Medzi štyri hlavné rodiny nehrdzavejúcej ocele, martenzitická nehrdzavejúca oceľ zaujíma jedinečné a významné postavenie.
Na rozdiel od austenitických tried, ktoré sa nedajú vytvrdiť tepelným spracovaním, alebo feritické triedy, ktoré ponúkajú obmedzenú kaliteľnosť, martenzitické nehrdzavejúce ocele sú vytvrditeľné tepelným spracovaním – schopné dosiahnuť vysokú tvrdosť, sila, a odolnosť proti opotrebeniu prostredníctvom kalenia a popúšťania.
Táto kombinácia odolnosti proti korózii a mechanického výkonu z nich robí materiál voľby pre aplikácie vyžadujúce trvanlivosť a odolnosť voči agresívnemu prostrediu.
Od príborov a chirurgických nástrojov až po lopatky turbín a automobilové komponenty, martenzitické nehrdzavejúce ocele sú nevyhnutné v nespočetných priemyselných a spotrebiteľských aplikáciách.
1. Čo je martenzitická nehrdzavejúca oceľ?
Martenzitický nehrdzavejúca oceľ je kategória nehrdzavejúcej ocele, ktorá sa môže vyvinúť prevažne martenzitická mikroštruktúra prostredníctvom tepelného spracovania.
Vo všeobecnosti sa klasifikuje oddelene od austenitických, feritický, duplexný, a precipitačne kaliteľné nehrdzavejúce ocele, pretože ich primárny mechanizmus spevnenia je založený na premene austenitu na martenzit počas chladenia, nasleduje temperovanie, aby sa dosiahla požadovaná rovnováha mechanických vlastností.
Zjednodušene povedané, postupnosť výroby a tepelného spracovania nasleduje po transformácii:
Žíhaná štruktúra → Austenitizácia → Kalenie → Martenzitická štruktúra → Temperovanie → Konečné technické vlastnosti
Proces začína zahriatím ocele na vhodnú teplotu austenitizujúca teplota, kde sa mikroštruktúra premieňa na austenit a legujúce prvky sa prerozdeľujú podľa zloženia a tepelného cyklu.
Komponent sa potom ochladí dostatočne rýchlo, aby sa potlačila tvorba mäkších rovnovážnych štruktúr a podporila sa martenzitická transformácia.
Výsledný martenzit sa vyznačuje vysoko napnutou kryštálovou štruktúrou obsahujúcou presýtený uhlík.
To vytvára vysokú tvrdosť a pevnosť, ale čerstvo ochladený martenzit môže mať tiež obmedzenú húževnatosť a významné zvyškové napätie.
Následne, komponenty z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele sú bežne vystavené temperovanie, čo znižuje krehkosť a umožňuje inžinierom prispôsobiť konečnú tvrdosť a húževnatosť.
Martenzitická transformácia
Martenzitická transformácia je bez difúzie, šmyková transformácia, ku ktorej dochádza pri austenite (Fcc) sa rýchlo ochladí pod počiatočnú teplotu martenzitu (Ms).
Transformácia je okamžitá a nezahŕňa difúziu atómov uhlíka - uhlík zostáva zachytený v mriežke, vytvorenie presýteného tuhého roztoku.
| Pódium | Popis | Teplota |
| Austenitizácia | Zahriatie na 950–1050 °C za vzniku austenitu. | 950–1050 °C |
| Zhasnutie | Rýchle chladenie (olej, vysielať, alebo voda) premeniť austenit na martenzit. | Nižšie pani |
| Temperovanie | Opätovné zahriatie na 150–650 °C na uvoľnenie napätia a úpravu vlastností. | 150–650 ° C |
2. Chemické zloženie martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Keďže martenzitická nehrdzavejúca oceľ pokrýva širokú skupinu tried, nižšie uvedené rozsahy sú skôr reprezentatívnymi rozsahmi odvetvia ako požiadavkami na akúkoľvek jednotlivú triedu.
| Legujúci prvok | Typický rozsah (7%) | Primárna funkcia v martenzitickej nehrdzavejúcej oceli |
| Chróm (Cr) | 10.5–18,0% | Poskytuje základnú odolnosť nehrdzavejúcej ocele proti korózii a oxidácii a silne ovplyvňuje fázovú stabilitu. |
| Uhlík (C) | 0.03–1,20% | Primárny vytvrdzovací a spevňovací prvok v konvenčných martenzitických triedach. |
| Nikel (V) | 0–3,0% | Zlepšuje húževnatosť, Tvrdosť, a fázovú stabilitu vo vybraných triedach. |
| Molybdén (Mí) | 0– 1,5 % | Zvyšuje lokálnu odolnosť proti korózii a prispieva k vytvrditeľnosti a výkonu pri zvýšených teplotách. |
| Mangán (Mn) | 0– 1,5 % | Podporuje dezoxidáciu a ovplyvňuje stabilitu a kaliteľnosť austenitu. |
Kremík (A) |
0–1.0% | Pôsobí predovšetkým ako deoxidačné činidlo pri výrobe ocele a môže prispieť k odolnosti voči oxidácii. |
| Dusík (N) | 0–0,20% | Spevňujúci a austenit stabilizujúci prvok používaný vo vybraných moderných alebo špecializovaných akostiach. |
| Vanadium (Vložka) | 0–1.0%* | Silný karbidotvorný prvok používaný hlavne v špecializovaných vysoko opotrebovaných alebo nástrojových martenzitických oceliach. |
| Niobium (Nb) | 0–1.0%* | Vytvára stabilné karbidy a môže zlepšiť metalurgickú stabilitu vo vybraných triedach. |
Uhlík: Primárny prvok vytvrdzovania
Uhlík má obzvlášť dôležitú úlohu v martenzitickej nehrdzavejúcej oceli, pretože silne ovplyvňuje štruktúru vytvorenú počas tepelného spracovania.
