ออสเทนไนต์ตกค้างและการอบชุบด้วยความเย็นจัด: เมื่อการต่ำกว่าศูนย์คุ้มค่า

ออสเทนไนต์ตกค้างคืออะไร

การชุบแข็งเปลี่ยนออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นของมาร์เทนไซต์ (Ms) และอุณหภูมิสิ้นสุดของมาร์เทนไซต์ (Mf) ในเหล็กคาร์บอนต่ำธรรมดา Mf อยู่เหนืออุณหภูมิห้องและการเปลี่ยนรูปสมบูรณ์ ใน เหล็กคาร์บอนสูงและเหล็กผสมสูง — เหล็กเครื่องมือ เกรดสำหรับคาร์บูไรซิง เหล็กแบริ่ง — ปริมาณคาร์บอนและธาตุผสมกด Ms และ Mf ให้ต่ำลง และออสเทนไนต์ส่วนหนึ่งก็ไม่เปลี่ยนรูปเลย: ออสเทนไนต์ตกค้าง เฟสอ่อนที่ผสมอยู่ในโครงสร้างที่ชุบแข็งแล้ว

ปริมาณแตกต่างกันมากตามเกรดและแนวปฏิบัติการทำออสเทนไนต์ ตัวเลขตั้งแต่ไม่กี่เปอร์เซ็นต์ถึงประมาณ 20–30% มีรายงานในเหล็กเครื่องมือผสมสูงที่ชุบแข็งจากช่วงบนของช่วงอุณหภูมิของมัน

เหตุใดจึงสำคัญ

• ความแข็งและการสึกหรอ: ออสเทนไนต์ตกค้างอ่อนกว่ามาร์เทนไซต์ ดังนั้นปริมาณมากเกินไปจะเสียความแข็งและประสิทธิภาพความล้าจากการสัมผัส (เหล็กแบริ่งถูกกำหนดอย่างเข้มงวดด้วยเหตุผลนี้)
• เสถียรภาพด้านขนาด: ออสเทนไนต์ตกค้างอยู่ในสภาวะกึ่งเสถียร มันสามารถเปลี่ยนรูปได้ในภายหลัง — ภายใต้ความเค้น ความร้อนจากการเจียระไน หรือการเปลี่ยนอุณหภูมิ — และการเปลี่ยนรูปทำให้ชิ้นงานขยายตัว เกจวัด แม่พิมพ์ที่ต้องการความแม่นยำ และชิ้นส่วนแบริ่งที่คลาดเคลื่อนออกจากค่าความคลาดเคลื่อนในการใช้งานเป็นอาการคลาสสิก
• มันไม่ได้แย่ไปทั้งหมด: ปริมาณเล็กน้อยที่ควบคุมได้สามารถเป็นประโยชน์ต่อความเหนียวและพฤติกรรมการสัมผัสแบบกลิ้ง และการอบคืนตัวเพียงอย่างเดียวก็เปลี่ยนมันได้มาก (ดูด้านล่าง)

วิธีแก้ไข ตามลำดับ

1. การอบคืนตัว การอบคืนตัวที่เลือกอย่างเหมาะสม (และสำหรับเหล็กเครื่องมือ การอบคืนตัว ครั้งที่สอง) จะสลายออสเทนไนต์ตกค้างและอบคืนมาร์เทนไซต์ใหม่ที่เกิดขึ้น สำหรับเครื่องมือจำนวนมาก เพียงเท่านี้ก็เพียงพอและไม่จำเป็นต้องอบชุบด้วยความเย็น
2. การอบชุบต่ำกว่าศูนย์ — ทำให้ชิ้นงานที่เพิ่งชุบแข็งเย็นลงถึงประมาณ −70 ถึง −85 °C (ช่วงน้ำแข็งแห้งหรือการทำความเย็นเชิงกล) และคงไว้สั้น ๆ เพื่อขับเคลื่อนการเปลี่ยนรูปให้ใกล้ Mf มากขึ้น ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนแบริ่งและชิ้นส่วนที่ผ่านการคาร์บูไรซิง
3. การอบชุบด้วยความเย็นจัดลึก — ทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิไนโตรเจนเหลว ประมาณ −196 °C โดยมีการทำให้เย็นและอุ่นอย่างช้า ๆ และควบคุมได้ โดยทั่วไปคงไว้หลายชั่วโมง และ ตามด้วยการอบคืนตัวเสมอ นอกเหนือจากการทำให้การเปลี่ยนรูปของออสเทนไนต์สมบูรณ์ การอบชุบด้วยความเย็นจัดลึกยังถูกกล่าวอ้างว่าส่งเสริมการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่ละเอียดมากในเหล็กเครื่องมือ ประโยชน์ด้านเสถียรภาพด้านขนาดได้รับการยอมรับอย่างดี ในขณะที่ขนาดของประโยชน์ด้านอายุการสึกหรอแตกต่างกันไปตามเกรดและการศึกษา

กฎลำดับขั้นตอนที่ตัดสินความสำเร็จ

• อบชุบ ทันทีหลังการชุบแข็ง — ชิ้นงานที่ล่าช้าอาจทำให้ออสเทนไนต์เสถียร และชิ้นงานที่มีความเค้นสามารถแตกร้าวได้หากทิ้งไว้ในสภาพที่เพิ่งชุบแข็ง
• ทำให้เย็นและอุ่น อย่างค่อยเป็นค่อยไป หน้าตัดบางและแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนไวต่อการแตกร้าวจากการช็อกจากความร้อนทั้งสองทิศทาง
• อบคืนตัวหลังจากนั้นเสมอ มาร์เทนไซต์ใหม่ที่ก่อตัวในความเย็นไม่ผ่านการอบคืนตัวและเปราะ วงจรความเย็นจัดที่สิ้นสุดที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีการอบคืนตัวทำให้ชิ้นงานแย่ลง

เมื่อใดจึงคุ้มค่า

การอบชุบต่ำกว่าศูนย์หรือความเย็นจัดคุ้มค่ากับต้นทุนในกรณี: เกจวัดและมาสเตอร์ที่ต้องการความแม่นยำ เครื่องมือตัดและขึ้นรูปคุณภาพสูง ชิ้นส่วนแบริ่งที่มีขีดจำกัดออสเทนไนต์ตกค้างที่เข้มงวด และแม่พิมพ์ที่ค่าความคลาดเคลื่อนไม่สามารถรองรับการขยายตัวในการใช้งานได้ สำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรทั่วไปในเหล็กคาร์บอนปานกลาง — ซึ่งคงออสเทนไนต์ตกค้างไว้น้อยตั้งแต่แรก — มันเพิ่มต้นทุนโดยไม่มีกลไกที่จะตอบแทนต้นทุนนั้น