Топлинната обработка е популярен начин за промяна на механичните свойства на определени метали. Един от най-добрите начини за адаптиране на метал към изискванията на дадена среда или приложение е да можете да модифицирате неговата здравина, издръжливост и твърдост, без да променяте значително химичния му състав. Металът може да бъде термично обработен по различни начини, но закаляването е една от най-широко използваните техники.
Какво е закаляване?
Закаляването е стъпка в много процеси на термична обработка, която включва нагряване на детайла до необходимата температура и потапянето му в среда за охлаждане, за да се охлади бързо. Други процеси на термична обработка често следват охлаждане, като стареене, темпериране или отгряване, за да се постигнат желаните резултати. Чрез бързо охлаждане на метала можете да предотвратите или насърчите образуването на различни микроструктури в стоманата, за да постигнете свойствата, от които се нуждаете за предвиденото приложение.
Различните видове кристални микроструктури включват:
· Аустенит: Аустенитът се образува, когато желязото се нагрява по време на металообработка. Това е здрава, но формируема микроструктура, която е отлична за заваряване. Аустенитната стомана има различни приложения, но често се обработва допълнително за създаване на мартензитна стомана.
· Мартензит: Мартензитната трансформация е това, което се случва, когато бързо охладите нагрят метал. Докато мартензитната стомана е твърда, тя също е много крехка. Обработката на метала след закаляване помага да се възстанови пластичността му и да се облекчат вътрешните напрежения.
· Ферит: Феритът е мека, термодинамично стабилна микроструктура, която се образува преди да се трансформира в аустенит. Най-често се среща в нисковъглеродна стомана.
· Циментит: Цементитът е термодинамично нестабилна микроструктура, която съдържа желязо и въглерод. Неговата твърда микроструктура води до много твърд, но чуплив метал.
· Перлит: Бавното охлаждане води до перлитна микроструктура, която се състои от редуващи се слоеве от ферит и цементит. Тази конструкция е здрава и лека с висока устойчивост на износване.
· Бейнит: Бейнитът е твърда, крехка микроструктура, която се образува, когато стоманен компонент се охлажда по-бързо от скоростта на охлаждане на перлита, но по-бавно от мартензита.
Тип охлаждаща среда
Процесът на охлаждане може да се извърши с помощта на редица охлаждащи среди. Всяка среда има свои собствени специални охлаждащи качества. Скоростта на охлаждане, екологичните проблеми на охлаждането, подмяната на охлаждащата среда и цената на охлаждащата среда са фактори, които трябва да се вземат предвид при определяне на вида на употребата на среда. Ето основните типове охлаждаща среда:
Въздух
Въздухът е популярна среда за охлаждане, използвана за охлаждане на метали за охлаждане. Достъпната цена е едно от основните предимства на въздуха; неговата достъпност е резултат от изобилието му на земята. Всъщност всеки материал, който се нагрява и след това се оставя да се охлади до стайна температура, просто като се остави сам, се счита за закален с въздух. Закаляването с въздух също се извършва по-преднамерено, когато се компресира и принуждава около метала, който се охлажда. Това охлажда частта по-бързо от неподвижния въздух, въпреки че дори сгъстеният въздух може да охлади много метали твърде бавно, за да промени механичните свойства.
вода
Водата също е в състояние бързо да охлади нагретите метали. Стоманата може бързо да се охлади чрез охлаждане във вода, което е чудесно за достигане на възможно най-висока твърдост в някои приложения. Въпреки това, поради натрупване на вътрешно напрежение, скоростта на охлаждане също може да причини изкривявания и напукване. Следователно са необходими допълнителни металургични процедури за завършване на компонента.
Водата, подобно на много газове, се получава лесно и не оказва влияние върху околната среда, което я прави устойчива среда за охлаждане. Парни джобове могат да попречат на процеса на охлаждане с вода; ако това се случи, ковачът трябва да завърти компонента в средата, за да предотврати образуването на влажни въздушни джобове и въвеждането на замърсители.
Масло
Маслото е в състояние да охлади нагретите метали много по-бързо от сгъстения въздух. Елемент, който е бил нагрят, се пуска в напълнен с масло резервоар, за да бъде закален. Частта може също да се промие с масло. Тъй като различните видове масло имат различни скорости на охлаждане и точки на възпламеняване, те често се използват в различни приложения.
саламура
Саламура или солена вода е отлична среда за охлаждане за бързо охлаждане. Охлажда се по-бързо от въздуха, водата и маслото. Това е така, защото когато сместа от сол и вода влезе в контакт с горещ метал, предотвратява създаването на въздушни топчета. В резултат на това течността ще покрие по-голяма част от повърхността на метала, отколкото въздушните мехурчета.
Закаляваща стомана
Стоманата заслужава специално споменаване, когато се обсъжда процесът на закаляване, тъй като нейните механични свойства са много чувствителни към закаляване. Чрез процес на охлаждане, известен като закаляване чрез охлаждане, стоманата се повишава до температура над нейната температура на прекристализация и бързо се охлажда чрез процеса на охлаждане. Бързото закаляване променя кристалната структура на стоманата в сравнение с бавното охлаждане. В зависимост от съдържанието на въглерод и легиращите елементи на стоманата, тя може да остане с по-твърда, по-крехка микроструктура, като мартензит или бейнит, когато преминава през процеса на закаляване чрез охлаждане. Тези микроструктури водят до повишена здравина и твърдост на стоманата. Въпреки това, те оставят стоманата уязвима към напукване и със значително намаляване на пластичността. Поради тази причина някои стомани се отгряват или нормализират след процеса на закаляване.
