חיסום להב מפלדה 1070

[ataleph]

שלום לכולם!
עשיתי ניסיון של חיסום להב מפלדה 1070. תיאור קצר של תהליך: חימום על פחמים עם אספקת אוויר עד אי-משיכה למגנט ועד שהצבע הפך לאדום דובדבן, קירור בשמן מכונות משומש ולא מחומם (שתי שניות בשמן ללא הזזת להב, שניה בחוץ באוייר, עוד פעם בתוך השמן עם תנודות למטה-למעלה עד התקררות סופית), ניקוי, הרפייה בתנור ביתי עם 205-210 מעלות במשך 45 דקות פעמיים.
מדידת קשיות נתנה 43HRC במקום ~57-58 הרצויים.

נשאלות השאלות הבעות:
1) איפה עשיתי טעות בתהליך?
2) איך ניתן לתקן? האם אפשר כעת לחסם את החלק החותך בנפרד עד לפחות 55HRC? איך?
3) אם אחליט לא לעשות כלום אז עד כמה הסכין בעלת להב עם 43HRC תהיה גרועה לצורך טיולים, דייג, מילואים?

תודה מראש

[TC]

...

[רעי]

נשמע שפיספסת משהו.
בפלדות פחמניות שבהן עומק החיסום נמוך (קרי- הפלדה דורשת קירור מהיר, וגם אז רק שכבה דקה יחסית של החומר חשופה לקצב הקירור המתאים) יש צורך לקרר מהר. מהר מאוד.
שמן הוא מדיום שמקרר יותר לאט- גם כי קיבול החום שלו נמוך יותר, גם כי הוא עצמו רותח רק בסביבות 300+ מעלות.
תוסיף לזה את העובדה שהוצאת את הלהב מהשמן בדיוק ברגע הקריטי ואיפשרת לפני השטח לספוג שוב חום של כמה מאות מעלות, ונוסף לכל עוד ביצעת הרפיה כפולה- אני חושב שהפרוטוקול הזה לא ייקח אותך רחוק. נשמע שלקחת משהו שבא מעולמן של פלדות הכלים (שחלקן דוגמת O1 מתחסמות בשמן), עם עניין ההרפיה הכפולה שאיני מכיר את מקורו.
כמה דברים שהייתי בודק או מנסה:
1. חיסום במים. מי ברז או מים עם מלח (המלח מעלה את טמפ' הרתיחה בכמה מעלות ואיכשהו משפר את ההרטבה של פני השטח בעת רתיחת המים- לא בטוח לגבי הסעיף השני). חשוב לחסם במיכל גדול- דלי של 20 ליטר או מיכל גדול יותר.
2. ביצוע מהיר של המעבר מטמפ' גבוהה (סביבות 850 מעלות, ולוודא שלא מגנטי ושוהה בטמפ' זו כמה דקות טובות) למים במינימום זמן. אם צריך- לתרגל ביבש לפני שמחממים את הלהב, ולמקם את כל מה שצריך לפני החימום.
3. הרפיה אחת, בטמפ' נמוכה יותר ולפחות זמן. תמיד תוכל להכניס לתנור לעוד חצי שעה. איך אתה בודק קשיות? אם זה אמצעי ביתי (נוקר קפיצי) אתה יכול להרפות חצי שעה ב- 200, לבדוק הקשיות ואם תרצה להמשיך עוד את ההרפיה. אין בעיה לקחת את הכלי למקום אחר, ולבצע הרפיה נוספת גם אחרי יום או יומיים.
4. סימולציות- קח חתיכות מהפלדה שאתה עובד איתה, ריבועים של 3X3 יספיקו, ובצע עליהם את התהליך בגרסאות שונות. בדוק את קשיות הריבועים שטופלו בפרוטוקולים השונים וכך תוכל לבחור את הפרוטוקול שמביא את התוצאות הטובות ביותר.
הרבה הצלחה!

[רעי]

ועכשיו כמה תשובות ישירות לשאלותיך:
1. אני חושב שלגבי "איפה טעית" רוב התשובות בהודעתי הקודמת.
2. תיקון אפשרי בהחלט- אני חושב שאין צורך להרפות ריפוי מלא מחדש, אלא לבצע חימום לטמפ' המעבר למשך 10-12 דקות, ואז להמשיך לפי פרוטוקול שתמצא מתאים (ע"ע הערתי האחרונה בהודעה הקודמת). החיסום הנוסף "ימחק" את העבר. קח בחשבון שלשימוש בשטח אולי תעדיף חיסום פחות קשה ויותר חזק (עם נטייה להתכופף ולא להישבר), וכדאי לך לכוון ל- 55 ולא ל- 58 HRc
3. סכין עם קושי של 43 HRc - אולי עדיף להשתעשע עוד קצת עם הטיפול התרמי ולא לדון באפשרות הזו. זה פחות מעניין...