V žíhanom stave, uhlík môže existovať čiastočne v tuhom roztoku a čiastočne v karbidových fázach, v závislosti od triedy a tepelnej histórie.
Počas austenitizácie a následného kalenia, uhlík prispieva k tvorbe tvrdého martenzitu.
Ako všeobecný inžiniersky trend:
- Nižšie hladiny uhlíka uprednostňujú zlepšenú húževnatosť a miernejšiu tvrdosť.
- Stredná hladina uhlíka poskytujú rovnováhu medzi tvrdosťou a mechanickou pevnosťou.
- Vysoké hladiny uhlíka umožňujú veľmi vysokú tvrdosť a zlepšenú odolnosť proti opotrebeniu, ale môžu znížiť húževnatosť a zvýšiť krehkosť.
To je dôvod, prečo triedy v rámci martenzitickej rodiny môžu mať dramaticky odlišné aplikácie.
Pre ventily sa môže použiť trieda s relatívne nízkym obsahom uhlíka, hriadeľ, a štrukturálne komponenty, zatiaľ čo pre nože možno zvoliť triedu s vysokým obsahom uhlíka, nástroje, a presné diely odolné voči opotrebovaniu.
3. Hlavné typy a triedy martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ zahŕňa niekoľko odlišných tried kvality vyvinutých tak, aby spĺňali rôzne požiadavky na tvrdosť, sila, odpor, odpor, machináovateľnosť, tvrdosť, a odlievateľnosť.
Štandardné martenzitické stupne
Nižšie uvedené rozsahy zloženia sú reprezentatívne limity bežne spojené s príslušnými označeniami akosti.
Presné požiadavky by sa mali vždy overiť podľa príslušnej ASTM, V, My, On je, alebo špecifikácie zákazníka.
| Známka | Určenie USA | Približné zloženie | Typické aplikácie |
| 410 | S41000 | Cr: 11.5–13,5 %; C: ≤ 0,15 % | Ventily, komponenty čerpadla, hriadeľ, ochranca, turbína, a všeobecné priemyselné komponenty. |
| 420 | S42000* | Cr: 12–14%; C: 0.15–0,40 % | Príbory, chirurgické nástroje, čepele, formy, a komponenty odolné voči opotrebovaniu. |
| 420J2 | Bežne sa spája s ekvivalentmi rodiny S42000** | Cr: 12–14%; C: 0.26–0,40 % | Nože, nožnice, nožnice, spotrebný príbor, a univerzálne rezné nástroje. |
| 431 | S43100 | Cr: 15–17 %; V: 1.25–2,50 %; C: ≤ 0,20 % | Čerpadlo, morské hriadele, komponenty ventilu, kladenie lietadiel, a vysokopevnostné mechanické časti. |
440A |
S44002 | Cr: 16–18%; C: 0.60–0,75 % | Príbory, komponenty ventilu, ložiská, lekárske nástroje, a diely odolné voči opotrebovaniu. |
| 440B | S44003 | Cr: 16–18%; C: 0.75–0,95 % | Nástroje, presné prístroje, ložiská, a noste komponenty. |
| 440C | S44004 | Cr: 16–18%; C: 0.95–1,20% | Vysoko výkonné ložiská, presné opotrebované komponenty, prémiový príbor, časti ventilu, a chirurgické nástroje. |
| 416 | S41600 | Cr: 12–14%; C: ≤ 0,15 %; Siež: 0.15–0,35 % | Presne opracované kovania, hriadeľ, skrutky, komponenty ventilu, ochranca, a súčiastky pre automatické skrutky. |
Odlievané martenzitické stupne
ASTM systém označovania odliatkov identifikuje niekoľko dôležitých druhov martenzitickej nehrdzavejúcej ocele.
| Odlievaná trieda ASTM | Určenie USA | Približné zloženie | Typické aplikácie |
| CA-15 | J91150 | Cr: približne 11.5–14,0%; C: zvyčajne ≤ 0,15 % | Telesá a obloženie ventilov, komponenty čerpadla, turbína, hydraulické zariadenie, a priemyselné stroje. |
| CA-40 | J91151 | Cr: približne 11.5–14,0%; C: zvyčajne až do 0.40% | Časti ventilu odolné voči opotrebovaniu, priemyselné stroje, komponenty parnej obsluhy, a mechanické časti. |
CA-6NM |
J91540 | Cr: približne 11.5–14,0%; V: približne 3.5–4,5 %; Mí: približne 0.4–1.0%; C: ≤0,06% | Hydraulické turbíny, hydroelektrické zariadenia, veľké obežné kolesá čerpadla, pump, a vodohospodárske komponenty. |
| CB-7Cu-1 | J92180 | Cr: približne 14–16 %; V: približne 4–6%; Cu: približne 2.5–4,0%; C: ≤ 0,07 % | Letectvo, vysokopevnostné odliatky, čerpadlá, ventily, a náročné priemyselné zariadenia. |
4. Tepelné spracovanie martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Tepelné spracovanie je jedným z definujúcich aspektov martenzitickej nehrdzavejúcej ocele.
Na rozdiel od austenitických nehrdzavejúcich ocelí, ktoré vo všeobecnosti nemožno výrazne spevniť konvenčným kalením a popúšťaním,
martenzitické triedy sú špeciálne navrhnuté na vývoj rôznych kombinácií tvrdosť, sila, tvrdosť, odpor, a rozmerová stabilita prostredníctvom kontrolovaného tepelného spracovania.
Žíhanie
Žíhanie sa bežne používa na zmäkčenie martenzitickej nehrdzavejúcej ocele pred obrábaním, formovanie, alebo následné tepelné spracovanie.
V závislosti od triedy a špecifikácie, oceľ sa zahrieva na vhodný teplotný rozsah a chladí sa za kontrolovaných podmienok, aby sa vytvorila mäkšia a obrobiteľnejšia mikroštruktúra.
Medzi hlavné ciele žíhania patrí:
- Zníženie tvrdosti
- Uvoľnenie vnútorného stresu
- Zlepšenie opracovateľnosti
- Zlepšenie rozmerovej stability
- Vytvorenie jednotnejšej mikroštruktúry pred konečným vytvrdením
Pre veľa komponentov, hrubé obrábanie sa vykonáva v žíhanom stave, pretože úplne vytvrdená martenzitická nehrdzavejúca oceľ môže byť náročná a nákladná na obrábanie.
Komponent je následne tepelne spracovaný a následne povrchovo opracovaný alebo brúsený na dosiahnutie požadovaných konečných rozmerov.
Austenitizujúci
Austenitizácia je štádium, v ktorom sa oceľ pred kalením zahrieva, aby sa vytvoril austenit. Požadovaná teplota silne závisí od triedy.
Pre bežné martenzitické nehrdzavejúce ocele, typické austenitizačné teploty môžu spadať približne do nasledujúcich rozsahov:
| Rodina triedy | Typický rozsah austenitizácie* | Primárny cieľ |
| 410 / nízkouhlíkové martenzitické triedy | Približne 925–1 010 °C | Vytvorte austenitickú štruktúru vhodnú na následné vytvrdzovanie. |
| 420 / stredne uhlíkové triedy | Približne 980–1 065 °C | Pred kalením rozpustite primerané množstvo uhlíka a legujúcich prvkov. |
| 440-sériovo s vysokým obsahom uhlíka | Približne 1,010–120 ° C | Rozvíjajte vysoký potenciál tvrdosti a zároveň kontrolujte rozpúšťanie karbidov a rast zŕn. |
| 431 a triedy obsahujúce nikel | Približne 980–1 070 °C | Vypracujte vhodnú rovnováhu kaliteľnosti, sila, a tvrdosť. |
* Tieto rozsahy sú len reprezentatívne. Aktuálne teploty tepelného spracovania a doby výdrže by sa mali zvoliť podľa príslušnej špecifikácie materiálu, veľkosť sekcie, podmienky pece, a požadované konečné vlastnosti.
Austenitizácia musí byť starostlivo kontrolovaná. Ak je teplota príliš nízka, nedostatočná transformácia alebo rozpúšťanie karbidov môže obmedziť dosiahnuteľnú tvrdosť.
Príliš vysoké teploty alebo príliš dlhé doby zdržania môžu podporiť rast zŕn a zvýšiť množstvo zadržaného austenitu, potenciálne znižuje húževnatosť a rozmerovú stabilitu.
Zhasnutie
Po austenitizácii, komponent sa ochladí rýchlosťou dostatočnou na podporu transformácie austenitu na martenzit.
V závislosti od triedy a geometrie komponentov, kalenie môže zahŕňať:
- Chladenie vzduchom
- Kalenie oleja
- Kalenie polyméru
- Kalenie stlačeným plynom
- Iné kontrolované spôsoby chladenia
Výber kaliaceho média je rovnováhou medzi dosiahnutím dostatočného chladenia na kalenie a minimalizáciou tepelného namáhania.
Temperovanie
Čerstvo ochladený martenzit môže mať veľmi vysokú tvrdosť, ale aj vysoké vnútorné napätie a obmedzenú húževnatosť.
Temperovanie je preto nevyhnutným krokom pre väčšinu inžinierskych aplikácií.
Počas temperovania, oceľ sa znovu zahreje na kontrolovanú teplotu pod austenitizačným rozsahom a udržuje sa na nej primeranú dobu.
Tento proces umožňuje martenzitickej štruktúre stabilizovať a znižovať zvyškové napätia pri úprave rovnováhy medzi tvrdosťou a húževnatosťou.
Všeobecne:
- Nižšie teploty temperovania majú tendenciu zachovať si vyššiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.
- Vyššie temperovacie teploty všeobecne znižuje tvrdosť a zároveň zlepšuje húževnatosť a stabilitu napätia.
Presný vzťah závisí od stupňa. Niektoré martenzitické nehrdzavejúce ocele môžu tiež vykazovať nežiaduce krehnutie alebo zmeny v koróznom správaní v určitých rozsahoch temperovania.
Preto, teplota popúšťania by sa mala zvoliť skôr podľa špecifikácie príslušnej triedy a požadovaných prevádzkových vlastností, než len na základe všeobecného cieľa tvrdosti.
