1. Nguyên tắc cơ bản đằng sau hàm lượng cacbon ảnh hưởng như thế nào đến độ cứng của cuộn cán nguội-là gì?
Tăng cường dung dịch rắn: Các nguyên tử cacbon tồn tại dưới dạng dung dịch rắn xen kẽ trong mạng lưới xen kẽ của ferit ( -Fe). Vì nguyên tử cacbon nhỏ hơn nhiều so với nguyên tử sắt nên chúng làm biến dạng mạng sắt, tạo ra trường ứng suất cục bộ và cản trở chuyển động trật khớp. Sự biến dạng mạng tinh thể này làm tăng khả năng chống biến dạng dẻo của vật liệu, dẫn đến độ cứng và độ bền được cải thiện.
Chuyển pha và xác định vi cấu trúc: Hàm lượng cacbon quyết định vi cấu trúc của thép:
Thép carbon thấp (C < 0,25%): Cấu trúc vi mô chủ yếu là ferit với một lượng nhỏ ngọc trai. Bản thân Ferrite tương đối mềm nên độ cứng tổng thể thấp.
Thép carbon trung bình (C 0,25%~0,6%): Tỷ lệ ngọc trai tăng lên. Pearlite là hỗn hợp nhiều lớp của ferit và xi măng (Fe₃C, một hợp chất cực kỳ cứng), có độ cứng cao hơn nhiều so với ferit.
Thép cacbon cao (C > 0,6%): Xi măng xuất hiện nhiều hơn trong vi cấu trúc, thậm chí hình thành mạng lưới hoặc cacbua dạng hạt, làm tăng độ cứng đáng kể.
2.Có mối quan hệ định lượng giữa hàm lượng cacbon và độ cứng của cuộn cán nguội-không?
Công thức thực nghiệm: Đối với thép cacbon-cán nóng hoặc ủ, độ bền kéo (tỷ lệ với độ cứng) có mối quan hệ gần như tuyến tính với hàm lượng cacbon.
Tác dụng phụ của quá trình làm cứng cán nguội: Đối với cuộn cán nguội-, độ cứng không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng cacbon mà còn phụ thuộc vào tốc độ giảm tốc độ cán nguội. Mật độ trật khớp tăng mạnh trong quá trình cán nguội, dẫn đến công việc bị cứng lại.
Xu hướng định lượng: Với cùng tốc độ giảm cán nguội, hàm lượng cacbon tăng 0,1% thường dẫn đến độ cứng tăng đáng kể (ví dụ: HRB hoặc HV) (ví dụ: HV có thể tăng 20-40 điểm). Tuy nhiên, ở phạm vi hàm lượng cacbon cao, tốc độ tăng độ cứng có xu hướng giảm dần do sự hiện diện của các pha giòn trong cấu trúc vi mô.
Hiệu ứng tôi luyện: Trong thép-cán nguội, thép ủ hoặc thép tôi, sự thay đổi về độ cứng với hàm lượng cacbon thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ tôi và đặc tính kết tủa cacbua.
3. Sự khác biệt về giá trị độ cứng điển hình và các tình huống ứng dụng đối với cuộn cán nguội-có phạm vi hàm lượng carbon khác nhau là gì?
Thép cacbon siêu thấp: Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01% (chẳng hạn như thép IF), được sử dụng trong các tấm thân ô tô (cửa, mui xe) và các bộ phận kéo sâu-phức tạp.
Thép cacbon thấp: 0,02%~0,15% Được sử dụng cho vỏ thiết bị, các bộ phận được dập chung và nền mạ thiếc.
4. Quá trình cán nguội tự nó thay đổi độ cứng ban đầu được xác định bởi hàm lượng cacbon như thế nào?
Sự khác biệt về tốc độ cứng hóa công việc:
Thép carbon thấp: Khả năng làm cứng tương đối thấp. Mặc dù độ cứng tăng lên sau khi cán nguội nhưng tốc độ đông cứng lại chậm.
Thép carbon cao: Tốc độ đông cứng cực cao. Do lượng lớn ngọc trai và cacbua đã có trong cấu trúc vi mô ban đầu, chuyển động trật khớp bị cản trở nghiêm trọng hơn trong quá trình cán nguội, dẫn đến độ cứng tăng mạnh với tốc độ giảm dần và có nhiều khả năng đạt đến độ bão hòa.
Tác dụng phụ của độ cứng cuối cùng:
Độ cứng cuối cùng của cuộn cán nguội- ≈ (độ cứng ma trận được xác định bởi hàm lượng cacbon) + (độ cứng gia công góp phần bởi tốc độ giảm cán nguội).
For example: A low-carbon steel cold-rolled coil (such as SPCC) with a large reduction rate (>50%) có thể có độ cứng (ví dụ: HRB 85) vượt quá độ cứng của thép cacbon trung bình được ủ (ví dụ: thép ủ 45# HRB 80). Do đó, độ cứng có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định thông qua quy trình cán nguội để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau.
5. Trong sản xuất hoặc ứng dụng, làm thế nào để điều chỉnh hàm lượng và quy trình cacbon theo yêu cầu về độ cứng?
Thiết kế thành phần:
Định hướng mục tiêu-: Nếu sản phẩm cuối cùng yêu cầu độ cứng cực cao (ví dụ: dải thép lò xo), thì phải chọn thép cacbon-cao (ví dụ: 65Mn, C75S), vì chỉ riêng quá trình tôi cứng không thể nâng độ cứng của thép cacbon thấp-đến mức yêu cầu.
Độ dẻo mục tiêu: Nếu yêu cầu khả năng định dạng tuyệt vời (ví dụ: kéo sâu), phải chọn thép cacbon siêu-thấp- hoặc cacbon{4}}thấp, vì quá trình ủ không thể loại bỏ sự mất độ dẻo do hàm lượng cacbon cao gây ra.
Quá trình bồi thường:
Bù biến động hàm lượng cacbon: Trong quá trình ủ liên tục hoặc ủ kiểu chuông, nếu nhiệt được phát hiện có hàm lượng cacbon quá cao (dẫn đến độ cứng quá cao), nhiệt độ ủ có thể được tăng lên một cách thích hợp hoặc thời gian giữ được kéo dài để giảm độ cứng xuống phạm vi mục tiêu thông qua quá trình làm mềm (kết tinh lại và tạo hình cầu).
Ủ đặc tính cơ học: Đối với thép cacbon trung bình- và-cao, đôi khi không đạt được trạng thái mềm nhất; thay vào đó, một hình thái peclit cụ thể (ví dụ, sorbite) thu được thông qua "ủ tới hạn" hoặc "ủ đẳng nhiệt" để cân bằng độ cứng và độ dẻo dai.
Những quan niệm sai lầm phổ biến trong đánh giá chất lượng: Điều quan trọng cần lưu ý là độ cứng của cuộn cán nguội-không thể được suy ra đơn giản chỉ từ hàm lượng cacbon. Với cùng hàm lượng carbon, độ cứng cuối cùng có thể khác nhau rất nhiều do tốc độ giảm cán nguội và quá trình ủ khác nhau. Vì vậy, người dùng cần chú ý đến cả cấp độ vật liệu (tương ứng với phạm vi hàm lượng carbon) và trạng thái cung cấp (đã ủ, cứng 1/4, cứng 1/2, cứng hoàn toàn, v.v.) khi sử dụng vật liệu.