Twardość stali nierdzewnej 316: HRB, HBW, HV, Rockwell C i przewodnik po pracy na zimno

Inżynier ds. zakupów podpisuje rysunek wkładki obudowy skrzyni biegów. Notatka brzmi: „Stal nierdzewna 316, 30 HRC”. Pierwszy dostawca podaje pręt ciągniony na zimno. Drugi statek wyżarza materiał i twierdzi, że twardość jest „zgodna ze specyfikacją”. Obydwa cytaty opisują ten sam stop, a jeden z nich nie może dostarczyć tego, czego wymaga rysunek. Ta luka pomiędzy rysunkiem a certyfikatem walcowni zaczyna się od większości problemów z twardością stali nierdzewnej 316.

Oto krótka odpowiedź. Zwykle mierzy się wyżarzaną stal nierdzewną 316 150 do 190 HBW , co przekształca się w przybliżeniu 80 do 95 HRB lub 155 do 200 WN . To nie jest twardy materiał. Jest to gatunek austenityczny odporny na korozję i jego twardości nie można podnieść poprzez hartowanie lub odpuszczanie. Jedyne dwie drogi do twardszej części 316 to praca na zimno, która może zwiększyć twardość objętościową 350 HBW (około 38 HRC) oraz obróbki powierzchni, takie jak azotowanie, które mogą unieść skórę powyżej 1000 HV pozostawiając rdzeń nietknięty.

Wszystko inne w tym artykule wynika z tych dwóch faktów. Niezależnie od tego, czy kupujesz wkładki gwintowane, korki oleju, nakrętki konwersyjne czy elementy złączne, uzyskana twardość zależy od sposobu obróbki materiału, a nie od objaśnienia dotyczącego obróbki cieplnej na wydruku.

Twardość stali nierdzewnej 316: co właściwie oznaczają liczby

Twardość jest miarą rezystancji, a nie właściwością materiału wyrytą w kamieniu. Rejestruje, jak określony wgłębnik pod określonym obciążeniem odkształca określoną powierzchnię. Zmień którykolwiek z tych trzech, a liczba się poruszy. Dlatego też wartość twardości stali nierdzewnej 316 bez skali i dołączonej metody badawczej jest prawie bez znaczenia.

W przypadku wyżarzonej stali austenitycznej w praktyce handlowej dominują trzy skale:

• Brinella (HBW) — kulka z węglika wolframu o średnicy 10 mm przy 3000 kgf. Standardowe dla profili prętowych, płytowych i ciężkich. Typowy odczyt 316: 150-190 HBW.
• Rockwella B (HRB) — kulka 1/16 cala o masie 100 kgf. Powszechnie spotykane w certyfikatach walcowni dla cienkich lub małych części. Typowy odczyt 316: 80-95 HRB.
• Vickersa (HV) — piramida diamentowa, stosowana do cienkich folii, warstw powierzchniowych i mapowania mikrotwardości. Typowy odczyt 316: 155-200 HV.

Warto się trzymać dwóch praktycznych punktów. Po pierwsze, większość standardów produktów dotyczących sztabek i kształtów 316 i 316L określa: maksymalnie wyżarzana twardość wokół 215 do 223 HBW . Sufit ten ma gwarantować plastyczność i odporność na korozję, a nie zapewniać wytrzymałość. Po drugie, austenityczna stal nierdzewna zmienia się w różnych skalach twardości inaczej niż stal węglowa. Część 316 przy 95 HRB nie ma takiej samej wytrzymałości na rozciąganie jak stal węglowa przy 95 HRB. Tabele przeliczeniowe stworzone dla stali ferrytycznych wprowadzą Cię w błąd o 10 do 15 procent, jeśli zastosujesz je na ślepo.

Typowa twardość według postaci produktu w temperaturze pokojowej

• Pręt wyżarzany wykończony na zimno: 160-190 HBW
• Płyta wyżarzana walcowana na gorąco: 150-180 HBW
• Drut wyżarzany i pręt o małej średnicy: 80-90 HRB
• Rura bez szwu, wyżarzana: 70-85 HRB (HR15T na cienkiej ściance)
• Pręt ciągniony na zimno, redukcja światła: 200-230 HBW
• Drut sprężynowy o twardości: 300-380 HBW

Dlaczego stali nierdzewnej 316 nie można utwardzać poprzez obróbkę cieplną

Stal nierdzewna 316 jest austenityczna. Jego struktura krystaliczna w temperaturze pokojowej jest sześcienna skupiona wokół powierzchni i pozostaje taka od temperatur kriogenicznych aż do topnienia. Nie ma przemiany martenzytycznej, która mogłaby zostać wywołana podczas hartowania, ani mechanizmu wytrącania węglika, który można by wykorzystać do wzmocnienia w masie. Obróbka cieplna po prostu nie zmienia twardości stopu.

Obróbka cieplna działa odwrotnie. Wyżarzanie rozpuszczające, zwykle w temperaturze 1040–1120 stopni Celsjusza, po którym następuje szybkie chłodzenie, rozpuszcza węgliki i zapewnia najbardziej miękki, najbardziej plastyczny i najbardziej odporny na korozję dostępny stan. Jeśli dostawca powie Ci, że „poddano obróbce cieplnej od 316 do 40 HRC”, stwierdzenie to jest technicznie niemożliwe w przypadku materiału sypkiego. Dzieje się coś innego i warto dowiedzieć się co.

Trzy mechanizmy, które zmieniają twardość 316

1. Praca na zimno. Walcowanie, ciągnienie, kształtowanie, walcowanie gwintów i śrutowanie powodują powstawanie dyslokacji. Stal austenityczna szybko twardnieje i zachowuje efekt w temperaturze pokojowej. Tylko w ten sposób można zwiększyć twardość objętościową.
2. Powierzchniowe zabiegi dyfuzyjne. Azotowanie, nawęglanie i azotonawęglanie wprowadzają śródmiąższowy azot lub węgiel do warstwy zewnętrznej. Twardość gwałtownie wzrasta, ale tylko w obrębie kilkudziesięciu mikronów powierzchni.
3. Powlekanie i platerowanie. Twardy chrom, nikiel bezprądowy i natrysk termiczny powodują osadzanie się innego materiału na powierzchni. Twardość podłoża pozostaje niezmieniona.

To rozróżnienie ma znaczenie komercyjne. Część obrabiana na zimno ze stali 316 i azotowana część ze stali 316 mogą wykazywać tę samą twardość powierzchni i zachowywać się zupełnie inaczej podczas pracy. Część obrabiana na zimno jest w całości mocna i nieco mniej odporna na korozję. Część azotowana ma twardą powłokę na miękkim, plastycznym rdzeniu, a jej odporność na korozję może zostać znacznie zmniejszona, jeśli proces nie będzie dokładnie kontrolowany.

Konwersja twardości stali nierdzewnej 316: HBW, HV, HRB i HRC

Poniższa tabela przedstawia przybliżone przeliczenia w całym zakresie, z którym faktycznie się spotkasz podczas określania specyfikacji lub kontroli części ze stali nierdzewnej 316. Kolumna wytrzymałości na rozciąganie ma charakter wyłącznie orientacyjny i odzwierciedla typowe zachowanie austenityczne, a nie gwarantowaną zależność. Zawsze sprawdzaj zgodnie z obowiązującą specyfikacją materiałową dla Twojego zastosowania.

Trzy ostrzeżenia dotyczące czytania tej tabeli. Po pierwsze, kolumny HRB i HRC z założenia nie pokrywają się. Rockwell B staje się zawodny powyżej około 100 HRB, ponieważ wgłębnik kulkowy zagłębia się zbyt głęboko, a Rockwell C staje się zawodny poniżej około 20 HRC, ponieważ diament wnika zbyt daleko. Pomiędzy tymi dwoma punktami istnieje luka w przeliczeniu, której standardy nie zamykają, dlatego też w powyższym wierszu dotyczącym usług kwaśnych zastosowano odpowiednik Brinella zamiast wartości HRB.

Drugie ostrzeżenie dotyczy kolumny wytrzymałości na rozciąganie. Austenityczna stal nierdzewna przy danej twardości ma większą wytrzymałość na rozciąganie niż stal węglowa przy tej samej twardości, ponieważ stop twardnieje podczas samej próby rozciągania. Przeliczenie twardości 316 na wytrzymałość przy użyciu stołu ze stali węglowej spowoduje jej niedoszacowanie.

Trzecie ostrzeżenie dotyczy rozmiaru sekcji. Drut o średnicy 3 mm i pręt o średnicy 60 mm nie poddają się tej samej metodzie badawczej i nie muszą. Twardość na cienkich przekrojach należy mierzyć w powierzchownej skali Rockwella lub przeliczać na Vickersa, a nie na siłę do odczytu Brinella, którego geometria nie może obsłużyć.