Dvojité temperovanie a rozmerová stabilizácia
Môžu vyžadovať vysoko uhlíkové a vysokovýkonné martenzitické nehrdzavejúce ocele viac cyklov temperovania na zlepšenie štrukturálnej stability a zníženie účinkov zadržaného austenitu.
Dvojité temperovanie môže poskytnúť niekoľko výhod:
- Vylepšená rozmerová stabilita
- Jednotnejšie mechanické vlastnosti
- Znížené zvyškové napätie
- Stabilizácia transformovaného zostatkového austenitu
- Vylepšená rovnováha medzi tvrdosťou a húževnatosťou
V presných aplikáciách, pred konečným brúsením alebo konečnou úpravou možno použiť ďalšie stabilizačné úpravy.
Toto je obzvlášť dôležité pre ložiská, nástroje, presné komponenty ventilov, a ďalšie časti, kde malé rozmerové zmeny môžu ovplyvniť funkčný výkon.
5. Typické rozsahy mechanických vlastností martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Nasledujúce hodnoty poskytujú reprezentatívne technické rozsahy pre bežne používané martenzitické nehrdzavejúce ocele.
Skutočné vlastnosti sa líšia v závislosti od formy produktu, hrúbka sekcie, tepelné spracovanie, stav temperovania, a platná norma.
| Známka | Typický stav | Výnosová sila, Rp0.2 (MPA) | Pevnosť v ťahu, Rm (MPA) | Predĺženie A (%) | Tvrdosť |
| 410 | Tvrdý & temperamentný | 550–1 000 | 700–1 200 | 10–20 | Približne. 25–45 HRC |
| 416 | Tvrdý & temperamentný | 550–1 000 | 700–1 200 | 10–20 | Približne. 25–45 HRC |
| 420 | Tvrdý & temperamentný | 700– 1 300 | 900– 1 600 | 8–18 | Približne. 45–55 HRC |
| 431 | Tvrdý & temperamentný | 700–1 000 | 900–1 200 | 10–20 | Približne. 28–45 HRC |
| 440A | Tvrdý & temperamentný | 1,000– 1 500 | 1,500– 1 900 | 5–12 | Približne. 54-58 HRC |
| 440B | Tvrdý & temperamentný | 1,100– 1 500 | 1,600– 1 950 | 4–10 | Približne. 56-59 HRC |
| 440C | Tvrdý & temperamentný | 1,200– 1 600 | 1,800-2 000+ | 2-8 | Približne. 56– 60 HRC |
| CA-15 | Vrhnúť, ošetrený tepelne | ≥450 | ≥620 | ≥18 | Zvyčajne ~180–230 HB |
6. Charakteristika martenzitickej ocele
Odpor
Rovnako ako všetky nehrdzavejúce ocele, martenzitické triedy získavajú ochranu proti korózii z ten, samoopravný pasívny film z oxidu chrómu.
Avšak, ich výkon je pod úrovňou austenitických tried:
- Poskytujú dobrú odolnosť voči vidieckemu a ľahkému mestskému prostrediu, neutrálna sladká voda, mierne organické kyseliny a väčšina potravinárskych prostredí.
- Ich nižší obsah chrómu (12–14 % pre štandardné triedy) a zrážanie karbidu chrómu má za následok horšiu odolnosť proti bodovej korózii a všeobecnú odolnosť proti korózii v porovnaní s 18/8 austenitické ocele.
- Nie sú vhodné na dlhodobé vystavenie morskej vode, silné minerálne kyseliny, roztoky s vysokým obsahom chloridov alebo ťažké priemyselné atmosféry.
- Triedy s vyšším obsahom chrómu, ako napríklad 440C, ponúkajú lepšie korózne vlastnosti ako triedy s nižším obsahom chrómu 410 a 420, napriek vyššiemu obsahu uhlíka.
Magnetické vlastnosti
Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú silne magnetické vo všetkých podmienkach tepelného spracovania.
Je to priamy dôsledok ich na telo centrovanej tetragonálnej kryštálovej štruktúry, ktorý podporuje spontánne magnetické usporiadanie z nepárových spinov elektrónov.
Bežnou mylnou predstavou je, že magnetická odozva označuje nehrdzavejúcu oceľ nízkej kvality.
V skutočnosti, magnetizmus je štrukturálna vlastnosť, nie je indikátorom kvality: všetky martenzitické a feritické nehrdzavejúce ocele sú prirodzene magnetické, vrátane vysokovýkonných tried ako 440C.
Odolnosť proti opotrebeniu a tvrdosť
Vynikajúca odolnosť proti opotrebeniu je hlavnou výhodou martenzitických tried s vysokým obsahom uhlíka.
Pri vytvrdnutí na 55+ HRC, prekonávajú austenitickú a feritickú nehrdzavejúcu oceľ faktorom 5–10 v abrazívnych a adhéznych aplikáciách.
Kombinácia tvrdej martenzitickej matrice a rozptýlených častíc karbidu chrómu vytvára materiál, ktorý si zachováva svoj tvar a povrchovú úpravu pri opakovanom kĺzavom kontakte.
Vďaka tomu je martenzitická nehrdzavejúca oceľ jedinou životaschopnou možnosťou z nehrdzavejúcej ocele pre rezné hrany, dosadacie plochy a komponenty klzného kontaktu.
