Термічна обробка є популярним способом зміни механічних властивостей певних металів. Один із найкращих способів пристосувати метал до вимог даного середовища чи застосування — це мати можливість змінювати його міцність, ударну в’язкість і твердість без істотної зміни його хімічного складу. Метал можна термічно обробити різними способами, але загартування є одним із найпоширеніших методів.
Що таке гасіння?
Загартування — це етап багатьох процесів термічної обробки, який передбачає нагрівання деталі до необхідної температури та занурення її в загартовувальне середовище для швидкого охолодження. За загартуванням часто слідують інші процеси термічної обробки, такі як старіння, відпустка або відпал для досягнення бажаних результатів. Швидко охолоджуючи метал, ви можете запобігти або стимулювати утворення різних мікроструктур у сталі для досягнення властивостей, необхідних для запланованого застосування.
Різні типи кристалічних мікроструктур включають:
· Аустеніт: Аустеніт утворюється при нагріванні заліза під час обробки металу. Це міцна, але здатна до формування мікроструктура, яка чудово підходить для зварювання. Аустенітна сталь має різноманітні застосування, але її часто додатково обробляють для створення мартенситної сталі.
· Мартенсит: Мартенситне перетворення – це те, що відбувається, коли ви швидко охолоджуєте нагрітий метал. Хоча мартенситна сталь тверда, вона також дуже крихка. Обробка металу після загартування допомагає повернути йому пластичність і зняти внутрішні напруги.
· Феритові: Ферит — це м’яка, термодинамічно стабільна мікроструктура, яка утворюється перед тим, як перетворитися на аустеніт. Здебільшого це відбувається в низьковуглецевій сталі.
· Цементит: Цементит є термодинамічно нестабільною мікроструктурою, яка містить залізо та вуглець. Його жорстка мікроструктура призводить до дуже твердого, але крихкого металу.
· Перліт: Повільне охолодження призводить до мікроструктури перліту, яка складається з шарів фериту та цементиту, що чергуються. Ця конструкція міцна і легка з високою зносостійкістю.
· Бейніт: Бейніт — це тверда крихка мікроструктура, яка утворюється, коли сталевий компонент охолоджується швидше, ніж швидкість охолодження перліту, але повільніше, ніж мартенсит.
Тип середовища для гасіння
Процес загартування може здійснюватися з використанням ряду загартовуючих середовищ. Кожне середовище має власні властивості гарту. Швидкість гасіння, екологічні проблеми гасіння, заміна середовища гасіння та вартість середовища гасіння є факторами, які слід враховувати при визначенні типу використання середовища. Ось основні типи середовища гасіння:
повітря
Повітря є популярним загартовуючим середовищем, яке використовується для охолодження металів для гарту. Доступність є однією з головних переваг повітря; його доступність є результатом його великої кількості на землі. Фактично, будь-який матеріал, який нагрівають, а потім охолоджують до кімнатної температури, просто залишаючи в спокої, вважається загартованим повітрям. Загартування повітрям також виконується більш навмисно, коли воно стискається та натискається навколо металу, який гартується. Це охолоджує деталь швидше, ніж нерухоме повітря, хоча навіть стиснене повітря може охолоджувати багато металів занадто повільно, щоб змінити механічні властивості.
вода
Вода також здатна швидко гасити розігріті метали. Сталь можна швидко охолодити, загартувавши її у воді, що чудово підходить для досягнення максимально можливої твердості в деяких випадках. Однак через накопичення внутрішньої напруги швидкість його охолодження також може спричинити деформації та розтріскування. Отже, необхідні додаткові металургійні процедури для завершення компонента.
Воду, як і багато інших газів, легко отримати та вона не впливає на навколишнє середовище, що робить її стійким середовищем для гасіння. Парові кишені можуть перешкоджати процесу гартування водою; якщо це станеться, коваль повинен закрутити компонент у середовищі, щоб запобігти утворенню вологих повітряних кишень і внесенню забруднень.
олія
Нафта здатна гасити нагріті метали набагато швидше, ніж стиснене повітря. Нагрітий елемент опускають у заповнений маслом резервуар для гасіння. Деталь також можна промити маслом. Оскільки різні типи оливи мають різні швидкості охолодження та температури спалаху, вони часто використовуються в різних сферах застосування.
Розсіл
Розсіл або солона вода є чудовим загартовуючим середовищем для швидкого охолодження. Він охолоджується швидше, ніж повітря, вода та масло. Це пояснюється тим, що коли суміш солі та води контактує з гарячим металом, це запобігає утворенню повітряних кульок. У результаті рідина покриє більшу частину поверхні металу, ніж бульбашки повітря.
Загартування сталі
Сталь заслуговує на особливу згадку, коли обговорюється процес загартування, оскільки її механічні властивості дуже чутливі до загартування. За допомогою процесу загартування, відомого як загартування, сталь піднімається до температури, що перевищує температуру її рекристалізації, і швидко охолоджується за допомогою процесу загартування. Швидка загартування змінює кристалічну структуру сталі в порівнянні з повільним охолодженням. Залежно від вмісту вуглецю та легуючих елементів у сталі, вона може отримати більш тверду, крихку мікроструктуру, таку як мартенсит або бейніт, під час процесу загартування. Ці мікроструктури призводять до збільшення міцності та твердості сталі. Однак вони залишають сталь вразливою до розтріскування та значного зниження пластичності. З цієї причини деякі сталі відпалюють або нормалізують після процесу загартування.
