Kuinka karkaisu kovettaa teräksen metallintyöstössä

Karkaisu on nopea tapa palauttaa metalli huoneenlämpötilaan jälkeen lämpökäsittely estää jäähdytysprosessia muuttamasta dramaattisesti metallin mikrorakennetta. Metallityöt tekevät tämän asettamalla kuuma metalli nestemäiseen tai joskus pakotettuun ilmaan. Nesteen tai pakotetun ilman valintaan viitataan väliaineena.

Yleisiä sammutusväliaineita ovat erikoiskäyttöön tarkoitetut polymeerit, paineilman konvektio, makean veden, suolaveden ja öljyn. Vesi on tehokas väliaine, kun tavoitteena on saada teräs maksimaalisen kovuuden saavuttamiseksi. Veden käyttö voi kuitenkin johtaa metallin halkeamiseen tai vääristymiseen.

Jos kova kovuus ei ole välttämätöntä, tukahduttamisprosessissa voidaan sen sijaan käyttää mineraaliöljyä, valaanöljyä tai puuvillansiemenöljyä. Sammutusprosessi voi näyttää dramaattiselta niille, jotka eivät tunne sitä. Kun metallityöt siirtävät kuuman metallin valittuun väliaineeseen, höyry nousee metallista suuressa määrin.

Hitaammat sammutusnopeudet antavat termodynaamisille voimille suuremman mahdollisuuden muuttaa mikrorakennetta, ja tämä voi usein olla huono asia, jos muutos mikrorakenteessa heikentää metallia. Joskus tämä lopputulos on suositeltavampi, minkä vuoksi sammutus tapahtuu erilaisilla välineillä. Esimerkiksi öljyn sammutusnopeus on paljon alhaisempi kuin veden. Nestemäisessä väliaineessa sammuttaminen vaatii nesteen sekoittamista metallikappaleen ympärillä höyryn vähentämiseksi pinnasta. Höyrytaskut voivat estää sammutusta, joten niitä on vältettävä.

Käytetään usein terästen kovettamiseen, vettä sammuttaen lämpötilasta austeniittiset lämpötila johtaa hiilen juuttumiseen austeniittisen nauhan sisään. Tämä johtaa kovaan ja hauraaseen martensiittiseen vaiheeseen. Austeniitti viittaa gamma-rautapohjaisella rauaseoksella ja martensiitti on kova tyyppi teräskiteistä.

Karkaistu teräs martensiitti on erittäin hauras ja stressaantunut. Tämän seurauksena karkaistu teräs läpikäy tyypillisesti karkaisuprosessin. Tähän sisältyy metallin lämmittäminen uudelleen kriittisen pisteen alapuolelle, jonka jälkeen sen annetaan jäähtyä ilmassa.

Tyypillisesti, teräs jälkikäsitelty öljy-, suola-, lyijyhauteissa tai uuneissa, joissa puhaltimien kiertämä ilma palauttaa osan sitkeys (kyky kestää vetolujuutta) ja sitkeys menetetään muuntamalla martensiittiksi. Kun metalli on karkaistu, se jäähdytetään nopeasti, hitaasti tai ei ollenkaan, olosuhteista riippuen, etenkin onko kyseinen metalli alttiita karkaisun jälkeiselle hauraudelle.

Martensiitin ja austeniitin lämpötilojen lisäksi metallin lämpökäsittelyyn sisältyy ferriitin, pearliitin, sesiitin ja bainiitin lämpötilat. Deltaferriittimuutos tapahtuu, kun rauta lämmitetään korkean lämpötilan muotoon rautaa. Mukaan Hitsausinstituutti Isossa-Britanniassa se muodostaa "jäähdyttämällä alhaiset hiilipitoisuudet rauta-hiili-seoksissa nestemäisestä tilasta ennen muuttumista austeniittiksi".

Pearlite syntyy rautalejeeringien hitaassa jäähdytyksessä. Bainiittia on kahta muotoa: ylempi ja alempi bainiitti. Sitä tuotetaan jäähdytysnopeuksilla, jotka ovat hitaampia kuin martensiitin muodostuminen, mutta nopeammalla jäähdytysnopeudella kuin ferriitti ja pearliitti.

Karkaisu estää terästä hajoamasta austeniitista ferriitiksi ja sesiittiksi. Tavoitteena on, että teräs saavuttaa martensiittisen vaiheen.

Jokaisella sammutusprosessissa käytettävissä olevalla väliaineella on omat edut ja haitat, ja metallityöntekijöiden on päätettävä, mikä on parasta tietyn työn perusteella. Nämä ovat joitain vaihtoehdoista:

Näitä ovat vesi, suolaveden eri pitoisuudet ja sooda. Nämä ovat nopeimmat menetelmät metallien jäähdyttämiseksi sammutusprosessin aikana. Sen lisäksi, että metalli voi vääristyä, on turvatoimenpiteitä noudatettava myös käytettäessä kaustisia virvoitusjuomia, koska ne voivat olla haitallisia iholle tai silmille.

Tämä on yleensä suosituin menetelmä, koska jotkut öljyt voivat silti jäähdyttää metalleja nopeasti, mutta ilman samaa riskiä kuin vesi tai muut kaustiset aineet. Öljyihin liittyy kuitenkin riskejä, koska ne ovat palavia. Siksi metallityöntekijöille on tärkeää tietää öljyjen rajat, joiden kanssa he työskentelevät lämpötilojen ja kuorman painon suhteen, jotta vältetään palot.

Vaikka paineilma on yleistä, typpi on toinen suosittu vaihtoehto. Kaasuja käytetään usein valmiisiin metalleihin, kuten työkaluihin. Paineen ja kaasuille altistumisen säätäminen voi säätää jäähdytysnopeutta.