5140 LEGOVANÁ OCEL | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Klíčové procesy tepelného zpracování pro legovanou ocel 5140

Několik zavedených tepelné zpracování Na legovanou ocel 5140 lze aplikovat procesy k úpravě její mikrostruktury a následně i jejích fyzikálních a mechanických vlastností. Mezi tyto úpravy patří žíhání, normalizace, kalení a popouštění, izotermické kalení a indukční kalení.

3.1 Žíhání legované oceli 5140

Žíhání se používá především ke změkčení legované oceli 5140, čímž se zlepšuje její obrobitelnost a tvařitelnost.

• Proces: To zahrnuje ohřev oceli na teplotní rozsah 815 °C až 870 °C (1500 °F až 1600 °F), její udržování na této teplotě po dostatečně dlouhou dobu a následné pomalé ochlazování, obvykle v peci.
• Výsledek: Tato úprava si klade za cíl vytvořit mikrostrukturu převážně perlitických nebo sféroidizovaných karbidů ve feritické matrici. Maximální tvrdost dosažitelná po žíhání oceli 5140 v tomto rozsahu je přibližně 187 HB. Tento změkčený stav, charakterizovaný specifickou mikrostrukturou, je ideální pro následné výrobní operace díky zlepšené obrobitelnosti a tvařitelnosti.

3.2 Normalizace legované oceli 5140

Normalizace je proces tepelného zpracování používaný ke zjemnění struktury zrna legované oceli 5140, čímž se vytvoří rovnoměrnější a homogennější mikrostruktura.

• Proces: Zahrnuje ohřev oceli na teplotu nad jejím horním kritickým bodem transformace (Ac3) a následné ochlazení na klidném vzduchu.
• Výsledek: Tato úprava vede k jemnější a rovnoměrnější velikosti zrna, což může zlepšit pevnost a houževnatost oceli. Normalizace se často provádí jako přípravný krok před dalším tepelným zpracováním, jako je kalení a popouštění, čímž se zajišťuje konzistentní a optimální odezva na následné tepelné zpracování.

3.3 Kalení a popouštění legované oceli 5140

Kalení a popouštění (často označované jako kalení a temperování) je kritické tepelné zpracování pro legovanou ocel 5140 pro dosažení optimální rovnováhy mezi pevností, tvrdostí a houževnatostí.

• Proces kalení: To zahrnuje austenitizaci oceli, obvykle zahřátím na přibližně 840 °C (nebo dle specifických potřeb aplikace), následovanou rychlým ochlazením (kalením) ve vhodném médiu (např. oleji nebo vodě). Cílem je přeměnit austenit na tvrdou martenzitickou nebo bainitickou strukturu, která poskytuje počáteční vysokou tvrdost.

• Kalitelnost: Legovaná ocel 5140 vykazuje dobrou prokalitelnost, lepší než obyčejné uhlíkové oceli, jako je 1040, zejména při dosahování průřezové tvrdosti v průřezech do průměru přibližně 40 mm po kalení ve vodě. Například vzorek 5140 o průměru 15 mm vykazuje konzistentní tvrdost v celém průřezu díky tvorbě martenzitu, což je vlastnost, která se za podobných podmínek kalení udržuje i u vzorků o průměru 40 mm. Její prokalitelnost je však obecně nižší než u vyšších jakostí slitin, jako je 4140 nebo 4340; toto je třeba vzít v úvahu při opracování velmi velkých profilů, kde je dosažení rovnoměrné tvrdosti v celé tloušťce materiálu zásadní, protože alternativy s vyšším obsahem slitin mohou nabídnout hlubší kalení.

• Proces temperování: Po kalení je ocel extrémně tvrdá, ale pro většinu aplikací často příliš křehká. Popouštění zahrnuje opětovné ohřátí kalené oceli na specifickou teplotu pod její dolní kritickou teplotou (Ac1), obvykle mezi 175 °C a 705 °C (350 °F a 1300 °F). Zvolená teplota popouštění určuje konečnou rovnováhu vlastností.
• Výsledek: Popouštění do určité míry snižuje tvrdost a pevnost, ale výrazně zvyšuje tažnost a houževnatost, čímž uvolňuje vnitřní pnutí vznikající během kalení. Tento proces umožňuje přesnou kontrolu nad konečnými mechanickými vlastnostmi součástí z legované oceli 5140 a přizpůsobuje je specifickým provozním požadavkům.

3.4 Izotermické kalení legované oceli 5140

Nízkolegovaná ocel 5140 je považována za vhodnou pro izotermické kalení, což je izotermický transformační proces, při kterém vzniká bainitická mikrostruktura.

• Proces: Izotermické kalení zahrnuje kalení oceli z její austenitizační teploty přímo na teplotu nad počáteční teplotou martenzitu (Ms), ale pod rozsahem tvorby perlitu (obvykle v zóně bainitické transformace). Ocel se udržuje na této teplotě, dokud se austenit zcela nepřemění na bainit. U oceli 5140 je tato transformace na bainit obvykle dokončena během 1 až 10 minut při teplotách mezi 315 °C a 400 °C (600 °F až 750 °F).
• Výsledek: Tento proces vede k bainitické mikrostruktuře, známé pro svou vynikající kombinaci pevnosti, houževnatosti a tažnosti, často se sníženou deformací ve srovnání s konvenčním kalením a popouštěním. Složení legované oceli 5140 umožňuje izotermické popouštění ve větších průřezech ve srovnání s běžnými uhlíkovými ocelemi, jako je 1080, a to díky delšímu času, který je k dispozici k zamezení tvorby perlitu během chlazení.

3.5 Indukční kalení legované oceli 5140

Pro aplikace vyžadující vysokou povrchovou tvrdost a odolnost proti opotřebení v kombinaci s houževnatým jádrem lze legovanou ocel 5140 efektivně indukčním kalením. Tento proces se obvykle provádí po počátečním kalení a popouštění, aby se dosáhlo požadovaných vlastností jádra.

• Proces: Indukční kalení je technika povrchového kalení, která využívá elektromagnetickou indukci k rychlému ohřevu povrchové vrstvy oceli nad její transformační teplotu a následnému okamžitému kalení.
• Výsledek: Tím se vytvoří tvrdý povrchový obal a zároveň se zachovají předem stanovené prospěšné vlastnosti (jako je houževnatost nebo vysoká pevnost) jádra. U legované oceli 5140 (často označované jako 4140) může indukční kalení dosáhnout hloubky obalení 1,0 mm až 2,0 mm, přičemž pevnost jádra se obvykle pohybuje mezi 100-140 kgf/mm², v závislosti na průměru součásti a specifických procesních parametrech. Tato dvojí vlastnost je velmi výhodná pro součásti vystavené povrchovému opotřebení a namáhání jádra.

3.6 Přehled možností tepelného zpracování pro legovanou ocel 5140

Pro lepší představu o tom, jak tepelně zpracovat legovanou ocel 5140, shrnuje následující tabulka klíčové procesy tepelného zpracování: