HŐKEZELÉS

A hőkezelés egy olyan eljárás, ami a hő révén megváltoztatja az acél fémes (mikro-)szerkezetét, hogy ezáltal a kívánt tulajdonságokat kapjuk. Ez az eljárás előnyösen befolyásolja a kötőelem élettartamát, mivel növelheti a szilárdságát, a felületi keménységét és a hőálló képességét. 

Az acélt több órán át éppen 721°C alatt tartják, majd lassan engedik lehűlni. Az acél szerkezete kemény lamellás perlitből puha szemcsés perlitté alakul, ami optimális a hidegen alakításhoz.

Azáltal, hogy az acélt rövid ideig 800°C – 920°C-ra hevítik, majd hagyják lassan lehűlni, az acél durva, rideg, szemcsés szerkezetét – ami pl. főként a vastagabb részek meleghengereléséből vagy kovácsolásából adódik – visszaalakítják az eredeti finom szemcsés szerkezetűre. Az ily módon csökkentett szemcseméret következtében a folyáshatás és az ütési szilárdság mutatója javul anélkül, hogy a szakító szilárdságot jelentősen csökkentenék. 

A hidegen munkálás során belső feszültség keletkezik az anyagban, ezzel nő a szakító szilárdság de csökken a folyáshatár. Ha nagyjából két óráig 550°C – 650°C-ra hevítjük az acél kötőelemeket, akkor ennek a feszültségnek kb. 90%-át megszüntetjük. A kötőelemeket lassan kell lehűteni a kemencében vagy a levegőn. Fontos, hogy lassan hűtsük le, hogy így elkerüljük az acélon belül fellépő hőmérséklet különbségeket, ami belső feszültséget eredményezne. Ezt a típusú hőkezelést alkalmazzák a 4.6 és 5.6 besorolási osztályú hideghegesztésű kötőelemeknél. 

Ha a minimálisan 0,3% szenet tartalmazó acélt felhevítjük 800°C fölé, majd vízben, olajban vagy sófürdőben lehűtik, egy nagyon kemény bár rideg martenzites szerkezetet alakítanak ki.

 

Az így elért keménység foka a széntartalomtól függ – minél több benne az acél, annál keményebb az acél – valamint a martenzit százalékos arányától, ami egy adott kritikus hűtési sebességnél az anyag belsejében keletkezik. Tehát ötvözetlen acélból készült vékonyabb csavarok esetében a kritikus hűlési sebességet egészen a belső szerkezetig elérik. Vastagabb méreteknél viszont a hő az anyag belsejéből nem tud átadódni elég gyorsan a külső rétegekbe, ezért ötvöző elemeket – bórt, magnéziumot, krómot, nikkelt vagy molibdént - adnak hozzá, amik a kritikus hűlési sebesség csökkentésével növelik az acél keménységét. 

 

Általában, ha ilyen keménységű acélt választunk, a hűtés után az anyag belsejében körülbelül 90% martenzit lesz jelen. A hűtő anyag is befolyásolja a hűtési sebességet. A kötőelemeket főként olajban hűtik, mert ha vizet használnak – ami egyébként hatékonyabb – akkor túl nagy a kockázata, hogy repedések keletkeznek rajta vagy megvetemedik az anyag. 

 

Martensite structure

A keménység növekedésével azonban a az edzési feszültség is nő, aminek következtében pedig ridegebb is lesz az anyag. Általában egy megeresztésnek nevezett második hőkezelési eljárásnak kell követnie a lehető leggyorsabban. Maximum 200°C hőmérsékletig csak a ridegsége csökken egy kissé, a keménysége viszont alig változik. 200°C fölött (magas hőmérsékleten végrehajtott megeresztés), a feszültség számottevően csökken, a keménység is csökken, míg a szívóssága javul. 

Ez egy kombinált hőkezelési eljárás, ami edzésből és rögtön ezt követően magas hőmérsékletű megeresztésből áll, kötőelemeknél 340° C – 650°C között. Ez a legfontosabb és legelterjedtebb hőkezelési eljárás kötőelemeknél, melynek során optimális egyensúlyt érnek el egy ésszerűen magas szakítószilárdság – pontosabban magas szakítószilárdság/folyáshatás arány – valamint megfelelő szívósság elérésével, ami szükséges a kötőelemek megfelelő működéséhez, amelyeknek mindenféle külső megterhelést el kell viselniük. Ezért a magasabb besorolási osztályú acélokat mindig nemesíteni kell.

Ez a hőkezelés egy széndúsítási eljárás és széntartalmú gáz közegében végzik. A felhevített fém külső felületén egy vékony, szénben gazdag réteg jön létre, ami megkeményedik, kopásállóvá válik, miközben az anyag belső része szívós marad. Ezt a hőkezelési eljárást olyan kötőelemeknél alkalmazzák, mint az önmetsző, menetmetsző csavarok és forgácslemezhez való csavarok. Hasonló eljárások még a karbonitridálás, amely során szén- és nitrogéngázt, folyékony sófürdőben végzett cementálás és nitridálás, amikor csak nitrogén gázt használnak.

Különleges alkalmazásokhoz egy kopásálló réteget alakítanak ki egy nagyfeszültségű tekercsben anélkül, hogy gázt adnának hozzá, és hogy a munkadarabbal érintkeznének. A hevítést követően az acélt gyorsan lehűtik olajban vagy vízben. Ezt a kezelést gyakran arra használják, hogy egy acélterméket helyileg keményebbé és kopásállóbbá tegyenek, vagy hosszú termékek – mint például menetes szárak – hőkezelésére.

 

A vas- és széntartalom, a hőkezelési eljárások, az acélfajták és a mechanikai tulajdonságok összefüggéseit az alábbi táblázat foglalja össze.