Jak praca na zimno zmienia twardość stali nierdzewnej 316

Praca na zimno jest podstawową komercyjną dźwignią dla twardości 316. Operacja formowania metalu, która ledwo poruszałaby igłą w przypadku stali niskowęglowej, może podwoić granicę plastyczności austenitycznej stali nierdzewnej, ponieważ stop utwardza ​​się przez zgniot z szybkością około cztery do sześciu razy większą. Zrozumienie tej krzywej stanowi różnicę pomiędzy określeniem części, która przetrwa montaż, a częścią, która pęknie w pierwszym miesiącu.

Zależność nie jest liniowa. Niewielkie zmniejszenie pierwszych 10 procent odkształcenia powoduje duży wzrost twardości, ponieważ wyżarzana struktura ma dużo miejsca na gromadzenie się dyslokacji. Powyżej około 25% redukcji krzywa się spłaszcza, a każdy dodatkowy punkt procentowy oznacza mniejszą twardość, a jednocześnie większą plastyczność. Istnieje również efekt kierunkowy: pręt ciągniony na zimno jest twardszy wzdłuż osi ciągnienia niż w poprzek, a badanie twardości na obwodzie pręta ciągnionego może wykazać rozpiętość od 10 do 20 HBW.

Powyższe słupki kompresują szerokie okno operacyjne w sześć reprezentatywnych punktów. Czytając od lewej do prawej, pierwsze dwa słupki opisują materiał, który opuszcza walcarkę w najbardziej miękkim i najbardziej odpornym na korozję stanie i jest tym, co większość kupujących wkładki gwintowe i elementy złączne otrzymuje domyślnie. Przechodząc do trzeciego słupka, lekkie ciągnienie na zimno wynoszące około 10 procent zwiększa twardość o około 30 HBW, co często wystarcza do poprawy jakości obrobionego gwintu bez istotnego pogarszania plastyczności.

Czwarty i piąty słupek pokazują środek zakresu pracy na zimno, w którym zwykle znajduje się materiał złączny dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego. Przy 15% redukcji twardość wzrasta do około 230 HBW, a granica plastyczności przekracza 700 MPa, podczas gdy wydłużenie utrzymuje się na poziomie powyżej 25%. Przy 30% redukcji twardość zbliża się do 260 HBW, granica plastyczności przekracza 800 MPa, a wydłużenie zaczyna spadać do 15%.

Ostatni pręt reprezentuje drut odpuszczany sprężynowo, w przypadku którego redukcja o 50 procent lub więcej powoduje wypychanie twardości powyżej 350 HBW. Materiał na tym poziomie jest naprawdę mocny, ale jego wytrzymałość jest również bliska granicy wytrzymałości stali austenitycznej. Wymagania dotyczące promienia zgięcia stają się coraz większe, wzrasta wrażliwość na korozję naprężeniową, a wszelkie dodatkowe operacje spawania lub lutowania lokalnie zniszczą tak starannie uzyskaną twardość.

Następują trzy praktyczne implikacje. Po pierwsze, stal 316 hartowana na zimno nie jest pojedynczym materiałem — jest to zbiór warunków, a zamówienie zawierające informację, że tylko „stal nierdzewna 316” zwykle dostarcza wersję wyżarzoną. Po drugie, gradienty twardości w części formowanej na zimno są rzeczywiste. Gwint walcowany na wkładce ciągnionej na zimno może być od 20 do 30 HBW twardszy niż trzpień znajdujący się pod nim, co zwykle jest korzystne, ale komplikuje kontrolę. Po trzecie, jakakolwiek późniejsza operacja termiczna w temperaturze powyżej około 400 stopni Celsjusza zacznie rozluźniać strukturę dyslokacji i zmniejszać twardość, dlatego spawanie, lutowanie twarde lub utwardzanie w wysokiej temperaturze należy zaplanować w oparciu o wymaganą twardość, a nie po niej.

Twardość 316 vs 316L: o ile bardziej miękka jest klasa niskoemisyjna?

Różnica między 316 a 316L sprowadza się do węgla. Norma 316 dopuszcza zawartość do 0,08 procent węgla; 316L ogranicza go do 0,03 procent. Jest to niewielka zmiana w chemii, mająca wymierny wpływ na twardość, wytrzymałość i spawalność.

W stanie wyżarzonym 316L działa mniej więcej 10 do 15 HBW bardziej miękki niż 316. Tam, gdzie 316 osiąga 160-180 HBW, 316L zazwyczaj osiąga 140-160 HBW. Różnica jest na tyle mała, że ​​na wielu rysunkach traktuje się je jako wymienne, i wystarczająco duża, aby mieć znaczenie, gdy zakres twardości jest wąski.

