Hva er quenching?
Bråkjøling er en varmebehandlingsprosess som varmer stål til over den kritiske temperaturen, holder det varmt i en viss tidsperiode, og deretter kjøler det ned med en hastighet som er større enn den kritiske kjølehastigheten for å oppnå en ubalansert struktur dominert av martensitt (bainitt kan også oppnås eller enfase austenitt kan opprettholdes etter behov). Bråkjøling er den mest brukte prosessen i stålvarmebehandling.
Det er fire grunnleggende prosesser for varmebehandling av stål: gløding, normalisering, bråkjøling og herding. Hensikten med bråkjøling er å transformere den underkjølte austenitten til martensitt eller bainitt for å oppnå martensitt- eller bainittstruktur, og deretter temperere den ved forskjellige temperaturer for å i stor grad forbedre stivheten, hardheten, slitestyrken, utmattelsesstyrken og seigheten til stålet, slik som for å møte de ulike brukskravene til ulike mekaniske deler og verktøy. Bråkjøling kan også brukes for å møte de spesielle fysiske og kjemiske egenskapene til visse spesialstål, som ferromagnetisme og korrosjonsbestandighet. En metallvarmebehandlingsprosess der et metallarbeidsstykke varmes opp til en viss passende temperatur og opprettholdes i en periode, og deretter senkes ned i et bråkjølingsmedium for rask avkjøling. Vanlig brukte bråkjølingsmedier inkluderer saltlake, vann, mineralolje, luft osv. Bråkjøling kan forbedre hardheten og slitestyrken til metallarbeidsstykker, så det er mye brukt i ulike verktøy, former, målere og deler som krever overflateslitasjemotstand (som f.eks. gir, valser, karburerte deler, etc.). Ved å kombinere bråkjøling med herding ved ulike temperaturer kan styrken, seighetsreduksjonen og utmattingsstyrken til metallet forbedres betraktelig, og koordineringen mellom disse egenskapene (omfattende mekaniske egenskaper) kan oppnås for å møte ulike brukskrav. I tillegg kan bråkjøling også gjøre det mulig for enkelte stål med spesielle egenskaper å oppnå visse fysiske og kjemiske egenskaper, for eksempel bråkjøling for å forbedre ferromagnetismen til permanentmagnetstål og forbedre korrosjonsmotstanden til rustfritt stål. Bråkjølingsprosessen brukes hovedsakelig til ståldeler. Når vanlig brukt stål varmes opp over den kritiske temperaturen, vil den opprinnelige strukturen ved romtemperatur bli fullstendig eller for det meste omdannet til austenitt. Deretter senkes stålet i vann eller olje for rask avkjøling, og austenitten omdannes til martensitt. Sammenlignet med andre strukturer i stål har martensitt den høyeste hardheten. Rask avkjøling under bråkjøling vil forårsake indre spenninger inne i arbeidsstykket. Når det når et visst nivå, vil arbeidsstykket bli forvrengt og til og med sprukket. Av denne grunn må en passende kjølemetode velges. I henhold til kjølemetoden er bråkjølingsprosessen delt inn i fire kategorier: enkelt-væske bråkjøling, dobbel-medium bråkjøling, martensitt gradert bråkjøling og bainitt isotermisk bråkjøling.
Bråkjølingsmetode Enkeltmedium bråkjøling Arbeidsstykket avkjøles i ett medium, for eksempel vannkjøling og oljekjøling. Fordelene er enkel betjening, enkel mekanisering og bred bruk. Ulempene er at herdespenningen i vann er stor, og arbeidsstykket er lett å deformere og sprekke; bråkjøling i olje, kjølehastigheten er lav, bråkjølingsdiameteren er liten, og store arbeidsstykker er ikke lett å bråkjøle. Det doble medium bråkjølingsarbeidsstykket avkjøles først til ca. 300 grader i et medium med sterkere kjølekapasitet, og avkjøles deretter i et medium med svakere kjølekapasitet, for eksempel: vannkjøling først og deretter oljekjøling, som effektivt kan redusere indre stress av martensitttransformasjon og redusere tendensen til arbeidsstykkedeformasjon og sprekker. Den kan brukes til bråkjøling av arbeidsstykker med komplekse former og ujevne tverrsnitt. Ulempen med dobbel-væske bråkjøling er at det er vanskelig å forstå øyeblikket for dobbel-væske konvertering. Hvis ombyggingen er for tidlig, er den lett å bråkjøle uten herding, og hvis ombyggingen er for sent, er den lett å bråkjøle og sprekke. For å overvinne denne ulempen ble den graderte bråkjølingsmetoden utviklet. Arbeidsstykket bråkjøles i et saltbad med lav temperatur eller alkalibadovn. Temperaturen på saltbadet eller alkalibadet er nær Ms-punktet. Arbeidsstykket holder seg ved denne temperaturen i 2 minutter til 5 minutter, og tas deretter ut for luftkjøling. Denne kjølemetoden kalles gradert bråkjøling. Hensikten med gradert kjøling er å gjøre temperaturen i og utenfor arbeidsstykket mer jevn, og samtidig utføre martensitttransformasjon, noe som i stor grad kan redusere bråkjølingsspenningen og forhindre deformasjon og