Jak hartowanie utwardza ​​stal w obróbce metali

Hartowanie to szybki sposób na przywrócenie metalu do temperatury pokojowej obróbka cieplna aby zapobiec radykalnej zmianie mikrostruktury metalu przez proces chłodzenia. Obróbka metali polega na umieszczeniu gorącego metalu w cieczy lub czasem w wymuszonym powietrzu. Wybór cieczy lub powietrza wymuszonego określa się mianem medium.

Typowe media do hartowania to polimery specjalnego przeznaczenia, wymuszona konwekcja powietrza, woda słodka, woda morska i olej. Woda jest skutecznym medium, gdy celem jest osiągnięcie przez stal maksymalnej twardości. Używanie wody może jednak prowadzić do pękania metalu lub zniekształcania go.

Jeśli ekstremalna twardość nie jest konieczna, zamiast tego można zastosować olej mineralny, olej z wielorybów lub olej z nasion bawełny. Proces gaszenia może wyglądać dramatycznie dla tych, którzy go nie znają. Gdy metalowcy przenoszą gorący metal na wybrane medium, para podnosi się z metalu w dużej objętości.

Niższe szybkości hartowania dają siłom termodynamicznym większą szansę na zmianę mikrostruktury, a to często może być złe, jeśli ta zmiana w mikrostrukturze osłabia metal. Czasami taki wynik jest preferowany i dlatego do hartowania stosuje się różne media. Na przykład olej ma tempo hartowania znacznie niższe niż woda. Gaszenie w ciekłym ośrodku wymaga mieszania płynu wokół kawałka metalu, aby zredukować parę z powierzchni. Kieszenie pary mogą przeciwdziałać procesowi gaszenia, dlatego należy ich unikać.

Często stosowany do hartowania stali, hartowania wodą od temperatury powyżej austenityczny temperatura spowoduje uwięzienie węgla w listwie austenitycznej. Prowadzi to do twardego i kruchego stadium martenzytycznego. Austenit odnosi się do stopów żelaza na bazie żelaza gamma, a martenzyt jest twardym rodzajem struktury krystalicznej stali.

Martenzyt ze stali hartowanej jest bardzo kruchy i naprężony. W rezultacie hartowana stal zazwyczaj przechodzi proces odpuszczania. Wymaga to podgrzania metalu do temperatury poniżej punktu krytycznego, a następnie umożliwienia mu ostygnięcia w powietrzu.

Zazwyczaj stal będą następnie hartowane w oleju, soli, kąpieli ołowiowych lub piecach z powietrzem krążącym przez wentylatory w celu przywrócenia części plastyczność (zdolność do wytrzymywania naprężeń rozciągających) i wytrzymałość utracone przez konwersję do martenzytu. Po hartowaniu metal jest schładzany szybko, powoli lub wcale, w zależności od okoliczności, szczególnie czy dany metal jest podatny na kruchość po hartowaniu.

Oprócz temperatur martenzytu i austenitu obróbka cieplna metalu obejmuje również temperatury ferrytu, perlitu, cementytu i bainitu. Transformacja delta-ferryt zachodzi, gdy żelazo ogrzewa się do postaci żelaza o wysokiej temperaturze. Według Instytut Spawalnictwa w Wielkiej Brytanii tworzy się „podczas chłodzenia niskich stężeń węgla w stopach żelazo-węgiel ze stanu ciekłego przed przekształceniem w austenit”.

Pearlit powstaje podczas powolnego procesu chłodzenia stopów żelaza. Bainit występuje w dwóch postaciach: bainit górny i dolny. Jest wytwarzany przy szybkościach chłodzenia wolniejszych niż tworzenie martenzytu, ale z większą szybkością chłodzenia niż ferryt i perlit.

Hartowanie zapobiega rozkładowi stali z austenitu na ferryt i cementyt. Celem jest, aby stal osiągnęła fazę martenzytyczną.

Każde medium dostępne w procesie hartowania ma swoje zalety i wady, a metalowcy decydują, co jest najlepsze na podstawie konkretnego zadania. Oto niektóre z opcji:

Obejmują one wodę, różne stężenia słonej wody i sody. Są to najszybsze sposoby chłodzenia metali podczas procesu hartowania. Oprócz ewentualnego wypaczenia metalu, należy również stosować środki ostrożności przy stosowaniu żrących napojów gazowanych, ponieważ mogą one być szkodliwe dla skóry lub oczu.

Jest to zwykle najpopularniejsza metoda, ponieważ niektóre oleje nadal mogą szybko schładzać metale, ale bez takiego samego ryzyka jak woda lub inne substancje żrące. Oleje wiążą się jednak z ryzykiem, ponieważ są łatwopalne. Dlatego ważne jest, aby hutnicy znali granice olejów, z którymi pracują, pod względem temperatur i masy ładunku, aby uniknąć pożaru.

Podczas gdy wymuszone powietrze jest powszechne, azot jest kolejną popularną opcją. Gazy często stosuje się do gotowych metali, takich jak narzędzia. Regulacja ciśnienia i ekspozycji na gazy może kontrolować szybkość chłodzenia.