämpötilaan ilman päästöä, on tehnyt osasta huonomman.

Milloin se kannattaa

Pakkaskäsittely tai kryokäsittely ansaitsee kustannuksensa: tarkkuusmitoilla ja -mestareilla, huippuluokan leikkaus- ja muovaustyökaluilla, laakerikomponenteilla tiukkojen jäännösausteniittirajojen kanssa ja muoteilla, joiden toleranssit eivät voi absorboida kasvua käytössä. Yleisten koneenrakennusosien kohdalla keskihiilisissä teräksissä — jotka säilyttävät vähän austeniittia aluksi — se lisää kustannuksia ilman mekanismia niiden takaisinmaksamiseen.