Eine Einführung in die kryogene Härtung
Kryogenes Härten ist ein Prozess, der kryogene Temperaturen - Temperaturen unter -150 ° C (-238 ° F) verwendet, um die Kornstruktur eines Metalls zu verstärken und zu verbessern.
Es ist bekannt, dass die kryogene Behandlung bestimmter Metalle drei vorteilhafte Wirkungen hat:
- Höhere Beständigkeit: Die kryogene Behandlung trägt dazu bei, die Umwandlung von Restaustenit in wärmebehandelten Stählen in härteren Martensitstahl zu fördern. Dies führt zu weniger Unvollkommenheiten und Schwächen in der Kornstruktur des Stahls.
- Verbesserte Verschleißfestigkeit: Die kryogene Härtung erhöht die Abscheidung von Eta-Karbiden. Dies sind feine Karbide, die als Bindemittel für die Martensitmatrix dienen und so Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit entgegenwirken.
- Spannungsabbau: Alle Metalle haben Eigenspannungen, die entstehen, wenn sie aus ihrer flüssigen Phase in eine feste Phase erstarren. Diese Spannungen können zu Schwachstellen führen, die fehleranfällig sind. Kryogene Behandlung kann diese Schwächen reduzieren, indem sie eine gleichmäßigere Kornstruktur erzeugt.
Verarbeiten
Das Verfahren zur kryogenen Behandlung eines Metallteils beinhaltet ein sehr langsames Abkühlen des Metalls unter Verwendung von gasförmigem flüssigem Stickstoff. Der langsame Abkühlungsprozess von Umgebungs- zu kryogenen Temperaturen ist wichtig, um thermische Spannungen zu vermeiden.
Der Metallteil wird dann für 20 bis 24 Stunden auf einer Temperatur von etwa -190ºC (-310ºF) gehalten, bevor das Wärmebehandlungstempern die Temperatur auf etwa +149ºC (+ 300ºF) erhöht.
Diese Wärmebehandlungsstufe ist kritisch, um jegliche Sprödigkeit zu reduzieren, die aufgrund der Bildung von Martensit während des kryogenen Behandlungsverfahrens verursacht werden kann.
Kryogene Behandlung verändert die gesamte Struktur eines Metalls, nicht nur der Oberfläche. Die Vorteile gehen also nicht durch Weiterverarbeitung wie Schleifen verloren.
Da dieses Verfahren zur Behandlung von austenitischem Stahl, der in einer Komponente zurückgehalten wird, dient, ist es bei der Behandlung von ferritischen und austenitischen Stählen nicht wirksam. Es ist jedoch sehr wirksam bei der Verbesserung von wärmebehandelten martensitischen Stählen, wie Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt , sowie Werkzeugstählen.
Die kryogene Härtung wird neben Stahl auch zur Behandlung von Gusseisen, Kupferlegierungen , Aluminium und Magnesium eingesetzt . Das Verfahren kann die Lebensdauer dieser Metallteile um Faktoren von zwei bis sechs verlängern.
Kryogene Behandlungen wurden erstmals Mitte bis Ende der 1960er Jahre kommerzialisiert.
Anwendungen
Anwendungen für kryogen behandelte Metallteile umfassen, sind aber nicht beschränkt auf folgende Industrien:
- Luft- und Raumfahrt und Verteidigung (zB Waffenplattformen und Leitsysteme)
- Automotive (zB Bremsscheiben, Getriebe und Kupplungen)
- Schneidwerkzeuge (zB Messer und Bohrer)
- Musikinstrumente (zB Blechblasinstrumente, Klaviersaiten und Kabel)
- Medizinisch (zB chirurgische Instrumente und Skalpelle)
- Sport (zB Feuerwaffen, Angelausrüstung und Fahrradteile)