Zvárateľnosť martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Zvárateľnosť sa vo všeobecnosti považuje za najvýznamnejšie obmedzenie spracovania martenzitických nehrdzavejúcich ocelí:
- Vysoká prekaliteľnosť zliatiny znamená, že zvarový kov a tepelne ovplyvnené oblasti po ochladení rýchlo stvrdnú, vytvára vysoké zvyškové napätie v ťahu a vysoké riziko praskania za studena.
- Štandardné postupy zvárania vyžadujú predhriatie na 200–300 °C, riadená interpass teplota a povinné temperovanie po zváraní ihneď po zváraní, aby sa zabránilo poruche.
- Nízky uhlíkový stupeň 410 má najlepšiu zvárateľnosť v rámci rodiny; 440C s vysokým obsahom uhlíka sa vo všeobecnosti neodporúča na tavné zváranie.
- Pre kritické aplikácie, zodpovedajúce martenzitické prídavné kovy alebo austenitické 309/310 plnivá sa používajú na zníženie rizika praskania.
Obrobiteľnosť a tvarovateľnosť
- Machináovateľnosť sa výrazne mení s tvrdosťou. V plne vyžíhanom stave, martenzitické nehrdzavejúce ocele majú dobrú opracovateľnosť, vo všeobecnosti lepšie ako austenitické 304 kvôli nižšej rýchlosti spevnenia.
V zatvrdnutom stave, opracovateľnosť je veľmi zlá; takmer celé dokončovacie obrábanie by malo byť dokončené v mäkkom žíhanom stave pred kalením.
Trieda voľného obrábania 416 ponúka výrazne zlepšené lámanie triesok a životnosť nástroja pre veľkoobjemovú výrobu skrutkových strojov. - Formovateľnosť je mierny v žíhanom stave, vhodné na ohýbanie, operácie valcovania a plytkého ťahania.
Martenzitické triedy sa nemôžu rovnať hlbokej ťažnosti austenitických ocelí, a tvárnenie za studena sa musí vykonať vždy pred kalením.
7. Výrobné procesy pre komponenty z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ môže byť spracovaná širokou škálou výrobných ciest, vrátane CNC obrábanie, odlievanie investícií, odlievanie piesku, kovanie, a prášková metalurgia.
Vhodný proces závisí od geometrie komponentu, rozmerové požiadavky, objem výroby, požiadavky na mechanické vlastnosti, materiálové využitie, a či súčiastka podstúpi následné kalenie a popúšťanie.
CNC obrábanie
CNC obrábanie je subtraktívny výrobný proces, pri ktorom sa martenzitická nehrdzavejúca oceľ odstraňuje z tyče, tanier, kovanie, alebo iný polotovar s použitím počítačom riadených rezných nástrojov.
Bežné operácie zahŕňajú sústruženie, mletie, vŕtanie, závitovanie, nudný, brúsenie, a viacosové obrábanie.
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ sa často spracováva v žíhanom alebo zmäkčenom stave pred konečným kalením.
Po hrubom opracovaní môže potom nasledovať kalenie a popúšťanie, s povrchovým opracovaním alebo brúsením používaným na dosiahnutie konečných rozmerových a povrchových požiadaviek.
Investičný casting
Odlievanie investícií, tiež známy ako obsadenie strateného vosku, vyrába komponenty z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele vytvorením detailného voskového vzoru, vytvorenie keramickej škrupiny okolo vzoru, odstránenie vosku, a naliatie roztavenej nehrdzavejúcej ocele do výslednej dutiny.
Proces je obzvlášť užitočný pre komponenty s zložité geometrie, tenké úseky, vnútorné pasáže, integrovaných šéfov, a ťažko obrobiteľné profily.
Odlievanie piesku
Odlievanie piesku používa pieskovú formu na vytvorenie dutiny, do ktorej sa naleje roztavená martenzitická nehrdzavejúca oceľ.
V porovnaní s investičným liatím, liatie do piesku poskytuje väčšiu flexibilitu pre väčšie komponenty a relatívne jednoduché alebo stredne zložité geometrie.
Je široko používaný pre priemyselné komponenty, kde je štrukturálna integrita, veľkosť komponentu, a ekonomika výroby sú dôležitejšie ako extrémne jemné detaily povrchu.
Kovanie
Kovanie vytvára martenzitickú nehrdzavejúcu oceľ riadenou plastickou deformáciou, normálne pri zvýšenej teplote.
Materiál je stlačený medzi matricami alebo inými nástrojmi, aby sa vytvorila požadovaná geometria.
Kovanie môže vytvoriť rafinovanú a smerovú mikroštruktúru pri súčasnom znížení vnútornej pórovitosti a zlepšení štrukturálnej integrity.
Preto sa často vyberá pre komponenty, ktorým sú vystavené vysoké zaťaženie, dopad, tlak, alebo cyklické napätia.
Medzi typické kované komponenty patria hriadele, stonky ventilu, čerpadlo, ochranca, príslušenstvo, a vysokopevnostné mechanické komponenty.
Metalurgia prášku
Metalurgia prášku vyrába martenzitické triedy s vysokým obsahom uhlíka, ako je 440C s extrémne rovnomernou distribúciou karbidov a jemnozrnnou štruktúrou, prevyšuje kovaný materiál v odolnosti proti opotrebovaniu a rozmerovej stabilite.