Podczas pracy na zimno szczelina zwęża się, ale nie zamyka. Niższa zawartość węgla oznacza nieco mniejsze wzmocnienie w roztworze stałym i nieznacznie mniejszą szybkość utwardzania przez zgniot, więc 316L osiąga daną twardość przy nieco większej redukcji. W praktyce różnica przy 20% pracy na zimno jest rzędu 5 do 10 HBW.

Gdzie wybór faktycznie ma znaczenie

Praktyczna zasada: wybierz 316, gdy potrzebujesz maksymalnej twardości przy pracy na zimno, a część nie będzie spawana. Wybierz 316L, gdy część będzie spawana, gdy wykryje chlorki w podwyższonej temperaturze lub gdy twardość jest kwestią drugorzędną w stosunku do odporności na korozję. Jeśli rysunek wymaga 316, ale część zostanie zespawana podczas montażu, jest to konflikt specyfikacji, który warto rozwiązać przed produkcją, a nie po awarii.

Hartowanie powierzchniowe stali nierdzewnej 316: azotowanie, nawęglanie i powlekanie

Gdy twardość nasypowa jest ograniczona metalurgią stopu, pozostałą opcją jest utwardzanie tylko powierzchni. Robi to kilka procesów, a każdy z nich wiąże się z wyraźnym kompromisem w zakresie odporności na korozję, zmiany wymiarów i głębokości warstwy.

• Konwencjonalne azotowanie gazowe lub plazmowe. Prowadzone w temperaturze od 500 do 580 stopni Celsjusza. Daje twardość powierzchni w zakresie 1000 do 1700 HV, ale wytrącanie azotku chromu usuwa chrom z osnowy i może poważnie obniżyć odporność na korozję. Grubość warstwy wynosi zazwyczaj od 20 do 100 mikronów.
• Azotowanie niskotemperaturowe (faza S). Przeprowadzane w temperaturze poniżej 450 stopni Celsjusza. Azot pozostaje w śródmiąższowym roztworze stałym, zamiast tworzyć azotki, dzięki czemu odporność na korozję jest w dużej mierze zachowana. Można osiągnąć twardość powierzchni od 1000 do 1200 HV, przy głębokości warstwy od 10 do 30 mikronów.
• Nawęglanie niskotemperaturowe. Podobna zasada z węglem zamiast azotu. Twardość powierzchni około 700 do 900 HV z doskonałym zachowaniem odporności na korozję, ale dłuższymi czasami cykli.
• Twarde chromowanie. Osadza warstwę o HV od 700 do 1000, zwykle o grubości od 10 do 50 mikronów. Dobra odporność na zużycie, ale ograniczone korzyści korozyjne i dobrze znane obciążenie związane z przestrzeganiem zasad ochrony środowiska.
• Nikiel bezprądowy. Około 500 do 600 HV po osadzeniu, wzrasta do 900 HV po wypaleniu. Równomierne pokrycie złożonej geometrii, ale warstwa może odpryskiwać przy dużych obciążeniach punktowych.

Na uwagę zasługują konsekwencje wymiarowe. Warstwa azotowana zwiększa część o kilka mikronów, a warstwa platerowana o 5 do 50 mikronów na stronę, w zależności od grubości. W przypadku płytki gwintowej z kontrolowaną tolerancją średnicy podziałowej wzrost ten może wypchnąć część poza pasmo akceptacji. Wkładki utwardzane powierzchniowo należy wymiarować przed obróbką z wbudowanym naddatkiem na wzrost, a proces powlekania lub dyfuzji należy określić wraz z tolerancją gwintu.

W przypadku połączeń gwintowych utwardzanie powierzchniowe rzadko jest właściwą pierwszą odpowiedzią. Zmienia współczynnik tarcia, co zmienia zależność momentu obrotowego od napięcia, co zmienia napięcie wstępne w przegubie. Bardziej miękka, ale spójna wymiarowo płytka 316 często ma lepsze właściwości niż płytka z twardą powłoką po prostu dlatego, że montażowy moment obrotowy zachowuje się przewidywalnie.

Twardość stali nierdzewnej 316 we wkładkach gwintowanych i elementach złącznych

Wkładki gwintowane stanowią studium przypadku pokazujące, dlaczego twardość ma większe znaczenie, niż sugeruje liczba powierzchni. Wkładka musi spełniać trzy zadania jednocześnie: utrzymywać śrubę przy znamionowym napięciu wstępnym, wytrzymywać powtarzające się cykle montażowe i zapobiegać zacieraniu się współpracującej śruby ze stali nierdzewnej. Twardość wpływa na wszystkie trzy i robi to w sposób nie zawsze intuicyjny.

Weź normę wkładka gwintowana ze stali nierdzewnej w 316. Wyżarzony przy 160-180 HBW, jest wystarczająco miękki, aby lekko odkształcić się pod pierwszym dokręceniem, co pomaga mu dopasować się do gwintu macierzystego, ale oznacza również, że gwint wkładany przejmuje większość wszelkich nadmiernych momentów obrotowych. Ta sama wkładka ze stali 316 obrabianej na zimno o twardości 250-280 HBW jest lepiej odporna na odkształcenia, ale jest bardziej podatna na zacieranie, ponieważ wyższa twardość zmniejsza zdolność materiału do dostosowania się do kontaktu z mikrochropowatością w skali mikro.

Wkładka gwintowana samogwintująca ze stali nierdzewnej Wkładki gwintowe samogwintujące ze stali nierdzewnej to elementy złączne przeznaczone do wzmacniania połączeń gwintowych. W odróżnieniu od standardowych wkładów, wykonane są ze stali nierdzewnej, co zapewnia... Zobacz produkt →

Wkładki samogwintujące dodają kolejnego zagniecenia. Części te wycinają lub tworzą własny gwint w materiale macierzystym, więc wkładka musi być twardsza niż matryca. W przypadku aluminium i magnezu, gdzie twardość żywicy często jest niższa niż 100 HBW, wyżarzana płytka 316 przy 170 HBW ma wystarczający margines. W przypadku żeliwa lub stali miękkiej margines zwęża się, a płytka wymaga obróbki na zimno lub twardszego stopu, aby zapewnić czyste cięcie. Jest to jeden z powodów, dla których wkładki samogwintujące ze stali węglowej są nadal powszechne w materiałach zawierających żelazo: nie dlatego, że są tańsze, ale dlatego, że sprawdza się zależność twardości.

Wkładki z gwintem drutowym znów zachowują się inaczej. Ponieważ są one formowane z drutu walcowanego o przekroju rombowym, praca na zimno powstająca podczas ciągnienia i formowania drutu jest znaczna. Typowa wkładka z drutu 316 ma napięcie od 300 do 400 HV, czyli jest zauważalnie twardsza niż wyżarzana pełna wkładka z tego samego stopu. Dzięki tej twardości zaczepy mocujące wkładki wbijają się w siebie, a cewka jest odporna na wyciąganie pod obciążeniem.

Wkładka z niesplątanym drutem Wkładka gwintowa z drutu stalowego bez splątania, znana również jako „tuleja śrubowa z drutu stalowego bez uchwytu montażowego”, jest rodzajem tulejki śrubowej z drutu stalowego (gwintowana). Rodzaj jedwabnego rękawa. T... Zobacz produkt →

W przypadku korków olejowych i nakrętek konwersyjnych priorytet twardości przesuwa się w stronę trwałości gwintu w przypadku wielokrotnego demontażu. Korek spustowy wyjęty i ponownie zamontowany po każdym przeglądzie może spowodować wykonanie setek cykli montażowych w ciągu całego życia pojazdu. Obrabiany na zimno 316 przy 220-260 HBW radzi sobie z taką liczbą cykli bez widocznej deformacji gwintu. Całkowicie wyżarzony materiał przy 160 HBW będzie wykazywać spłaszczenie na pierwszych kilku zwojach w ciągu stu cykli.

Dopasowanie twardości płytki do materiału macierzystego

Zwróć uwagę na rząd stali na stali. Gdy zarówno wkładka, jak i współpracujący łącznik są wykonane ze stali austenitycznej o podobnej twardości, spawanie na zimno i zacieranie stają się dominującym rodzajem awarii, a odpowiedzią zwykle nie jest zwiększenie twardości, ale zmiana warunków tarcia — smar na bazie dwusiarczku molibdenu, inne wykończenie powierzchni lub połączenie innego stopu, takiego jak wkładka 316 ze śrubą ze stali nierdzewnej 303 lub A2.

Normy określające limity twardości stali nierdzewnej 316

Limity twardości dla 316 rzadko wynikają z samego stopu. Pochodzą one ze standardu produktu, standardu zastosowania lub rysunku technicznego klienta. Wiedza o tym, który dokument obowiązuje, jest pierwszym krokiem w każdym sporze dotyczącym twardości.

Na szczególną uwagę zasługuje limit NACE, ponieważ jest to ograniczenie najczęściej pomijane. W środowisku kwaśnym podatność na pękanie naprężeniowe siarczku wzrasta wraz z twardością, a górna granica 22 HRC stanowi twardą granicę. Ciągniony na zimno 316 bar przy 280 HBW może spełniać wszystkie wymagania mechaniczne na rysunku i mimo to zostać całkowicie odrzucony, ponieważ przekracza granicę kwaśnej obsługi. Jeśli Twoje zastosowanie dotyka ropy i gazu, sprawdź twardość przed sprawdzeniem wytrzymałości.

Czy wyższa twardość oznacza lepszą odporność na zużycie i zacieranie?

Nie jest to niezawodne i w tym przypadku wiele przemyślanych wyborów materiałów kończy się niepowodzeniem. Twardość koreluje z odpornością na ścieranie w przypadku wielu materiałów, ale austenityczna stal nierdzewna jest przypadkiem szczególnym, a w szczególności zacieranie nie jest zgodne z krzywą twardości.

Zatarcie to zużycie adhezyjne. Pod obciążeniem nierówności na dwóch współpracujących powierzchniach zgrzewają się na zimno, a następnie rozrywają, przenosząc materiał i szorstkując powierzchnię. Proces przyspiesza, ponieważ na rozdartej powierzchni odsłania się świeży, wolny od tlenku metal. Stal austenityczna jest na to szczególnie podatna, ponieważ pasywna warstwa tlenku chromu odbudowuje się powoli, a leżący pod nią metal jest bardzo plastyczny.

Zwiększanie twardości pomaga tylko wtedy, gdy zmienia zachowanie kleju. Dwie powierzchnie 316 przy 300 HBW nadal będą się zacierać pod wpływem wysokiego nacisku kontaktowego. Dwie powierzchnie 316 przy 160 HBW również będą się zacierać. Zmienne, które faktycznie zmieniają wynik, to:

• Różnica twardości. Szczelina 100 HBW pomiędzy współpracującymi częściami znacznie zmniejsza ryzyko zatarcia. Właśnie dlatego hartowane śruby ze stali nierdzewnej w połączeniu z bardziej miękkimi wkładkami ze stali nierdzewnej działają lepiej niż dopasowane pary.
• Wykończenie powierzchni. Gwinty walcowane ścierają się mniej niż gwinty skrawane przy tej samej twardości, ponieważ powierzchnia walcowana jest gładsza i utwardzona w strefie styku.
• Smarowanie. Smar tworzący suchą warstwę lub środek zapobiegający zatarciu przerywa kontakt metalu z metalem, który rozpoczyna proces klejenia.
• Nacisk kontaktowy. Utrzymywanie ciśnienia na powierzchni gwintu poniżej około 50 procent granicy plastyczności znacznie opóźnia wystąpienie zatarcia.
• Szybkość i temperatura montażu. Szybki montaż elektronarzędzia generuje lokalne ciepło, które sprzyja spawaniu. Pomaga kontrolowany moment obrotowy i wolniejszy dobieg.

W przypadku zużycia ściernego, a nie adhezyjnego, twardość ma bardziej bezpośrednie znaczenie, ale odpowiednią twardością jest często powierzchnia współpracująca, a nie część 316. Uszczelka korka oleju 316 przylegająca do gniazda ze stali obrobionej maszynowo będzie się zużywać w zależności od twardości stali i stanu powierzchni, a nie korka.

Jeszcze jedna uwaga. Zwiększanie twardości w wyniku pracy na zimno zmniejsza wydłużenie, a zmniejszone wydłużenie zwiększa ryzyko kruchości wodorowej i pękania korozyjnego naprężeniowego we podatnych środowiskach. Właściwa twardość to najniższa wartość spełniająca wymagania mechaniczne, a nie najwyższa osiągalna.

Określanie i kupowanie części ze stali nierdzewnej 316: praktyczna lista kontrolna

Większość problemów z twardością ma swoje źródło na etapie wyceny. Rysunek, na którym widnieje napis „nierdzewny 316” bez warunku, skali i limitu, pozostawia dostawcy swobodę wysyłki wszystkiego, co młyn miał na stanie. Poniższe dwukolumnowe porównanie określa, co należy podjąć po stronie inżynieryjnej i co wpisać w zamówieniu.

Dwa szczegóły na tej liście mają nieproporcjonalną wagę. Pierwszym z nich jest okno twardości. Wymaganie o jednej wartości, takie jak „180 HBW”, będzie różnie odczytywane przez każdego dostawcę, a wynikający z tego argument będzie kosztować więcej, niż wymagałaby tolerancja. Po drugie, miejsce do czytania. W przypadku części formowanej na zimno twardość powierzchni i twardość rdzenia mogą różnić się o 40 HBW lub więcej, dlatego certyfikat musi określać, gdzie wykonano wcięcie.

Jeżeli część jest pozyskiwana jako gotowy komponent, a nie jako surowiec, poproś producenta o jasne opisanie przebiegu procesu. Dostawca, który może wyjaśnić, w jaki sposób kontrolowana jest praca na zimno poprzez ciągnienie i formowanie oraz w jaki sposób sprawdzana jest twardość gotowych części, a nie tylko przychodzącego pręta, jest dostawcą, który rozumie te wymagania.

Jak testuje się twardość stali nierdzewnej 316

Testowanie twardości wygląda na proste i łatwo się pomylić. Wyniki zależą od przygotowania powierzchni, grubości przekroju, stanu wgłębnika i techniki operatora, a nieprawidłowy odczyt jest gorszy niż brak odczytu.

Testy Rockwella (ASTM E18)

Szybki i szeroko stosowany na halach produkcyjnych. Skala B wykorzystuje kulkę o średnicy 1/16 cala i 100 kgf, odpowiednią dla wyżarzonego stali 316. Skala C wykorzystuje stożek diamentowy o 150 kgf, odpowiedni tylko dla stali 316 obrabianej na zimno o twardości powyżej około 20 HRC. Wagi powierzchniowe, takie jak HR15T, w przypadku cienkich przekrojów wykorzystują mniejsze obciążenia. Krytycznym wymaganiem jest płaskość i grubość: grubość próbki testowej musi być co najmniej dziesięciokrotna w stosunku do głębokości penetracji, w przeciwnym razie kowadełko będzie miało wpływ na odczyt.

Test Brinella (ASTM E10)

Kula o średnicy 10 mm przy nacisku 3000 kgf wytwarza duży odcisk, który uśrednia lokalne zróżnicowanie, co czyni ją preferowaną metodą w przypadku odlewów, odkuwek i dużych prętów. Wadą jest to, że wycisk jest naprawdę duży – średnica podstawy wynosi 10 mm – więc nie można go stosować na wykończonych małych częściach lub cienkich ścianach.

Vickersa i mikrotwardość (ASTM E92, E384)

Wgłębnik piramidowy diamentowy umożliwia badanie bardzo małych elementów, poszczególnych faz i warstw nawęglanych. Pomiary mikrotwardości w warstwie azotowanej to standardowy sposób sprawdzania głębokości obudowy. Wymagana jest dobrze wypolerowana powierzchnia; szorstka powierzchnia rozprasza wycisk i powoduje rozproszenie wynoszące 10 procent lub więcej pomiędzy odczytami.

Typowe błędy testowania

1. Testowanie na zakrzywionej powierzchni bez odpowiedniego kowadła podpierającego, co daje niski odczyt.
2. Badanie odbywa się zbyt blisko poprzedniego wycisku, co pozwala zdeformowanej strefie wpłynąć na nowy odczyt.
3. Korzystanie z tabeli przeliczeniowej zbudowanej dla stali węglowej na austenityczną stal nierdzewną.
4. Odczyt twardości części z naprężeniami resztkowymi wynikającymi z obróbki, co zmienia wynik.
5. Akceptacja wartości certyfikatu młyna bez potwierdzenia, że ​​lokalizacja testu odpowiada określonej.

W przypadku zakupów, których jakość ma kluczowe znaczenie, zapytaj o liczbę odczytów, ich lokalizację i rozkład, a nie tylko o średnią. Certyfikat z informacją „175 HBW” bez dodatkowych szczegółów niewiele mówi o tym, czy dana część jest jednolita.

Typowe problemy z twardością 316 i jak im zapobiegać

Są to problemy, które pojawiają się najczęściej podczas inspekcji przychodzących i analizy usterek w terenie. Każdy z nich ma przyczynę zakorzenioną w specyfikacji lub procesie i każdy ma odpowiedź zapobiegawczą.

Problem: materiał wyżarzany dostarczany zgodnie z wymaganiami dotyczącymi obróbki na zimno

Najczęstsza skarga dotycząca twardości. Rysunek wymaga minimalnej wytrzymałości 240 HBW, dostawca dostarcza standardowy pręt wyżarzany o wytrzymałości 170 HBW, a części nie przynoszą rezultatów przy pierwszej kontroli. Zapobieganie polega na określeniu warunków przetwarzania, a nie tylko wartości twardości i zapytaniu o trasę procesu w wycenie.