sprekker. Graderingstemperaturen var tidligere satt litt høyere enn Ms-punktet, og arbeidsstykket kom inn i martensittsonen etter at temperaturen inne i og utenfor arbeidsstykket var jevn. Den har blitt forbedret for å gradere ved en temperatur litt lavere enn Ms-punktet. Praksis viser at effekten av å rangere under Ms-punktet er bedre. For eksempel blir former av høykarbonstål gradert bråkjølt i et alkalibad ved 160 grader, som kan herdes og deformeres mindre, så det er mye brukt. Isotermisk bråkjøling Arbeidsstykket bråkjøles i et isotermisk saltbad. Saltbadtemperaturen er i nedre del av bainittsonen (litt høyere enn Ms). Arbeidsstykket forblir isotermisk i lang tid inntil bainitttransformasjonen er fullført, og tas deretter ut for luftkjøling. Isotermisk bråkjøling brukes for stål med middels karbon eller høyere, formålet er å oppnå lavere bainitt for å forbedre styrke, hardhet, seighet og slitestyrke. Isotermisk bråkjøling brukes vanligvis ikke for lavkarbonstål. Overflateavkjøling Overflatekjøling er en lokal bråkjølingsmetode der overflatelaget til en ståldel bråkjøles til en viss dybde, mens kjernedelen forblir uavkjølt. Under overflatekjøling varmes overflaten av ståldelen raskt opp til bråkjølingstemperaturen, og varmen avkjøles umiddelbart før den kan trenge inn i kjernen av arbeidsstykket og derved oppnå lokal bråkjøling. Induksjonsslokking Induksjonsoppvarming er å bruke elektromagnetisk induksjon for å generere virvelstrømmer i arbeidsstykket for å varme opp arbeidsstykket. Cold quenching er quenching kjøling ved nedsenking i en kaldvannsløsning med sterk kjølekapasitet som kjølemedium. Lokal bråkjøling er å bråkjøle kun den delen av arbeidsstykket som må herdes. Luftkjølt bråkjøling refererer spesifikt til oppvarming i vakuum og bråkjøling og kjøling i høyhastighets sirkulerende negativt trykk, normalt trykk eller høyt trykk nøytral og inert gass. Overflateslukking er å bråkjøle bare overflatelaget til arbeidsstykket, inkludert induksjonskjøling, kontaktmotstandsvarmeslokking, flammeslukking, laserslukking, elektronstråleslukking osv. Luftkjøling er bråkjøling og kjøling med tvungen luft eller trykkluft som kjølemedium . Brinequenching er bråkjøling og avkjøling med en vandig løsning av salt som kjølemedium. Bråkjøling av organisk løsning er bråkjøling og avkjøling med en vandig løsning av organisk polymer som kjølemedium. Sprayquenching er bråkjøling og avkjøling med en væskestråle som kjølemedium. Spraykjøling er bråkjøling og avkjøling av arbeidsstykket i en tåke av en blanding av vann og luft. Varmbadkjøling er bråkjøling og avkjøling av arbeidsstykket i et varmt bad som smeltet salt, smeltet alkali, smeltet metall eller høytemperaturolje, slik som bråkjøling av saltbad, bråkjøling av blybad, bråkjøling av alkalibad osv. Dobbel væskekjøling er bråkjøling og avkjøling av arbeidsstykket etter oppvarming og austenitisering, og umiddelbart overføring til et medium med svak kjøleevne for kjøling når strukturen er i ferd med å gjennomgå martensittisk transformasjon. Trykkkjøling er bråkjøling og avkjøling av arbeidsstykket etter oppvarming og austenitisering under en bestemt armatur, hvis formål er å redusere bråkjøling og kjøleforvrengning. Gjennom bråkjøling er bråkjøling av arbeidsstykket fra overflaten til kjernen. Isotermisk bråkjøling er en prosess der arbeidsstykket varmes opp og austenitiseres, deretter raskt avkjøles til bainitttransformasjonstemperaturområdet og opprettholdes isotermisk for å omdanne austenitt til bainitt. Gradert bråkjøling er en prosess der arbeidsstykket varmes opp og austenitiseres, deretter senkes ned i et alkalibad eller saltbad med en temperatur litt høyere eller litt lavere enn M1-punktet i en passende tidsperiode, og deretter tas ut og luftkjøles etter at arbeidsstykket når middels temperatur for å oppnå martensittkjøling. Bråkjøling med undertemperatur er en prosess der det hypoeutektoide stålarbeidsstykket austenitiseres i Ac1-Ac3-temperaturområdet, deretter bråkjøles og avkjøles for å oppnå martensitt- og ferrittstrukturer. Direkte bråkjøling er en prosess der arbeidsstykket blir direkte bråkjølt og avkjølt etter at karbon er infiltrert. Etter at arbeidsstykket er karburert og avkjølt to ganger, blir det først austenitisert ved en temperatur høyere enn Ac3 og bråkjølt for å raffinere kjernestrukturen, og deretter austenitiseres ved en temperatur litt høyere enn Ac3 for å raffinere infiltrasjonslagstrukturen. Selvkjølende bråkjøling er en prosess der varmen fra det oppvarmede området automatisk overføres til det uoppvarmede området etter at arbeidsstykkets lokale eller overflate er raskt oppvarmet og austenitisert, slik at det austenitiserte området raskt avkjøles.
