Što se događa kad se metali podvrgnu toplinskoj obradi?

Prije nego što su se izmislili moderne tehnike obrade metala, kovači su koristili toplinu da bi se metal obradio. Kad se metal oblikuje u željeni oblik, brzo se zagrijava metal. Brzo hlađenje je metal postao teži i manje krhki. Suvremena obrada metala postala je mnogo sofisticiranijima i preciznima, omogućujući različite tehnike za različite svrhe.

Učinci topline na metal

Obrada metala do ekstremne topline uzrokuje širenje, osim utjecaja na njegovu strukturu, električnu otpornost i magnetizam. Toplinska ekspanzija prilično je samoobjasna. Metali se šire kada se podvrgavaju specifičnim temperaturama, što ovisi o metalu. Stvarna struktura metala također se mijenja s toplinom. Odnosi se kao transformacija alotropne faze , toplina obično čini metale mekšim, slabijim, i više duktilnim. Duktilnost je sposobnost da se metal istegne u žicu ili nešto slično.

Toplina također može utjecati na električnu otpornost metala. Što je metali vrući, to se više elektrona raspršuju, uzrokujući da metal bude otporniji na električnu struju. Metali koji se griju na određene temperature također mogu izgubiti magnetizam. Podizanjem temperature do 626 stupnjeva celzijusa i 2,012 stupnjeva celzijusa, ovisno o metalu, magnetizam će nestati. Temperatura na kojoj se to događa u određenom metalu poznata je kao temperatura Curie.

Toplinska obrada

Toplinska obrada je postupak zagrijavanja i hlađenja metala kako bi se promijenila njihova mikrostruktura i izvedba fizičkih i mehaničkih svojstava koja čine metal poželjnijima. Temperatura metala se zagrijava, a brzina hlađenja nakon toplinske obrade može značajno promijeniti svojstva metala.

Najčešći razlozi zbog kojih se metali podvrgavaju toplinskoj obradi su poboljšati njihovu čvrstoću, tvrdoću, otpornost na otpornost, otpornost na koroziju i otpornost na koroziju. Zajedničke tehnike za toplinsku obradu uključuju sljedeće:

• prekaljivanje je oblik toplinske obrade koji donosi metal bliže svom ravnotežnom stanju. Omekšava metal, čineći ga savitljivijom i osiguravajući veću duktilnost. U tom procesu, metal se zagrijava iznad svoje gornje kritične temperature kako bi promijenio svoju mikrostrukturu. Nakon toga, metal je sporo hlađen.
• Manje skupo od žarenja, gašenje je postupak toplinske obrade koji brzo vraća metal na sobnu temperaturu nakon što se zagrije iznad gornje kritične temperature. Postupak gašenja zaustavlja proces hlađenja mijenjajući mikrostrukturu metala. Ispuštanje, koje se može obaviti s vodom, uljem i drugim medijima, stvrdnjava čelik na istoj temperaturi koja puni žarenje.

• Otvrdnjavanje oborine također je poznat kao doba stvrdnjavanja , To stvara ujednačenost metalne strukture zrna, čime materijal postaje jači. Postupak uključuje zagrijavanje tretmana tretmanom na visoke temperature nakon brzog procesa hlađenja. Otvrdnjavanje taloga obično se provodi u inertnoj atmosferi pri temperaturama od 900 stupnjeva celzijusa do 1150 stupnjeva celzijusa. Može potrajati od sat vremena do četiri sata da se provede taj proces. Duljina vremena tipično ovisi o debljini metalnih i sličnih čimbenika.
• Obično se koristi u proizvodnji celika danas, temperiranje je toplinska obrada koja se koristi za poboljšanje tvrdoće i žilavosti čelika, kao i za smanjenje krhkosti. Proces stvara više duktilnu i stabilnu strukturu. Cilj kaljenja je postizanje najbolje kombinacije mehaničkih svojstava u metalima.
• Olakšavanje stresa je proces toplinske obrade koji smanjuje stres u metalima nakon što ih se ugasi, baci, normalizira i tako dalje. Stres se oslobađa zagrijavanjem metala na nižu temperaturu nego što je potrebno za transformaciju. Nakon ovog postupka, metal se zatim polagano hladi.
• normalizacija je oblik toplinske obrade koji uklanja nečistoće i poboljšava čvrstoću i tvrdoću promjenom veličine zrna da bude ujednačeniji kroz metal. To se postiže hlađenjem metala zrakom nakon što se zagrije na preciznu temperaturu.
• Kada je metalni dio kriogeno obrađen, polagano se hladi s tekućim dušikom. Spori proces hlađenja sprječava toplinski stres metala. Zatim se metalni dio održava na temperaturi od otprilike minus 190 stupnjeva Celzijusa oko jedan dan. Kada se poslije zagrijava toplina, metalni dio prolazi porast temperature do približno 149 stupnjeva Celzijusa. To pomaže smanjiti količinu krhkosti koja može biti uzrokovana kad se formira martenzit tijekom kriogene obrade.