De videnskabelige principper og moderne industrielle anvendelser af bratkølingsprocesser: Ydeevnespring fra skærende værktøjer til fastgørelseselementer

Stål er i bund og grund en legering af jern og kulstof. Når stål opvarmes til dets kritiske temperatur (normalt over 727 grader, austenitiseringstemperaturen), forvandles dets krystalstruktur fra krops-centreret kubisk (BCC) til face-centered cubic (FCC). Kulstofatomer er ensartet opløst i krystalgitterets mellemrum og danner blød og meget duktil austenit.

Nøglen til bratkøling ligger i hurtig afkøling (normalt ved hjælp af vand, olie, polymeropløsninger eller gasser). Denne proces forhindrer diffusion og udfældning af kulstofatomer, hvilket tvinger krystalgitteret til at gennemgå forskydnings-lignende rekonstruktion under afkøling og danner en overmættet krops-centreret tetragonal (BCT) struktur-martensit. Det martensitiske gitter er alvorligt forvrænget på grund af "positioneringen" af kulstofatomer, hvilket genererer enorm indre spænding, hvilket øger materialets hårdhed betydeligt. For eksempel kan hårdheden af ​​almindeligt-kulstofstål stige fra HB 120 til over HRC 50 efter bratkøling.

Men mens martensit er hårdt, er det skørt, som en stram fjeder. Efter bratkøling kræves det derfor sædvanligvis anløbning (opvarmning og fastholdelse ved lav-temperatur) for at frigive en vis indre spænding og udfælde fine karbider, for at genoprette en vis grad af sejhed, samtidig med at høj hårdhed opretholdes og opnå en balance mellem hårdhed og fleksibilitet.

Inden for fastgørelseselementer i rustfrit stål, selvom austenitiske rustfrie stål (såsom 304 og 316) er bredt favoriseret på grund af deres ikke-magnetiske og korrosionsbestandige-egenskaber, er deres styrke relativt lav (trækstyrke ca. 520 MPa). Til applikationer, der kræver højere styrke, bliver martensitiske rustfrie stål (såsom 410 og 420) det foretrukne valg-disse materialer kan opnå en balance mellem høj styrke og moderat korrosionsbestandighed gennem bratkøling og hærdning.

Typiske anvendelser omfatter:

Sætskruer i rustfrit stål: Anvendes til aksial fiksering i præcisionsmaskiner, der kræver høj overfladehårdhed for at modstå stripning.

Selvborende-skruer i rustfrit stål: Borespidsen er bratkølet for at sikre effektiv boring i metalplader.

Lagskruer i rustfrit stål: For at modstå høje forskydningsbelastninger forbedrer bratkøling kernestyrken.

Sekskantskruer i rustfrit stål: I barske miljøer som f.eks. bygningsfacader og skibsbygning er versioner med høj-styrke afhængig af varmebehandling for at sikre forbindelsespålidelighed.

Det er værd at bemærke, at ikke alle fastgørelsesanordninger i rustfrit stål er egnede til bratkøling. Austenitisk rustfrit stål (såsom almindelige SS-skruer og rustfrit stålskruer) kan ikke forstærkes ved varmebehandling; dens styrkeforbedring er hovedsagelig afhængig af koldbearbejdningshærdning. Men hvis tapcon i rustfrit stål er lavet af martensitisk materiale, skal den undergå bratkøling og anløbning for at opfylde kravene til trækstyrke og forskydningsstyrke.