1. Mis on põhiprintsiip selle taga, kuidas süsinikusisaldus mõjutab külmvaltsitud-poolide kõvadust?
Tahke lahuse tugevdamine: süsinikuaatomid eksisteerivad ferriidi (-Fe) interstitsiaalses võres interstitsiaalsete tahkete lahustena. Kuna süsinikuaatomid on palju väiksemad kui rauaaatomid, moonutavad nad raudvõre, tekitades lokaliseeritud pingevälju ja takistades dislokatsiooni liikumist. See võre moonutus suurendab materjali vastupidavust plastilisele deformatsioonile, mille tulemuseks on parem kõvadus ja tugevus.
Faasimuundumine ja mikrostruktuuri määramine: süsinikusisaldus määrab terase mikrostruktuuri:
Madala süsinikusisaldusega teras (C < 0,25%): mikrostruktuur on peamiselt ferriit, milles on väike kogus perliiti. Ferriit ise on suhteliselt pehme, mille tulemuseks on madal üldine kõvadus.
Keskmise süsinikusisaldusega teras (C 0,25% ~ 0,6%): Perliidi osakaal suureneb. Perliit on ferriidi ja tsementiidi (Fe₃C, äärmiselt kõva ühend) kihiline segu, mille kõvadus on palju suurem kui ferriidil.
Kõrge süsinikusisaldusega teras (C > 0,6%): mikrostruktuuri ilmub rohkem tsementiiti, moodustades ühtlaselt võrku või granuleeritud karbiide, suurendades oluliselt kõvadust.
2. Kas süsinikusisalduse ja külmvaltsitud rullide kõvaduse vahel on kvantitatiivne seos?
Empiiriline valem: Kuumvaltsitud- või lõõmutatud süsinikterase puhul on tõmbetugevusel (proportsionaalselt kõvadusega) süsinikusisaldusega ligikaudu lineaarne seos.
Külmvaltsimise töö karastamise lisamõju: külmvaltsitud{0}}poolide kõvadus ei sõltu mitte ainult süsinikusisaldusest, vaid ka külmvaltsimise vähendamise kiirusest. Külmvaltsimisel suureneb dislokatsioonitihedus järsult, mille tulemuseks on töö kõvenemine.
Kvantitatiivne suundumus: sama külmvaltsimise vähendamise kiiruse korral põhjustab süsinikusisalduse 0,1% suurenemine tavaliselt kõvaduse (nt HRB või HV) märkimisväärset suurenemist (nt HV võib suureneda 20{7}}40 punkti võrra). Kõrge süsinikusisaldusega vahemikus kipub kõvaduse suurenemise kiirus mikrostruktuuris olevate rabedate faaside tõttu siiski tasanema.
Karastusefekt: külmvaltsitud-, lõõmutatud või karastatud terase puhul varieerub kõvaduse muutus süsinikusisaldusega sõltuvalt karastustemperatuurist ja karbiidi sadestumise käitumisest.
3.Millised on erineva süsinikusisaldusega külmvaltsitud rullide tüüpiliste kõvaduse väärtuste ja kasutusstsenaariumide erinevused?
Ultra-madala süsinikusisaldusega teras: 0,01% või võrdne (nt IF-teras), kasutatakse autode kerepaneelides (uksed, kapotid) ja keerulistes süvatõmmatud osades.
Madala süsinikusisaldusega teras: 0,02% ~ 0,15% Kasutatakse seadmete korpuste, üldiste stantsitud osade ja tinaga kaetud aluspindade jaoks.
4.Kuidas külmvaltsimise protsess ise muudab süsinikusisaldusega määratud algset kõvadust?
Erinevused töökindluse määras:
Madala süsinikusisaldusega teras: suhteliselt madal töökõvastus. Kuigi pärast külmvaltsimist kõvadus suureneb, on kõvenemise kiirus aeglane.
Kõrge süsinikusisaldusega teras: ülikõrge töökõvastus. Kuna algses mikrostruktuuris on juba palju perliiti ja karbiide, on külmvaltsimisel dislokatsiooni liikumine tugevamini takistatud, mille tulemuseks on kõvaduse järsk tõus koos redutseerimiskiiruse suurenemisega ja see saavutab suurema tõenäosusega küllastumise.
Lõpliku kõvaduse lisamõju:
Külmvaltsitud-rulli lõplik kõvadus ≈ (maatriksi kõvadus määratakse süsinikusisalduse järgi) + (töökarastus, mis tuleneb külmvaltsimise vähendamise kiirusest).
For example: A low-carbon steel cold-rolled coil (such as SPCC) with a large reduction rate (>50%) võib kõvadus (nt HRB 85) ületada lõõmutatud keskmise süsinikusisaldusega terase kõvadust (nt lõõmutatud 45# teras HRB 80). Seetõttu saab kõvadust reguleerida külmvaltsimise käigus teatud vahemikus, et see vastaks erinevatele rakendusnõuetele.
5. Kuidas saab süsinikusisaldust ja protsessi vastavalt kõvadusnõuetele kohandada tootmises või rakenduses?
Kompositsiooni kujundus:
Siht-orienteeritud: kui lõpptoode nõuab äärmiselt kõrget kõvadust (nt vedruterasest riba), tuleb valida kõrge-süsinikterane (nt 65Mn, C75S), kuna ainult töökarastamine ei saa tõsta madala-süsinikterase kõvadust nõutavale tasemele.
Sihtplastilisus: kui nõutakse suurepärast vormitavust (nt sügavtõmbamine), tuleb valida üli-madala süsinikusisaldusega-või madala-süsinikusisaldusega teras, kuna lõõmutamine ei saa kõrvaldada suurest süsinikusisaldusest tingitud plastilisuse kadu.
Protsessi hüvitis:
Süsinikusisalduse kõikumise kompenseerimine: kui pideva lõõmutamise või kell{0}}tüüpi lõõmutamise protsesside puhul leitakse, et kuumusel on liiga kõrge süsinikusisaldus (mis põhjustab liiga kõrget kõvadust), saab lõõmutamistemperatuuri vastavalt tõsta või pikendada hoidmisaega, et vähendada kõvadust pehmendamise (ümberkristallimise ja sferoidiseerimise) abil sihtvahemikku.
Mehaaniline karastamine: keskmise - ja suure-süsinikterase puhul ei taotleta mõnikord kõige pehmemat olekut; selle asemel saadakse kõvaduse ja sitkuse tasakaalustamiseks spetsiifiline perliitne morfoloogia (nt sorbiit) "kriitilise lõõmutamise" või "isotermilise lõõmutamise" abil.
Levinud väärarusaamad kvaliteedi hindamisel: oluline on märkida, et külmvaltsitud{0}}poolide kõvadust ei saa tuletada ainult süsinikusisalduse põhjal. Sama süsinikusisalduse korral võib lõplik kõvadus külmvaltsimise redutseerimiskiiruste ja lõõmutamisprotsesside tõttu oluliselt erineda. Seetõttu peavad kasutajad materjali kasutamisel tähelepanu pöörama nii materjali kvaliteedile (vastab süsinikusisalduse vahemikule) kui ka tarneseisundile (lõõmutatud, 1/4 kõva, 1/2 kõva, täiskõva jne).