Mitä tapahtuu, kun metallit lämpökäsitellään

Ennen kuin keksittiin nykyaikaisia ​​metallintyöstötekniikoita, seppä käytti lämpöä metallin tekemiseen käyttökelpoiseksi. Kun metalli oli muotoiltu haluttuun muotoon, kuumennettu metalli jäähdytettiin nopeasti. Nopea jäähdytys teki metallista kovemman ja vähemmän hauraan. Nykyaikaisesta metallintyöstöstä on tullut paljon hienostuneempaa ja tarkempaa, mikä mahdollistaa eri tekniikoiden käytön eri tarkoituksiin.

Metallin altistaminen äärimmäiselle kuumuudelle aiheuttaa sen laajentumisen vaikutuksen lisäksi sen rakenteeseen, sähkövastukseen ja magneettisuuteen. Lämpölaajeneminen on melko itsestään selvää. Metallit laajenevat, kun ne altistetaan tietyille lämpötiloille, jotka vaihtelevat metallista riippuen. Myös metallin todellinen rakenne muuttuu lämmön myötä. Viitattu nimellä allotrooppinen vaihemuutos, lämpö tekee tyypillisesti metalleista pehmeämpiä, heikompia ja taipuisempia. Sulavuus on kyky venyttää metalli lankaksi tai vastaavaksi.

Lämpö voi myös vaikuttaa metallin sähkövastukseen. Mitä kuumemmaksi metalli tulee, sitä enemmän elektronit hajoavat, jolloin metalli on kestävämpi sähkövirralle. Tiettyihin lämpötiloihin kuumennetut metallit voivat myös menettää magnetisminsa. Nostamalla lämpötilat välillä 626 Fahrenheit-astetta 2 012 Fahrenheit-asteeseen, metallista riippuen, magneettisuus häviää. Lämpötila, jossa tämä tapahtuu tietyssä metallissa, tunnetaan sen Curie-lämpötilana.

Lämpökäsittely on metallien lämmitys- ja jäähdytysprosessi, jolla muutetaan niiden mikrorakennetta ja tuodaan esiin fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, jotka tekevät metalleista parempia. Lämpötilat, joissa metallit lämmitetään, ja jäähdytysnopeus lämpökäsittelyn jälkeen voi muuttaa merkittävästi metallin ominaisuuksia.

Yleisimmät syyt metallien lämpökäsittelyyn ovat niiden lujuuden, kovuuden, sitkeyden, taipuisuuden ja korroosionkestävyyden parantaminen. Yleisiä lämpökäsittelytekniikoita ovat seuraavat:

• hehkutus on lämpökäsittelyn muoto, joka tuo metallin lähemmäs tasapainotilaa. Se pehmentää metallia, jolloin se on toimivampi ja tarjoaa suuremman taipuisuuden. Tässä prosessissa metalli kuumennetaan sen ylemmän kriittisen lämpötilan yläpuolelle sen mikrorakenteen muuttamiseksi. Sen jälkeen metalli jäähdytetään hitaasti.
• Halvempaa kuin hehkutus, sammutusta on lämpökäsittelymenetelmä, joka palauttaa metallin nopeasti huoneenlämpötilaan sen jälkeen kun se on lämmitetty ylemmän kriittisen lämpötilansa yläpuolelle. Sammutusprosessi estää jäähdytysprosessin muuttamasta metallin mikrorakennetta. Karkaisu, joka voidaan suorittaa vedellä, öljyllä ja muilla väliaineilla, kovettuu teräksessä samassa lämpötilassa kuin täydellinen hehkutus.
• Sademäärän kovettuminen tunnetaan myös nimellä ikä kovettuminen. Se luo yhdenmukaisuuden metallin raerakenteessa, mikä tekee materiaalista vahvemman. Prosessi käsittää liuoskäsittelyn kuumentamisen korkeisiin lämpötiloihin nopean jäähdytysprosessin jälkeen. Saostuskovettuminen tapahtuu yleensä inertissä ilmakehässä lämpötiloissa välillä 900 Fahrenheit - 1150 Fahrenheit. Prosessin suorittaminen voi kestää missä tahansa tunnista neljään tuntiin. Ajan pituus riippuu tyypillisesti metallin paksuudesta ja vastaavista tekijöistä.
• Nykyään yleisesti käytetty teräksenvalmistuksessa, karkaisu on lämpökäsittely, jota käytetään parantamaan teräksen kovuutta ja sitkeyttä sekä vähentämään haurautta. Prosessi luo elastisemman ja vakaamman rakenteen. Karkaisun tarkoituksena on saavuttaa metalleissa paras yhdistelmä mekaanisia ominaisuuksia.
• Stressiä helpottava on lämpökäsittelyprosessi, joka vähentää metallien stressiä sen jälkeen, kun ne on sammutettu, valettu, normalisoitu jne. Stressi lievitetään kuumentamalla metalli lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin muuntamiseen vaadittava lämpötila. Tämän prosessin jälkeen metalli jäähdytetään sitten hitaasti.
• normalisoi on lämpökäsittelymuoto, joka eliminoi epäpuhtaudet ja parantaa lujuutta ja kovuutta muuttamalla raekoko yhtenäisemmäksi koko metallissa. Tämä saavutetaan jäähdyttämällä metalli ilmalla, kun se on lämmitetty tarkkaan lämpötilaan.
• Kun metalliosa on kryogeenisesti käsitelty, se jäähdytetään hitaasti nestemäisellä typellä. Hidas jäähdytysprosessi auttaa estämään metallin lämpörasituksen. Seuraavaksi metalliosaa pidetään noin päivän lämpötilassa noin miinus 190 celsiusastetta. Kun sitä myöhemmin lämmitetään, metalliosan lämpötila nousee noin 149 asteeseen. Tämä auttaa vähentämään haurauden määrää, joka voi aiheutua, kun martensiittia muodostuu kryogeenisen hoidon aikana.