[ataleph]

חברה, תודה רבה על תשובותכם!
- רעי, לגבי להתאמן קודם על חתיכות מאותו סוג פלדה אתה צודק 100%. ובאמת אולי כדאי להשתמש במים. אתה יכול לפרט לגבי כמות המלח במים?
- TC, אני לא מומחה אבל קראתי שאחרי חיסום והרפייה שלא הצליחו צריך לבצע annealing בטמפרטורות גבוהות יותר (גבוהות מאלה של חיסום) ולא tempering ארוך. אתה יכול להסביר בבקשה?
- רעי, כתבת "החיסום הנוסף "ימחק" את העבר", האם זה אומר שלא צריך לעשות הרפייה ארוכה(כפי ש TC ציין) או annealing לפני החיסום מחדש? כלומר לא משנה מהן כרגע הפאזות בתוך הפלדה, החימום הנוסף לטמפרטורת חיסום יצליח להביא לאותו austenite כמו בחיסום הראשון?
- המלצתם להקטין את טמפרטורת ההרפייה אבל לכמה מעלות בדיוק ולכמה זמן עדיף? לגבי הרפייה כפולה קיבלתי, אם אעשה אז רק אחרי בדיקת קשיות.
- מישהו יכול להסביר לי על המגבלה הזאת שהרפייה צריכה להתבצע תוך שעות ספורות לאחר חיסום? אותה שאלה לגבי הרפייה נוספת אם נדרש.
- בתהליך החיסום שלי הכלי עם שמן מספיק גדול (15-20 ליטר), כל הכלים הנחוצים נמצאים בהישג יד, מעבר מאש לקירור מתבצע תוך בערך 0.3-0.5 שנייה. הבדיקה של קשיות נעשית במפעל עם מכשיר מקצועי.

[TC]

...

[רעי]