Proces je ideálny pre malé, zložité komponenty s vysokým opotrebením, kde by konvenčné obrábanie bolo neúmerne drahé.
8. Povrchové úpravy a povrchové inžinierstvo
Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú kompatibilné s celým radom povrchových úprav a technických úprav na zlepšenie vzhľadu, odolnosť proti korózii a opotrebenie:
- Povrchová úprava frézou: Štandardný valcovaný alebo kovaný povrch pre priemyselné konštrukčné diely
- Mechanické leštenie / zrkadlová úprava: Vysoko uhlíkové triedy možno leštiť na zrkadlové povrchy optickej kvality, čo z nich robí štandard pre chirurgické nástroje a špičkové príbory
- Kefovaný / saténová povrchová úprava: Smerová textúrovaná povrchová úprava pre ručné náradie a dekoratívne kovanie
- Pasivácia: Chemické ošetrenie na odstránenie voľného železa a posilnenie pasívnej oxidovej vrstvy, Zlepšenie odolnosti proti korózii
- Elektropooling: Ultra hladký, povrchová úprava odolná voči korózii pre medicínske komponenty a komponenty prichádzajúce do styku s potravinami
- Tvrdé povlaky: DLC, TiN a povlaky z karbidu chrómu ďalej zvyšujú tvrdosť povrchu a znižujú trenie pri silnom opotrebovaní ložísk a rezných aplikácií
9. Aplikácie martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ je široko používaná tam, kde komponent vyžaduje kombináciu vysokej pevnosti, tvrdosť, odpor, mierna odolnosť proti korózii, a rozmerová stabilita.
Ventily a zariadenia na kontrolu tekutín
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ je široko používaná stonky ventilu, obloženie ventilov, sedadlá, hriadeľ, a ďalšie vnútorné komponenty.
Jeho vysoká tvrdosť pomáha odolávať erózii, odtieranie, a opakovaný mechanický kontakt, zatiaľ čo jeho odolnosť proti korózii poskytuje ochranu v mnohých vodách, pary, a priemyselné tekuté prostredie.
Medzi typické komponenty patrí:
- Stonky ventilu
- Guľôčky a obloženie ventilov
- Sedadlá
- Čerpadlo
- Obaly
- Puzdro
- Noste prstene
Príbory a rezné nástroje
Martenzitické triedy s vysokým obsahom uhlíka sú obzvlášť dôležité v nožoch a aplikáciách na rezanie.
420 je široko používaný pre univerzálne čepele, zatiaľ čo 440A, 440B, a 440 °C môže poskytnúť vyššiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.
Kľúčové výhody sú:
- Vysoká retencia hrán
- Tvrdosť
- Odolnosť voči deformácii
- Dobrý odpor
- Primeraná odolnosť proti korózii v porovnaní s konvenčnými uhlíkovými nástrojovými oceľami
Ložiská a presné opotrebiteľné komponenty
Martenzitické nehrdzavejúce ocele s vysokým obsahom uhlíka, najmä 440C, sa používajú na ložiskové komponenty odolné voči korózii.
Typické aplikácie zahŕňajú:
- Ložiskové gule
- Ložiskové preteky
- Presné valčeky
- Puzdro
- Noste prstene
- Prístrojové ložiská
Lekárske a chirurgické nástroje
Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú široko používané v chirurgických nástrojoch, pretože sa môžu kombinovať tvrdosť, retencia okrajov, sila, odpor, a schopnosť sterilizácie.
Aplikácie zahŕňajú:
- Chirurgické nožnice
- Chirurgické čepele
- Kliešte
- Svorky
- Zubné nástroje
- Rezacie nástroje
Automobilové komponenty
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ môže byť použitá v automobilových komponentoch vystavených mechanickému zaťaženiu, zahrievať, obliecť sa, a korozívne prostredie.
Aplikácie zahŕňajú:
- Hriadeľ
- Komponenty ventilu
- Komponenty čerpadla
- Ochranca
- Komponenty súvisiace s výfukom
- Mechanické pohony
- Komponenty odolné voči opotrebeniu
Komponenty letectva a turbín
Vybrané martenzitické nehrdzavejúce ocele sa používajú v leteckých a energetických zariadeniach, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť a rozmerová stálosť.
Aplikácie môžu zahŕňať:
- Turbína
- Hriadeľ
- Ochranca
- Komponenty čerpadla
- Akčné komponenty
- Mechanické diely s vysokou pevnosťou
Energia, Pumpovať, a vodné zariadenia
Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú tiež dôležité v zariadeniach na výrobu energie a na úpravu vody.
Obsadenie triedy CA-6NM, napríklad, je nízkouhlíková martenzitická nehrdzavejúca oceľ obsahujúca nikel a molybdén a je široko spájaná s obežné kolesá hydraulických turbín, komponenty čerpadla, a zariadenia na manipuláciu s vodou.
10. Výhody a obmedzenia martenzitickej nehrdzavejúcej ocele
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ sa odlišuje od iných rodín nehrdzavejúcich ocelí svojou schopnosťou vývoja vysoká pevnosť a tvrdosť vďaka kaleniu a popúšťaniu.
Vďaka tomu je obzvlášť vhodný pre komponenty vystavené opotrebovaniu, mechanické zaťaženie, rezanie, dopad, a opakovaný kontakt.
