Hvad sker der på molekylært niveau, når man tempererer stål?

Tempering stål er en varmebehandlingsproces, der ændrer dens mikrostruktur, hvilket resulterer i en ændring i dens egenskaber. Her er hvad der sker på et molekylært niveau:

1. Austenitformation:

* Opvarmning til det austenitiske interval: Når stål opvarmes til et specifikt temperaturområde (typisk mellem 723 ° C og 912 ° C for almindelige carbonstål), arrangerer jernatomerne sig selv til et ansigt-centreret kubisk (FCC) krystalstruktur kaldet austenit.

* kulstofopløsning: Ved denne temperatur opløses carbonatomerne i jerngitteret og danner en solid opløsning. Dette betyder, at carbonatomerne distribueres jævnt gennem jernet, hvilket gør stålet mere formbart og duktil.

2. Slukning:

* Hurtig afkøling: Efter at have nået den austenitiske tilstand afkøles stålet hurtigt, ofte ved at kaste det ned i vand, olie eller et andet slukningsmedium. Denne hurtige afkøling forhindrer carbonatomer i at diffundere ud af jerngitteret.

* Martensitdannelse: De hurtige afkøling fælder carbonatomerne i FCC-strukturen og omdanner austenit til en stærkt forvrænget kropscentreret tetragonal (BCT) krystalstruktur kaldet martensit. Denne proces sker meget hurtigt og resulterer ofte i en markant stigning i hårdhed og styrke.

3. Tempering:

* opvarmning til en lavere temperatur: Det tempererede stål genopvarmes derefter til en lavere temperatur, typisk mellem 150 ° C og 650 ° C. Denne proces kaldes "temperering."

* Martensit nedbrydning: Under temperering begynder martensiten at nedbrydes, med nogle af carbonatomerne, der diffunderer ud af jerngitteret og danner små carbidpartikler (Fe3C) i stålet.

* Stresslindring: De interne spændinger forårsaget af den hurtige afkølingsproces under slukning lettes under temperering.

* Mikrostrukturændring: Tempering ændrer også størrelse, form og distribution af carbidpartiklerne. Mikrostrukturen af ​​stålet bliver mere stabilt og mindre sprødt.

4. Ejendomsændringer:

* reduceret hårdhed: Temperering resulterer i et fald i hårdhed sammenlignet med den slukkede tilstand.

* Øget sejhed og duktilitet: Tempering forbedrer stålets sejhed og duktilitet, hvilket gør det mere modstandsdygtigt over for revner og brud.

* Forbedret bearbejdelighed: Tempering forbedrer også bearbejdeligheden af ​​stål, hvilket gør det lettere at skære og forme.

Kortfattet:

Tempering stål er en proces, der ændrer mikrostrukturen af ​​stålet ved at kontrollere afkølingshastigheden og temperaturen på varmebehandlingen. Denne proces resulterer i ændringer i stålets egenskaber, hvilket gør det velegnet til forskellige anvendelser.