Vad händer när metaller genomgår värmebehandling

Innan moderna metallbearbetningstekniker uppfanns använde smeder värme för att göra metall bearbetbar. När metallen formades till önskad form kyldes den uppvärmda metallen snabbt. Snabbkylning gjorde metallen hårdare och mindre spröd. Modern metallbearbetning har blivit mycket mer sofistikerad och exakt, vilket gör att olika tekniker kan användas för olika ändamål.

Att utsätta metall för extrem värme får den att expandera förutom att påverka dess struktur, elektriska motstånd och magnetism. Termisk expansion är ganska självförklarande. Metaller expanderar när de utsätts för specifika temperaturer, som varierar beroende på metallen. Metallens faktiska struktur förändras också med värme. Kallad transformering av allotropisk fas, värme gör vanligtvis metaller mjukare, svagare och mer mjuk. Duktilitet är förmågan att sträcka metall till en tråd eller något liknande.

Värme kan också påverka metallens elektriska motstånd. Ju varmare metallen blir, desto mer sprids elektronerna, vilket gör att metallen är mer motståndskraftig mot en elektrisk ström. Metaller som värms upp till vissa temperaturer kan också förlora sin magnetism. Genom att höja temperaturerna till mellan 626 grader Fahrenheit och 2,012 grader Fahrenheit, beroende på metallen, kommer magnetism att försvinna. Temperaturen vid vilken detta sker i en specifik metall kallas dess Curie-temperatur.

Värmebehandling är processen för uppvärmning och kylning av metaller för att ändra deras mikrostruktur och för att få fram de fysiska och mekaniska egenskaperna som gör metaller mer önskvärda. Temperaturerna metaller uppvärms till, och kylningshastigheten efter värmebehandling kan förändra metallens egenskaper betydligt.

De vanligaste orsakerna till att metaller genomgår värmebehandling är att förbättra deras styrka, hårdhet, seghet, duktilitet och korrosionsbeständighet. Vanliga tekniker för värmebehandling inkluderar följande:

• glödgning är en form av värmebehandling som leder en metall närmare dess jämviktstillstånd. Den mjukgör metall, vilket gör den mer användbar och ger större duktilitet. I denna process värms metallen över sin övre kritiska temperatur för att ändra dess mikrostruktur. Därefter kyls metallen långsamt.
• Mindre dyra än glödgning, släckning är en värmebehandlingsmetod som snabbt återgår metall till rumstemperatur efter att den har värmts över sin övre kritiska temperatur. Kylningsprocessen hindrar kylningsprocessen från att förändra metallens mikrostruktur. Släckning, som kan göras med vatten, olja och andra medier, härdar stål vid samma temperatur som full glödgning gör.
• Utfällningshärdning är också känd som åldershärdning. Det skapar enhetlighet i en metalls kornstruktur, vilket gör materialet starkare. Processen innefattar att värma en lösningsbehandling till höga temperaturer efter en snabb kylningsprocess. Utfällningshärdning utförs vanligtvis i en inert atmosfär vid temperaturer som sträcker sig från 900 grader Fahrenheit till 1150 grader Fahrenheit. Det kan ta allt från en timme till fyra timmar att genomföra processen. Längden på tiden beror typiskt på metallens tjocklek och liknande faktorer.
• Vanligtvis används i ståltillverkning idag, anlöp är en värmebehandling som används för att förbättra hårdheten och segheten i stål samt för att minska sprödheten. Processen skapar en mer mjuk och stabil struktur. Syftet med härdning är att uppnå den bästa kombinationen av mekaniska egenskaper i metaller.
• Stress lindrande är en värmebehandlingsprocess som minskar spänningen i metaller efter att de har släckts, gjutits, normaliserats och så vidare. Spänning avlastas genom att värma metall till en temperatur lägre än den som krävs för transformation. Efter denna process kyls sedan metallen långsamt.
• normalisering är en form av värmebehandling som eliminerar föroreningar och förbättrar hållfastheten och hårdheten genom att förändra kornstorleken för att vara mer enhetlig i hela metallen. Detta uppnås genom att kyla metallen med luft efter att den har upphettats till en exakt temperatur.
• När en metalldel är kryogen behandlad, kyls långsamt med flytande kväve. Den långsamma kylningsprocessen hjälper till att förhindra termisk spänning av metallen. Därefter hålls metalldelen vid en temperatur av ungefär minus 190 grader Celsius under ungefär en dag. När det senare värmebehandlas genomgår metalldelen en temperaturökning upp till cirka 149 grader Celsius. Detta hjälper till att sänka mängden sprödhet som kan orsakas när martensit bildas under kryogen behandling.