Co się dzieje, gdy metale poddawane są obróbce cieplnej

Zanim wynaleziono nowoczesne techniki obróbki metali, kowale używali ciepła, aby metal był obrabialny. Gdy metal uformuje się w pożądany kształt, podgrzany metal szybko schładza się. Szybkie chłodzenie sprawiło, że metal stał się twardszy i mniej kruchy. Współczesna obróbka metali stała się znacznie bardziej wyrafinowana i precyzyjna, umożliwiając stosowanie różnych technik do różnych celów.

Poddanie ekstremalnego ciepła metalowi powoduje jego rozszerzanie się, a także wpływa na jego strukturę, opór elektryczny i magnetyzm. Rozszerzalność cieplna jest dość oczywista. Metale rozszerzają się pod wpływem określonych temperatur, które różnią się w zależności od metalu. Rzeczywista struktura metalu również zmienia się wraz z ciepłem. Do którego odnosi się transformacja fazy alotropowejciepło zwykle powoduje, że metale są bardziej miękkie, słabsze i bardziej ciągliwe. Ciągliwość to zdolność do rozciągania metalu w drut lub coś podobnego.

Ciepło może również wpływać na opór elektryczny metalu. Im cieplejszy staje się metal, tym bardziej elektrony się rozpraszają, przez co metal jest bardziej odporny na prąd elektryczny. Metale podgrzane do określonych temperatur mogą również utracić swój magnetyzm. Podnosząc temperaturę do 626 stopni Fahrenheita do 2012 stopni Fahrenheita, w zależności od metalu, magnetyzm zniknie. Temperatura, w której dzieje się to w określonym metalu, jest znana jako temperatura Curie.

Obróbka cieplna to proces podgrzewania i chłodzenia metali w celu zmiany ich mikrostruktury i uzyskania fizycznych i mechanicznych właściwości, które sprawiają, że metale są bardziej pożądane. Temperatury metali są podgrzewane, a szybkość chłodzenia po obróbce cieplnej może znacznie zmienić właściwości metalu.

Najczęstsze powody, dla których metale poddawane są obróbce cieplnej, to poprawa ich wytrzymałości, twardości, udarności, ciągliwości i odporności na korozję. Typowe techniki obróbki cieplnej obejmują:

• Wyżarzanie jest formą obróbki cieplnej, która zbliża metal do jego stanu równowagi. Zmiękcza metal, czyniąc go bardziej wykonalnym i zapewniając większą ciągliwość. W tym procesie metal jest podgrzewany powyżej górnej temperatury krytycznej, aby zmienić mikrostrukturę. Następnie metal jest powoli chłodzony.
• Tańszy niż wyżarzanie, gaszenie jest metodą obróbki cieplnej, która szybko przywraca metal do temperatury pokojowej po ogrzaniu powyżej jego górnej temperatury krytycznej. Proces hartowania powstrzymuje proces chłodzenia od zmiany mikrostruktury metalu. Hartowanie, które można wykonać za pomocą wody, oleju i innych mediów, utwardza ​​stal w tej samej temperaturze, co pełne wygrzewanie.
• Hartowanie strąceniowe jest również znany jako starzenie się. Tworzy jednolitość struktury ziarna metalu, czyniąc materiał mocniejszym. Proces ten obejmuje ogrzewanie roztworu do wysokiej temperatury po procesie szybkiego chłodzenia. Hartowanie wytrącane jest zwykle wykonywane w atmosferze obojętnej w temperaturach od 900 stopni Fahrenheita do 1150 stopni Fahrenheita. Proces ten może potrwać od godziny do czterech godzin. Długość czasu zazwyczaj zależy od grubości metalu i podobnych czynników.
• Powszechnie stosowane dziś w hutnictwie, ruszenie to obróbka cieplna stosowana w celu poprawy twardości i udarności stali, a także w celu zmniejszenia kruchości. Proces tworzy bardziej plastyczną i stabilną strukturę. Celem odpuszczania jest uzyskanie najlepszego połączenia właściwości mechanicznych w metalach.
• Odprężanie jest procesem obróbki cieplnej, który zmniejsza naprężenia w metalach po ich wygaszeniu, odlaniu, znormalizowaniu i tak dalej. Naprężenie jest zmniejszane przez podgrzanie metalu do temperatury niższej niż wymagana do transformacji. Po tym procesie metal jest następnie powoli chłodzony.
• Normalizowanie jest formą obróbki cieplnej, która eliminuje zanieczyszczenia oraz poprawia wytrzymałość i twardość poprzez zmianę wielkości ziaren, aby były bardziej jednolite w całym metalu. Osiąga się to poprzez schłodzenie metalu powietrzem po jego podgrzaniu do dokładnej temperatury.
• Gdy jest metalowa część poddany obróbce kriogenicznejpowoli schładza się ciekłym azotem. Powolny proces chłodzenia pomaga zapobiegać naprężeniom termicznym metalu. Następnie część metalową utrzymuje się w temperaturze około minus 190 stopni Celsjusza przez około jeden dzień. Po późniejszym odpuszczeniu cieplnym część metalowa ulega wzrostowi temperatury do około 149 stopni Celsjusza. Pomaga to zmniejszyć kruchość, która może powstać, gdy martenzyt tworzy się podczas obróbki kriogenicznej.