Avšak, rovnaké metalurgické vlastnosti, ktoré poskytujú vysokú tvrdosť, môžu znížiť ťažnosť, tvrdosť, odpor, a zvárateľnosť.
Kľúčové výhody
- Jediná rodina nehrdzavejúcej ocele vytvrditeľná tepelným spracovaním, s laditeľnou tvrdosťou od 20 HRC do 62 HRC
- Vynikajúca odolnosť proti opotrebovaniu a tvrdosť povrchu, 5-10-krát lepšie ako austenitické nehrdzavejúce ocele
- 2– 3-krát vyššia pevnosť ako štandardné austenitické druhy v kalenom stave
- Mierna odolnosť proti korózii, výrazne lepšie ako obyčajná uhlíková oceľ
- Prirodzene magnetické, vhodné pre aplikácie magnetických komponentov
- Vynikajúca leštivosť do vysoko lesklého zrkadlového povrchu
- Nižšie náklady ako vysokolegované austenitické a duplexné nehrdzavejúce ocele pre ekvivalentné úrovne pevnosti
Prirodzené obmedzenia
- Nižšia všeobecná a bodová korózia v porovnaní s 304/316 austenitické známky; nevhodné pre vysoko chloridové a silne kyslé prostredie
- Zlá zvárateľnosť vyžadujúca predhriatie a temperovanie po zváraní, aby sa zabránilo praskaniu
- Na dosiahnutie optimálnych vlastností vyžaduje tepelné spracovanie, pridanie nákladov na spracovanie a dodacej lehoty
- Nižšia ťažnosť a húževnatosť ako austenitické nehrdzavejúce ocele v kalenom stave
- V určitých teplotných rozsahoch náchylný na popúšťaciu krehkosť
- Obmedzená schopnosť hlbokého ťahania a tvarovania za studena
11. Martenzitické vs. Austenitické vs. Feritická nehrdzavejúca oceľ
Tri hlavné rodiny nehrdzavejúcej ocele sa líšia predovšetkým mikroštruktúrou, odozva na tepelné spracovanie, sila, odpor, ťažkosť, magnetické správanie, a zvárateľnosť.
Nasledujúca tabuľka sa zameriava na technické charakteristiky, ktoré sú najdôležitejšie pre výber materiálu.
| Majetok | Martenzitická nehrdzavejúca oceľ | Austenitická nehrdzavejúca oceľ | Feritická nehrdzavejúca oceľ |
| Typické známky | 410, 420, 431, 440A/440C | 304, 304L, 316, 316L, 321 | 409, 430, 439, 441, 444 |
| Kryštalizácia | BCT martenzit po vytvrdnutí | Fcc austenite | Ferit BCC |
| Typický obsah Cr | ~11,5–18 % hmotn. | ~16–26 % hmotn. | ~10,5 – 30 % hmotn. |
| Kalenie tepelným spracovaním | Vynikajúci; uhasené a temperované | Netvrditeľné konvenčným kalením | Netvrditeľné konvenčným kalením |
| Pevnosť | Vysoká až veľmi vysoká | Mierny; vyššia pevnosť dosiahnuteľná spracovaním za studena | Mierny |
| Tvrdosť | Vysoký, typicky ~20–60+ HRC v závislosti od stupňa a stavu | Vo všeobecnosti nižšia v žíhanom stave | Všeobecne mierny |
| Ťažkosť & Tvrdosť | Stredná až nízka pri vysokom vytvrdnutí | Vynikajúci | Mierny |
| Odpor | Umiernený | Vynikajúce až veľmi dobré | Dobré pre mnoho atmosférických prostredí |
| Odpor | Vynikajúce po vytvrdnutí | Mierny | Mierny |
| Magnetické vlastnosti | Magnetický | Vo všeobecnosti nemagnetické pri žíhaní | Magnetický |
| Zvárateľnosť | Mierne až chudobné; môže byť potrebná kontrola tepelného spracovania | Vynikajúci, najmä nízkouhlíkových tried | Dobré moderovať |
| Formovateľnosť | Mierny; obmedzené ťažké tvarovanie | Vynikajúci, vrátane hlbokej kresby | Dobré moderovať |
Machináovateľnosť |
Dobré pri žíhaní; ťažké po vytvrdnutí | Mierny; pracovné kalenie môže skomplikovať obrábanie | Vo všeobecnosti je dobré moderovať |
| Výkon pri nízkych teplotách | Závislý od ročníka; triedy s vysokým obsahom uhlíka môžu mať obmedzenú húževnatosť | Vynikajúci | Obmedzenejšie kvôli prechodu z ťažného na krehký |
| Typické aplikácie | Nože, hriadeľ, ventily, čerpadlá, ložiská, chirurgické nástroje, nosiť | Chemické vybavenie, vybavenie na spracovanie potravín, tlakové plavidlá, potrubie, architektonické komponenty | Automobilové výfukové systémy, spotrebiče, architektonické panely, výmenník tepla |
| Hlavná výhoda | Vysoká sila, tvrdosť, a odolnosť proti opotrebeniu | Vynikajúca odolnosť proti korózii, ťažkosť, tvrdosť, a zvárateľnosť | Dobrý odolnosť proti korózii, nízka tepelná rozťažnosť, magnetické vlastnosti, a nákladová efektívnosť |
| Hlavné obmedzenie | Nižšia odolnosť proti korózii a zvárateľnosť | Nižšia tvrdosť v žíhanom stave; Triedy obsahujúce Ni môžu byť drahšie | Nižšia húževnatosť a tvárnosť ako austenitické druhy |
12. Vlastné diely z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele od LangHe
LangHe poskytuje prispôsobené výrobné riešenia pre komponenty z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele, kombinovanie výberu materiálu, presné liatie, CNC obrábanie, tepelné spracovanie, a povrchová úprava na výrobu komponentov prispôsobených špecifickým mechanickým a rozmerovým požiadavkám.