כמה תשובות:
1. לגבי מלח במים- מצאתי טבלת נתונים עם נתוני קצב הקירור למדיומי חיסום שונים. הנתון שם הוא תמיסת מלח 10% (מניח משקלי- 1 ק"ג ל- 10 ליטר מים), וקצב הקירור של תמיסה זו כפול (!) מקצב הקירור של מים. שמן מכונות בעל קצב קירור של חמישית ממים. עיון בדיאגרמת TTT של פלדה דומה (1080) מראה שצריך לרדת מתחת ל- 200 בפחות משתי דקות כדי לקבל מרטנזיט, ומתחת ל- 130 בזמן הזה כדי לקבל מרטנזיט באחוזים גבוהים (90%). ייתכן שתמיסת מלח תהיה מדיום קירור קיצוני מדי, ואפשר לקרר במים ללא מלח. קירור מהיר משרה מאמצים ומעלה את הפריכות בשלב הרגיש שאחרי החיסום.
2. tempering מתייחס לתהליך של הרפיה בחום נמוך אחרי חיסום. תהליך זה משחרר מאמצים ע"י הפיכת חלק מהמרטנזיט לפרליט תוך שמירה על שאר המרטנזיט בחומר. התוצר המתקבל הוא חומר קשה אך פחות פריך. annealing הוא תהליך ריפוי- הפיכת כל החומר לפרליט רך ע"י חימום לטמפ' האוסטניזציה (קרי- הפיכת כל פרליט או מרטנזיט שהיו בחומר לאוסטניט בטמפ' של 850 מעלות בערך), וקירור איטי באוויר. על מנת לבצע זאת בפלדה פחמנית כל שיש לבצע הוא חימום כנ"ל, וקירור באוויר, אם אפשר אז במדיום שמתקרר אף הוא לאט- הצעת TC עם החול מקובלת בתעשיה, בבית אפשר פשוט להשאיר את הלהב בין הפחמים ולהפסיק את זרימת האוויר המאולצת. כל המנגל הזה יתקרר לאט, והתוצר הסופי יהיה פרליטי לחלוטין. במקרה שלך- הרי שהחימום החוזר בכל מקרה "מוחק" את ההיסטוריה התרמית, ואם תשהה את הלהב 10 דקות ותבדוק עם מגנט- תוכל לחסם שוב בלי לקרר ולחמם עוד פעם.
3. הרפיה- מצד אחד, כל הספרות שתמצא מקשרת ישירות בין טמפ' ההרפיה לקשיות התוצר הסופי. מצד שני- אם מרפים הרבה זמן אז הקשיות יורדת בהדרגה. בפלדות אלו יש המלצה על הרפיה בסביבות 250-300 מעלות לקבלת קשיות של 60-55 בהתאמה. אם יש לך איך לבדוק- ערוך את הניסוי על החתיכות ולא תצטרך להתלבט עם הלהב האמיתי. אני הייתי מתחיל מ- 200 מעלות לחצי שעה, ומתקדם עם הטמפ' ואז עם הזמן ע"פ הצורך. שיטה מקובלת לבדוק את עניין ההרפיה היא שיטת גוון התחמוצת על הפלדה- לאחר החיסום אך לפני ההרפיה מנקים עם ברזלית או אבן משחזת אזור שיהיה מבריק. עם ההתחממות מתחילים להתפתח צבעים- מגוון צהוב בהיר דרך זהוב, חום סגלגל וכחול. הכחול מקביל לגבול העליון של מה שאתה רוצה להגיע אליו. אתה יכול לשים את הלהב בתנור, ולהשהות עד לקבלת הצבע הרצוי. קונץ שלמדתי מחופי (הוא בטח לא המציא את זה) לחיסום והרפיה של אזמל במהלך אחד- מחממים את חצי הכלי לטמפ' האוסטניזציה, וטובלים רק את הלהב במים לקירור למשך כחצי דקה. הלהב קר לחלוטין אך צוואר הכלי עוד אדום. מוציאים מהמים, ונותנים לחום לעבור מצוואר הכלי לכיוון הלהב, תוך מעקב אחרי התקדמות הצבעים. כשהגוון הזהוב מגיע ללהב הכלי- טובלים את כולו במים ועוצרים את התהליך. כל הסיפור נמשך כשלוש דקות- חיסום והרפיה יחד.
4. הרפיה מיד אחרי החיסום- הפלדה המחוסמת נמצאת תחת מאמצים גדולים. גדולים עד כדי שלפעמים היא נסדקת או נשברת מעצמה על השולחן ללא סיבה נראית לעין. להב מחוסם שהונח על השולחן ונפל על הרצפה בטעות- יכול בקלות להישבר. על מנת שלא תצטרך לאסוף את השברים עם דמעות- הכן את התנור חם בטמפ' ההרפיה עוד לפני שהכנסת את הלהב לחימום של החיסום. מיד לאחר החיסום בצע את ההרפיה. כשתגדיר את הפרוטוקול הרצוי תראה שאין צורך במחזור הרפיה נוסף- אפשר להשיג הכל בסיבוב אחד.

[ataleph]

רעי,
שני דברים שעדיין לא כל-כך ברורים לי:
1) עד כמה שאני יודע austenite מתקבל כאשר פחמן נמס בפלדה וכל המבנה הגבישי משתנה. השאלה היא האם כדי לקבל תמיסה של פחמן מספיק טובה לחיסום צריך פשוט לחמם עד מצב אי-משיכה למגנט ולהחזיק ככה כמה דקות? האם יש כאן הבדל באיכות תמיסה זו בין אם אתה מתחיל לחמם פרליט בלבד(מה שעשיתי בחיסום) לבין אם קיימות כבר פאזות נוספות - מרטנסיט וקרבידים(אחרי ההרפייה שעשיתי)? אני מניח שההבדל הוא בזמן שאתה מחזיק את הדגם בטמפרטורה גבוהה - האם 10 דקות יספיקו כאן?

2) עדיין לא הבנתי מה קשר בין שבירות דגם מחוסם לבין הזמן שעובר עד ההרפייה במקרה ואני מתייחס ללהב בעדינות רבה.


בלי קשר לשאלות קודמות אף פעם לא הבנתי מהם המאמצים הנוצרים בחיסום. מה התאוריה כאן?

תודה

[TC]

...

[רעי]

היי,

לשאלתך השניה- קיבלת תשובה מהחיים.
כל מה ששאלת מתחבר לתשובה אחת העוסקת בתחום הנקרא קינטיקת טרנספורמציות, או בלשון פשוטה הדרך שבו עובר החומר ממצב גבישי אחד למצבים אחרים.
בוא נשים רגע את כל השחקנים על הלוח:
פריט (ברזל אלפא)- גביש הברזל הנקי בטמפ' החדר, בעל מבנה קובי ממורכז גוף (BCC). מוסגל להמיס בתוכו עד 0.1% פחמן בטמפ' החדר. פאזה מגנטית (נמשכת למגנט)
צמנטיט- קרביד הפחמן Fe3C . חומר קרמי בהגדרה. בעל מבנה גבישי אורתורומבי (לא ניכנס לזה...). יציב בטמפ' החדר. מתקבל ביחס משקלי של 6.7% פחמן לברזל.
אוסטניט- (ברזל גמא) בעל מבנה קובי ממורכז פאה (FCC). יציב בסביבות 900-800 מעלות ומעלה, עד להתכה. מסוגל להמיס בתוכו עד 2% פחמן בטמפ' של 1100 מעלות. פאזה לא מגנטית.
פרליט- מבנה המתקבל בעת מעבר פאזה מאוסטניט לפריט וצמנטיט. זהו מבנה של שכבות או דפים של פריט וצמנטיט המסודרים כמו מעבר חציה בתוך גרעיני (=גבישי) הפלדה. זהו המבנה היציב בטמפ' החדר בטווח ההרכבים שבין 0.1%-1.5% משקל פחמן בברזל. עקב נוכחות פריט מבנה זה הוא מגנטי. מבנה זה מכיל גבישי פריט וצמנטיט.
מרטנזיט- גביש בלתי יציב המכיל ברזל ופחמן בטווח הריכוזים של הפרליט. מבנה הגביש הוא BCT- תיבה מוארכת. גביש זה מתקבל כאשר מקררים אוסטניט במהירות ולא מתאפשרת דיפוזיה של הפחמן העודף ליצירת שכבות הצמנטיט בין שכבות הפריט (קרי- פרליט). אטומי הפחמן נכלאים בגבישים ונוצרים גבישים בעלי כיווניות מוגדרת, תוך גידול בנפח. זה בניגוד לגבישים במבנה הפרליטי, המאפשרים התכווצות טבעית שוות-צירים.
מעבר ממצב גבישי אחד לאחר הוא תהליך שמושפע בעיקר מקצב הדיפוזיה- מעבר אטומים ממקום למקום במצב המוצק. הפרמטר המרכזי המשפיע על קצב הדיפוזיה הוא הטמפרטורה (השני הוא מפל הריכוזים, ובו לא נעסוק).
נקודת ההנחה היא שהחומר ממנו התחלנו הוא פרליטי- זה המצב המורפה של פלדה פחמנית.
כאשר חיממנו לטמפ' האוסטניזציה החומר המיס לתוכו את שכבות הצמנטיט תוך שינוי המבנה מ- BCC ל- FCC. בנקודה הזו הוא איננו מגנטי. בטמפ' של 850 מעלות העניין הזה לוקח בין שניות לדקות ספורות. אפשר למדוד את הקצב ע"י חימום ובדיקות תכופות עם מגנט, מכיוון שהמגנטיות היא סמן ישיר למבנה הגבישי.
את החומר החם נוכל לקרר באיטיות- לפי העקומות מספיק קצב של 20-50 מעלות לדקה כדי להיחשב איטי- ואז נקבל פרליט. לאטומי הפחמן יהיה די זמן ליצור את שכבות הצמנטיט בין שכבות הפריט.
אם החומר החם יקורר במהירות- אטומי הפחמן יילכדו בתוך קוביות האוסטניט מבלי יכולת לנדוד לשכבות הצמנטיט, ונקבל מרטנזיט וגם אוסטניט שיורי (כלומר חומר ש"נלכד" במבנה אוסטניט בין אזורי המרטנזיט מבלי יכולת להתפשט או לעבור מבנה). ברור שבמצב הזה ישנם מאמצים רבים בחומר- הרבה גבישים נמצאים במצב "לא נוח"- הרבה כוחות פועלים בכיוונים שונים ומחפשים איך להשתחרר. תהליכים ממשיכים לקרות בטמפ' החדר לאחר החיסום- מאמצים מתרכזים, סדקים נפתחים ומתקדמים לאיטם. טבעם של סדקים שהם מתקדמים לאט עד הגיעם לגודל קריטי, ואז השבר הוא פתאומי.
תהליך ההרפיה מספק אנרגיה לאטומים לשנות את מיקומם. האטומים הראשונים לזוז הם אלו ש"הכי לא נוח" להם. המאמצים משתחררים ע"י נדידה של אטומים והסתדרות הגבישים מחדש לאט לאט. את העניין הזה צריך לעצור מתישהו, מכיוון שבתחילה החומר קשה ופריך , וככל שמתקדם התהליך הקשיות יורדת, הפריכות נעלמת והחוזק עולה. הרפיה של שעות תאפשר לכל המרטנזיט להפוך בחזרה לפרליט, ותהפוך את התהליך לחסר משמעות.
איך נפטרים מהאוסטניט השיורי הלכוד בחלקים המחוסמים? החומר הזה איננו קשה ולכאורה איננו מועיל. פה נכנס ההגיון מאחורי טיפולים קריוגניים (טיפולי הקפאה) המבוצעים בפלדות.