Problem: gradienty twardości w obrębie jednej części

Formowanie na zimno powoduje nierównomierne odkształcenie. Gwint walcowany może być o 30 HBW twardszy od trzpienia, a dwa końce pręta ciągnionego mogą różnić się o 15 HBW. Zapobieganie polega na określeniu miejsca akceptacji na rysunku i umożliwieniu realistycznego zakresu tolerancji.

Problem: twardość zmniejszona w wyniku dalszego etapu termicznego

Spawanie, lutowanie twarde lub utwardzanie powłoki w wysokiej temperaturze może spowodować wyżarzanie na zimno, którego wykonanie wymagało znacznego wysiłku. Zapobieganie polega na takim sekwencjonowaniu operacji, aby wszystkie etapy termiczne poprzedzały końcowe formowanie na zimno, lub na wybraniu obróbki powierzchni przebiegającej w niskiej temperaturze.

Problem: obróbka powierzchni pogarszająca odporność na korozję

Konwencjonalne azotowanie może wytrącić azotki chromu i narazić część na wżery i ataki międzykrystaliczne. Zapobieganie polega na wybraniu azotowania lub nawęglania w niskiej temperaturze, gdy korozja ma znaczenie, i weryfikacji za pomocą testu korozyjnego, a nie zakładania.

Problem: zacieranie pomimo dużej twardości

Dopasowane powierzchnie 316 o wysokiej twardości, nadal żółto-żółte. Zapobieganie polega na wprowadzeniu różnicy twardości, określeniu środka smarnego lub zmianie wykończenia powierzchni, zamiast zwiększania twardości.

Problem: twardość powyżej dopuszczalnego pułapu

Ciągniony na zimno stal 316 o twardości 260 HBW przekracza limit NACE MR0175 dla usług kwaśnych i zostanie odrzucony niezależnie od jego właściwości mechanicznych. Zapobieganie polega na potwierdzeniu środowiska aplikacji przed sfinalizowaniem trasy przetwarzania.

Często zadawane pytania dotyczące twardości stali nierdzewnej 316

Gdzie twardość 316 pasuje do rzeczywistego projektu komponentów

Odejdź od liczb, a obraz stanie się prosty. Stal nierdzewna 316 jest stopem odpornym na korozję, który jest umiarkowanie mocny i może być znacznie wzmocniony poprzez obróbkę na zimno. Nie jest to materiał zużywalny, nie reaguje na obróbkę cieplną, a jego twardość jest funkcją sposobu jego formowania, a nie specyfikacji.

W przypadku elementów połączeń gwintowych — wkładek, nakrętek konwersyjnych, korków olejowych i oprzyrządowania, które je montuje — ma to trzy konsekwencje. Po pierwsze, twardość gotowej części musi być powiązana z określoną trasą przetwarzania, a nie wynikać z gatunku stopu. Po drugie, specyfikacje twardości są powiązane z tolerancjami gwintów i wykończeniem powierzchni na rysunku, ponieważ wszystkie trzy elementy współdziałają. Po trzecie, gdy prawdziwym problemem jest zacieranie się lub zużycie, odpowiedzią jest zwykle dobór materiału lub decyzja o smarowaniu, a nie wyższa wartość twardości.

Producent produkujący te części na dużą skalę codziennie widzi konsekwencje. Wkładki gwintowe opuszczające fabrykę ze stałą wartością HBW od 220 do 260 z udokumentowanymi miejscami odczytu przechodzą kontrolę przychodzącą i są montowane w przewidywalny sposób. Części różniące się o 50 HBW w partii powodują roszczenia gwarancyjne, których śledzenie jest kosztowne i trudniejsze do uniknięcia za drugim razem.

Powiązane lektury z naszej biblioteki

Twardość stali nierdzewnej 316 kształtuje zachowanie wkładek gwintowych w miękkich materiałach macierzystych, gdzie wkładka musi przecinać lub tworzyć własny gwint bez deformacji. Nasza uwaga techniczna dot jak metalowe wkładki gwintowe poprawiają wytrzymałość gwintu w miękkich materiałach przechodzi przez ścieżkę obciążenia, rolę twardości płytki w stosunku do hosta oraz tryby awarii, które pojawiają się, gdy ta zależność jest ustawiona nieprawidłowo.

Dla nabywców pracujących w branży motoryzacyjnej, lotniczej i kolejowej praktycznym rozwiązaniem jest wspólne określenie warunków przetwarzania i miejsca odbioru oraz zażądanie danych o twardości gotowych części, zamiast polegać wyłącznie na przychodzących certyfikatach huty.