| Schopnosť | Podrobnosti |
| Martenzitické triedy nehrdzavejúcej ocele | 410, 420, 431, 440A, 440B, 440C a vybrané liate martenzitické triedy |
| Výrobné procesy | Odlievanie investícií, odlievanie piesku, Otáčanie CNC, Mletie, vŕtanie, brúsenie a súvisiace sekundárne operácie |
| Tepelné spracovanie | Žíhanie, tvrdenie, kalenie a popúšťanie podľa triedy a požadovaných mechanických vlastností |
| Obrábanie | Otáčanie CNC, mletie, vŕtanie, závitovanie, nudný, brúsenie a presné dokončovanie |
Povrchová úprava |
Leštenie, brúsenie, pasivácia a vybrané funkčné povrchové úpravy |
| Typy komponentov | Komponenty ventilu, diel, hriadeľ, puzdro, opotrebované komponenty, mechanické armatúry, nástroje a presné priemyselné diely |
| Kontrola kvality | ISO 9001:2015 osvedčený; 100% NDT a rozmerová kontrola. |
| Prispôsobenie | Výroba podľa výkresov zákazníka, 3D Modely CAD, špecifikácie, vzorky alebo požiadavky na aplikáciu |
13. Záver
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ zaujíma jedinečné a nezastupiteľné postavenie v rodine nehrdzavejúcej ocele.
Ako jediná nehrdzavejúca oceľ je možné vytvrdiť tepelným spracovaním pre dosiahnutie vysokej pevnosti a vynikajúcej odolnosti proti opotrebovaniu, vypĺňa kritickú výkonnostnú medzeru medzi obyčajnými uhlíkovými nástrojovými oceľami a austenitickými nehrdzavejúcimi oceľami odolnými voči korózii.
Jeho odolnosť proti korózii je nižšia ako u 304 a 316 austenitické známky, ale poskytuje pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, ktorej sa žiadna austenitická alebo feritická trieda nevyrovná.
Od každodenných príborov až po presné chirurgické nástroje, od priemyselných ventilov až po lopatky turbín na výrobu energie, martenzitické nehrdzavejúce ocele poskytujú cielený výkon tam, kde stredná odolnosť proti korózii musí byť kombinovaná s vysokou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu.
Ako zliatinový dizajn a technológia tepelného spracovania neustále napredujú, nové spevnené, martenzitické triedy s vysokou čistotou a precipitáciou kalené budú naďalej rozširovať rozsah aplikácií rodiny materiálov, posilnenie jej postavenia ako základnej vetvy globálneho ekosystému nehrdzavejúcej ocele.
Časté otázky
Aký je rozdiel medzi martenzitickou a austenitickou nehrdzavejúcou oceľou?
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ je vytvrditeľná tepelným spracovaním, magnetický, a má strednú odolnosť proti korózii.
Austenitická nehrdzavejúca oceľ nie je vytvrditeľná tepelným spracovaním, nemagnetický, a má vynikajúcu odolnosť proti korózii.
Na príbory sa používajú martenzitické triedy, ventily, a ložiská; austenitické triedy sa používajú pre chemické, jedlo, a námorné aplikácie.
Dá sa zvárať martenzitická nehrdzavejúca oceľ?
Áno, ale opatrne. Aby sa zabránilo praskaniu a obnovili sa mechanické vlastnosti, je potrebné predhrievanie a tepelné spracovanie po zváraní.
Je magnetická z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele?
Áno. Všetky martenzitické nehrdzavejúce ocele sú feromagnetické (silne priťahované k magnetom).
Nehrdzavie martenzitická nehrdzavejúca oceľ?
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ môže v agresívnych podmienkach zafarbiť a korodovať.
Odoláva hrdzi v normálnom atmosférickom a sladkovodnom prostredí, ale vo vysokom obsahu soli sa na povrchu objavia škvrny a jamky, silne kyslé alebo ťažké priemyselné prostredia.
Nie je vhodný na dlhodobé ponorenie do morskej vody alebo nepretržité vystavenie chloridom.
Môže byť martenzitická nehrdzavejúca oceľ tepelne spracovaná?
Áno. Tepelné spracovanie je jednou z charakteristických vlastností tejto rodiny nehrdzavejúcej ocele.
V závislosti od ročníka, kalenie nasledované popúšťaním môže podstatne zvýšiť tvrdosť, pevnosť v ťahu, a odolnosť proti opotrebeniu.
Ktorá martenzitická nehrdzavejúca oceľ je najtvrdšia?
Medzi bežné martenzitické nehrdzavejúce ocele, 440C je jednou z tried s najvyšším obsahom uhlíka a po vhodnom tepelnom spracovaní môže dosiahnuť veľmi vysokú tvrdosť.
Vďaka vysokej tvrdosti je obzvlášť vhodný pre ložiská, nástroje, opotrebované komponenty, a špičkové čepele.
