Co to jest hartowanie?

W metalurgii hartowanie definiuje się jako „kontrolowane wydobycie ciepła”. Najważniejszym słowem w tej definicji jest „kontrolowany”. Hartowanie to szybka metoda przywracania metali do temperatury pokojowej po obróbce cieplnej, aby zapobiec znaczącej zmianie mikrostruktury metalu w procesie chłodzenia. Poprzez zanurzenie metalowego przedmiotu w oleju lub wodzie, wybór cieczy lub wymuszonego powietrza nazywany jest medium, po którym metal jest szybko schładzany z wysokich temperatur, gdy jest formowany. Jest to często stosowane w celu zachowania właściwości mechanicznych związanych ze strukturą krystaliczną lub rozkładem faz, które są tracone przy powolnym chłodzeniu. Ta technika jest zwykle stosowana do przedmiotów stalowych, które nadają twardość. Z drugiej strony, przedmioty miedziane utwardzone przez młotkowanie lub inne odkształcenia w normalnej temperaturze można przywrócić do stanu ciągliwego przez ogrzewanie i hartowanie.

Jak ugasić

Powszechnie stosowane media hartownicze obejmują polimery specjalnego przeznaczenia, wymuszoną konwekcję powietrza, świeżą wodę, solankę i olej. Woda jest efektywnym medium, gdy celem jest osiągnięcie maksymalnej twardości stali. Jednak użycie wody może spowodować pękanie lub deformację metalu.

Jeśli nie jest wymagana ekstremalna twardość, w procesie hartowania można zastosować olej mineralny, olej wielorybi lub olej z nasion bawełny. Niewtajemniczonym proces gaszenia może wydawać się dramatyczny. Gdy ślusarz przenosi gorący metal do wybranego medium, duża ilość pary unosi się z metalu.

Środek hartujący

Do przeprowadzenia procesu hartowania dostępne są różne media hartujące. Każde medium ma swoje unikalne właściwości hartowania. Rozważania dotyczące rodzaju używanego medium obejmują prędkość oziębiania, kwestie środowiskowe mediów wygaszających, wymianę mediów wygaszających i koszt mediów wygaszających. Poniżej przedstawiono główne rodzaje mediów hartowniczych:

Powietrze

Olej

woda

solanka

Powietrze

Powietrze jest popularnym medium hartowniczym używanym do chłodzenia metali do hartowania. Przystępność jest jedną z głównych zalet powietrza. Jego przystępność jest wynikiem jego obfitości na ziemi. W rzeczywistości każdy materiał, który jest ogrzewany, a następnie schładzany do temperatury pokojowej, po prostu stojąc sam, jest uważany za ochłodzony powietrzem. Hartowanie powietrzem jest również bardziej celowe, gdy jest ściskane i wciskane wokół hartowanego metalu. To chłodzi części szybciej niż nieruchome powietrze, chociaż nawet sprężone powietrze może nadal chłodzić wiele metali zbyt wolno, aby zmienić właściwości mechaniczne.

Olej

Olej może hartować rozgrzany metal szybciej niż sprężone powietrze. Aby ugasić olejem, umieść podgrzewaną część w zbiorniku wypełnionym jakimś rodzajem oleju. Olej można również przepłukać przez części. Ze względu na różne szybkości chłodzenia i temperatury zapłonu, w zależności od zastosowania zwykle stosuje się różne rodzaje olejów. Jednak tempo hartowania oleju jest znacznie mniejsze niż wody. Ferryt i troostyt mogą tworzyć się nawet w małych porcjach. Pośrednie szybkości między wodą a olejem można osiągnąć, stosując wodę zawierającą 10-30 procent Ucon, substancję o odwrotnej rozpuszczalności, a zatem osady na obiektach, które spowalniają szybkość chłodzenia. Aby zminimalizować deformację, długie cylindryczne przedmioty powinny być hartowane w pionie, z krawędziami płaskich części i grubymi częściami wchodzącymi w pierwszej kolejności do roztopionego basenu. Aby zapobiec tworzeniu się miękkich plamek przez pęcherzyki pary, kąpiel hartującą należy wstrząsnąć.

Woda

Woda jest również zdolna do szybkiego hartowania rozgrzanych metali. Schładza metal szybciej niż olej. W sposób podobny do hartowania w oleju zbiornik napełnia się wodą i zanurza się w nim rozgrzany metal. Można go również przepłukać przez części. Jedną z zalet wody jest to, że palność medium nie stanowi problemu. Ponadto woda jest jednym z najskuteczniejszych środków hartowniczych wymagających maksymalnej twardości, ale podatna na odkształcenia i pękanie produktu. Tam, gdzie można poświęcić jędrność, używaj olejów wielorybów, nasion bawełny i olejów mineralnych. Mają one tendencję do utleniania się i tworzenia szlamu, zmniejszając wydajność.

Solanka

Solanka jest mieszaniną wody i soli. Słona woda chłodzi szybciej niż powietrze, woda i olej. Powodem tego jest to, że mieszanina soli i wody zapobiega tworzeniu się bąbelków podczas kontaktu z rozgrzanym metalem. Oznacza to, że większa część powierzchni metalu będzie pokryta cieczą, a nie bąbelkami.

Stal hartowana

Omawiając proces hartowania, na szczególną uwagę zasługuje stal, ponieważ jej właściwości mechaniczne są bardzo wrażliwe na hartowanie. W procesie hartowania, zwanym hartowaniem, stal jest podnoszona do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji i szybko schładzana w procesie hartowania. W porównaniu z powolnym chłodzeniem szybkie hartowanie zmienia strukturę krystaliczną stali. W zależności od zawartości węgla i pierwiastków stopowych w stali może pozostawić twardszą, bardziej kruchą mikrostrukturę, taką jak martenzyt lub bainit, ponieważ podlega procesowi hartowania. Te mikrostruktury prowadzą do wzrostu wytrzymałości i twardości stali. Jednak sprawiają, że stal jest podatna na pękanie i znacznie zmniejsza plastyczność. Z tego powodu niektóre stale są wyżarzane lub normalizowane po procesie hartowania.

Proces hartowania

Proces hartowania ma na celu zmianę mikrostruktury metalu w połączeniu z procesami termicznymi. Jeśli zostanie to wykonane prawidłowo, zapewni to maksymalną wytrzymałość i dobre wydłużenie odlewu.

Hartowanie stali jest zwykle realizowane przez zanurzenie w wodzie, oleju, roztworze polimeru lub soli, chociaż czasami stosuje się wymuszone powietrze. W wyniku hartowania sprzęt produkcyjny musi wytworzyć akceptowalną mikrostrukturę hartowania, aw krytycznych obszarach właściwości mechaniczne muszą spełniać minimalne wymagania po hartowaniu części. Skuteczność hartowania zależy od właściwości chłodzących czynnika hartowniczego w stosunku do hartowności stali. Dlatego wyniki mogą się różnić w zależności od składu stali lub mieszania, temperatury i rodzaju medium hartującego.

Projekt systemu hartowania oraz staranność utrzymania systemu przyczyniają się do powodzenia procesu. Konstrukcja części przyczynia się również do właściwości mechanicznych i zniekształceń spowodowanych hartowaniem.