Podsumowanie podstawowej wiedzy na temat obróbki cieplnej metali

Obróbka cieplna metali jest jednym z ważnych procesów w produkcji mechanicznej. W porównaniu z innymi procesami przetwarzania, obróbka cieplna zasadniczo nie zmienia kształtu i ogólnego składu chemicznego produktu stalowego, ale zmienia mikrostrukturę wewnątrz przedmiotu lub zmienia skład chemiczny powierzchni, nadając w ten sposób lub poprawiając wydajność produktu. Celem obróbki cieplnej metali jest poprawa wewnętrznej jakości metalu, tak aby posiadał on wymagane właściwości mechaniczne, właściwości fizyczne i właściwości chemiczne. Oprócz rozsądnego doboru materiałów i różnych procesów formowania, często niezbędne są procesy obróbki cieplnej. Stal jest najpowszechniej stosowanym materiałem w przemyśle mechanicznym. Mikrostruktura stali jest złożona i można ją kontrolować poprzez obróbkę cieplną. Dlatego obróbka cieplna stali jest główną częścią obróbki cieplnej metali.

Proces obróbki cieplnej

Proces obróbki cieplnej obejmuje zazwyczaj trzy procesy: ogrzewanie, izolację i chłodzenie. Czasami są tylko dwa procesy: ogrzewanie i chłodzenie. Procesy te są ze sobą powiązane i nie można ich przerwać. Ogrzewanie jest jednym z ważnych procesów obróbki cieplnej. Istnieje wiele metod ogrzewania metali. Jako źródła ciepła najpierw stosowano węgiel drzewny i węgiel, a od niedawna paliwa ciekłe i gazowe. Zastosowanie energii elektrycznej sprawia, że ​​ogrzewanie jest łatwe do kontrolowania i nie powoduje zanieczyszczenia środowiska. Te źródła ciepła można wykorzystać do ogrzewania bezpośredniego lub pośredniego za pomocą stopionej soli lub metalu, a nawet unoszących się w wodzie cząstek.

Temperatura nagrzewania jest jednym z ważnych parametrów procesowych procesu obróbki cieplnej. Dobór i kontrola temperatury ogrzewania to główne kwestie zapewniające jakość obróbki cieplnej. Temperatura ogrzewania zmienia się w zależności od przetwarzanego materiału metalowego i celu obróbki cieplnej, ale zazwyczaj jest podgrzewana powyżej temperatury przemiany fazowej w celu uzyskania struktury wysokotemperaturowej. Poza tym transformacja wymaga pewnej ilości czasu. Dlatego też, gdy powierzchnia metalu osiągnie wymaganą temperaturę nagrzewania, należy ją utrzymać w tej temperaturze przez pewien okres czasu, aby temperatura wewnętrzna i zewnętrzna była stała, a przemiana mikrostruktury dobiegła końca. Ten okres czasu nazywany jest izolacją. W przypadku stosowania ogrzewania o dużej gęstości energii i obróbki cieplnej powierzchni, prędkość nagrzewania jest duża i generalnie nie ma czasu na izolację, podczas gdy czas izolacji w przypadku chemicznej obróbki cieplnej jest często dłuższy.

Chłodzenie jest także niezbędnym etapem procesu obróbki cieplnej. Metody chłodzenia różnią się w zależności od procesu i dotyczą głównie kontroli szybkości chłodzenia. Ogólnie rzecz biorąc, wyżarzanie ma najwolniejszą szybkość chłodzenia, normalizowanie ma większą szybkość chłodzenia, a hartowanie ma większą szybkość chłodzenia niż normalizacja. Istnieją jednak również różne wymagania ze względu na różne rodzaje stali.

Powierzchniowa obróbka cieplna to proces obróbki cieplnej metalu, który podgrzewa jedynie warstwę powierzchniową metalu w celu zmiany właściwości mechanicznych warstwy powierzchniowej. Aby ogrzać tylko powierzchnię metalu bez przenoszenia zbyt dużej ilości ciepła do wnętrza metalu, zastosowane źródło ciepła musi charakteryzować się dużą gęstością energii, to znaczy do metalu przekazywana jest duża ilość energii cieplnej na jednostkę powierzchni, aby powierzchnia lub część metalu mogła w krótkim czasie osiągnąć wysokie temperatury. Do głównych metod powierzchniowej obróbki cieplnej zalicza się hartowanie płomieniowe i obróbkę cieplną poprzez nagrzewanie indukcyjne. Powszechnie stosowane źródła ciepła obejmują acetylen, tlen propan, prąd indukowany, laser i wiązkę elektronów.

Chemiczna obróbka cieplna to proces obróbki cieplnej metalu, który zmienia skład chemiczny, strukturę i właściwości powierzchni metalu. Chemiczna obróbka cieplna polega na podgrzaniu metalu w ośrodku (gazowym, ciekłym, stałym) zawierającym węgiel, środowisko solne lub inne pierwiastki stopowe i utrzymaniu go w cieple przez długi czas, tak aby powierzchnia metalu mogła przeniknąć pierwiastki takie jak węgiel, azot, bor i chrom. Po infiltracji elementów czasami przeprowadza się inne procesy obróbki cieplnej, takie jak hartowanie i odpuszczanie. Do głównych metod chemicznej obróbki cieplnej zalicza się nawęglanie, azotowanie i metalizowanie.

Ogólnie rzecz biorąc, obróbka cieplna metali jest jednym z ważnych procesów w procesie produkcyjnym części mechanicznych, narzędzi i form. Może zapewnić i poprawić różne właściwości metalu, takie jak odporność na zużycie, odporność na korozję itp. Z drugiej strony może również poprawić strukturę i stan naprężenia półwyrobu, aby ułatwić różne przetwarzanie na zimno i na gorąco.