ואחרי שהארכתי בדברים- אסיים.

[ataleph]

רעי ו TC תודה רבה על ההסברים ודוגמאות מעשיות!
רעי, הבנתי את רוב הדברים, או לפחות חושב שהבנתי
אז אין שום בעיה למחוק את ההסטוריה הטרמית (לצורך חיסום חוזר) על-ידי חימום מחדש והחזקת הלהב ב-850 מעלות במשך כמה דקות ובדיקות עם מגנט כמובן.

[ataleph]

עשיתי חיסום מחדש של אותה הלהב שנכשלתי איתה בחיסום קודם (היתה HRC 43~) ובאותה ההזדמנות חיסמתי עוד שתי להבים מאותה פלדה.
אחרי ההרפיה כולם התקבלו HRC 58-60~
אם מישהו מתעניין במתכון, תשאלו.

[TC]

...

[ataleph]

ובכן אחרי כמה ניסויי מעבדה על חתיכות פלדה קטנות:
הכי חשוב לחמם את הלהב באופן אחיד ולהחזיק ככה כמה דקות (אני מבין שזה נחוץ כדי שכמה שיותר פחמן "יומס" בתוך סריג הברזל). לאחר מכן חיסום לתוך שמן לא מחומם נותן HRC 57-59, ולתוך מים HRC 60-62. זה מה שאני הצלחתי לקבל מתוך HRC 63~ האפשריים, לפי מה שהבנתי זה מה שמקבלים בתעשייה. לא יודע אם זה חשוב אבל הקשיות תמיד נבדקה יום למחרת. ההרפייה שנעשית מיד אחרי החיסום בטוסטר-אובן בטמפרטורה של ~195 מעלות למשך 50 דקות נותנת HRC 58-60 על להב מחוסמת במים, ו HRC 55-57 על להב מחוסמת בשמן. כלומר הרפייה כמתואר מורידה בערך שתי יחידות של קשיות.

[רעי]

אני ממש שמח שהצלחת!
והכי חשוב בעיני שעכשיו אתה גם מבין את התהליך, וגם מסוגל להתאים אותו לצרכיך.
יישר כח!

[Pesel]

אין כמו דיאגרמת TTT ישנה וטובה.
רומן, אתה "חייב" לי בקבוק בירה.

[ataleph]

רעי, תודה עוד פעם על העזרה!

דימה, ללא ספק בפעם הבאה הבירה עליי

[yoni israeli]

איחור מטורף בתגובה אבל ראיתי את הפוסט הזה ופשוט הייתי חייב להגיד שאפו עזרתם לי מאוד בתור מתחיל ההבנה המפיזקאית והכימית של תהליך החיסום תרמה לי מאוד תודה רבה:)

[ataleph]

בכיף, יוני!
מקווה לראות כאן את העבודות שלך

[Pesel]

ואני מקווה סוף סוף לקבל את הבירה שלי.
(או שכבר קיבלתי?)

[yoni israeli]

אני בדיוק מתכנן עבודה חדשה, ראו פוסט אחרון שלי לגבי סכיני נקירי יפניות אשמח מאוד לעזרה מכם

[ataleph]

ואני מקווה סוף סוף לקבל את הבירה שלי.
(או שכבר קיבלתי?)

כבר קיבלת, אבל אני מבין אותך 100%, בירה אף פעם אין מספיק.
כך שאין שום בעייה להפגש, חבל רק שאין לי מה להראות, מקווה שאחרים התקדמו יותר ממני!