1. Kakšno je osnovno načelo, kako vsebnost ogljika vpliva na trdoto hladno{1}}valjanih zvitkov?
Okrepitev trdne raztopine: Ogljikovi atomi obstajajo kot intersticijske trdne raztopine znotraj feritne mreže. Ker so atomi ogljika veliko manjši od atomov železa, izkrivljajo železovo mrežo, ustvarjajo lokalizirana napetostna polja in ovirajo gibanje dislokacij. To popačenje mreže poveča odpornost materiala na plastično deformacijo, kar ima za posledico izboljšano trdoto in moč.
Ojačitev s fazno transformacijo in določitev mikrostrukture: Vsebnost ogljika določa mikrostrukturo jekla:
Ultra{0}}nizkoogljično jeklo (C ≤ 0,01 %): mikrostruktura je skoraj 100 % feritna. Sam ferit je razmeroma mehak in ima izjemno nizko trdoto.
Nizkoogljično jeklo (C 0,02 % ~ 0,15 %): ferit + majhna količina perlita. Perlit je plastna mešanica ferita in cementita (Fe₃C, izjemno trda spojina), njegova trdota pa je veliko višja od trdote ferita.
Srednje ogljikovo jeklo (C 0,25 % ~ 0,60 %): Delež perlita je znatno povečan, kar ima za posledico zmerno trdoto.
Jeklo z visoko vsebnostjo ogljika (C > 0,60 %): V mikrostrukturi se pojavi več cementita, nastanejo celo mrežasti ali zrnati karbidi, kar povzroči znatno povečanje trdote.
2.Kakšno je kvantitativno razmerje med vsebnostjo ogljika in trdoto hladno{1}}valjanih zvitkov?
Pretvorba trdote: za primer vzamemo žarjene hladno{0}}valjane tuljave:
Nizko{0}}ogljično jeklo (npr. SPCC, C ≤ 0,12 %): trdota približno HRB 50–70
Srednje{0}}ogljikovo jeklo (npr. 45#, C 0,42 %~0,50 %): žarjena trdota približno HRB 80-90
Visoko{0}}ogljično jeklo (npr. 65Mn, C 0,62 %~0,70 %): žarjena trdota lahko doseže HRB 90–100 ali več
Dodatno utrjevanje pri hladnem-valjanju: za hladno{1}}valjane tuljave, končna trdota=(trdota matrice, določena z vsebnostjo ogljika) + (utrjevanje, ki ga prispeva stopnja redukcije pri hladnem{4}}valjanju). Pri enaki stopnji zmanjšanja-hladnega valjanja se lahko za vsakih 0,1 % povečanja vsebnosti ogljika trdota (HV) poveča za 20–40 točk.
Nonlinear Characteristics: In the high-carbon range (>0,8 %C), se strmina povečanja trdote zaradi prisotnosti mrežastega cementita v mikrostrukturi splošči in lahko celo povzroči povečano krhkost namesto linearnega povečanja trdote.
3. Kakšne so razlike v stopnjah utrjevanja?
Nizko{0}}ogljično jeklo: ima razmeroma nizko zmogljivost utrjevanja. Trdota se po hladnem valjanju poveča, vendar je hitrost utrjevanja počasna, kar omogoča visoke stopnje redukcije brez preprostega razpokanja.
Visoko{0}}ogljično jeklo: ima izjemno visoko stopnjo utrjevanja. Zaradi velike količine perlita in karbidov, ki so že prisotni v začetni mikrostrukturi, je gibanje dislokacij med hladnim valjanjem močneje ovirano, kar ima za posledico močno povečanje trdote z naraščajočo stopnjo redukcije in bolj verjetno je, da bo prišlo do nasičenja.
4. Kakšne so razlike v trdoti glede na stanje dostave?
Žarjeno stanje: zmehčano za lažjo nadaljnjo obdelavo in oblikovanje.
1/4 trdo, 1/2 trdo: Vmesna trdota, pridobljena z nadzorom stopnje redukcije pri hladnem valjanju.
Popolnoma trdo stanje: trdota doseže največjo vrednost za to vsebnost ogljika po hladnem valjanju z veliko stopnjo redukcije.
5. Kako izbrati vsebnost ogljika in postopek na podlagi zahtev glede trdote v proizvodnji ali uporabi?
Oblikovanje kompozicije:
Za aplikacije, ki zahtevajo izjemno visoko trdoto (npr. vzmetni jekleni trakovi, rezila): je treba izbrati visoko-ogljično jeklo (npr. 65Mn, C75S, SK5), saj samo utrjevanje ne more dvigniti trdote nizko-ogljičnega jekla na zahtevano raven.
Za aplikacije, ki zahtevajo odlično sposobnost oblikovanja (npr. globoko{2}}vlečeni deli): uporabiti je treba ultra-nizko-ogljično ali nizko{5}}ogljično jeklo, saj žarjenje ne more odpraviti izgube plastičnosti, ki jo povzroči visoka vsebnost ogljika.
Procesna kompenzacija:
Prilagoditev žarjenja: Če se pri postopkih neprekinjenega žarjenja ali zvonastega žarjenja zazna visoka vsebnost ogljika pri določeni toploti, kar ima za posledico visoko trdoto, se lahko temperatura žarjenja ustrezno poveča ali podaljša čas zadrževanja, da se zmanjša trdota s prekristalizacijo in sferoidizacijo.
Temperaturna obdelava: za srednje{0}} in visoko{1}}ogljikova jekla se včasih uporablja "kritično žarjenje" ali "izotermno žarjenje", da se pridobi posebna mikrostruktura (npr. sorbit), da se uravnoteži trdota in žilavost.
Merila kakovosti:
Trdote hladno{0}}valjanih zvitkov ni mogoče preprosto sklepati na podlagi vsebnosti ogljika. Pri enaki vsebnosti ogljika lahko končna trdota močno variira zaradi razlik v postopkih redukcije hladnega valjanja in žarjenja.
Pri izbiri materialov morajo biti uporabniki pozorni tako na razred (ustrezen razpon vsebnosti ogljika) kot na dobavno stanje (žarjeno, 1/4 trdo, 1/2 trdo, popolnoma trdo itd.).