Varmebehandling er en populær måde at ændre de mekaniske egenskaber af visse metaller. En af de bedste måder at tilpasse et metal til kravene i et givent miljø eller anvendelse er at være i stand til at ændre dets styrke, sejhed og hårdhed uden væsentligt at ændre dets kemiske sammensætning. Metal kan varmebehandles på en række forskellige måder, men bratkøling er en af de mest udbredte teknikker.
Hvad er quenching?
Bratkøling er et trin i mange varmebehandlingsprocesser, der involverer opvarmning af delen til den nødvendige temperatur og nedsænkning i et bratkølingsmedium for hurtigt at afkøle den. Andre varmebehandlingsprocesser følger ofte efter bratkøling, såsom ældning, temperering eller udglødning for at opnå de ønskede resultater. Ved hurtig afkøling af metallet kan du forhindre eller fremme dannelsen af forskellige mikrostrukturer i stålet for at opnå de egenskaber, du har brug for til den tilsigtede anvendelse.
De forskellige typer af krystallinske mikrostrukturer omfatter:
· Austenit: Austenit dannes, når jern opvarmes under metalbearbejdning. Det er en sej, men formbar mikrostruktur, der er fremragende til svejsning. Austenitisk stål har en række anvendelsesmuligheder, men det arbejdes ofte videre for at skabe martensitisk stål.
· Martensit: Martensitisk transformation er, hvad der sker, når du hurtigt afkøler opvarmet metal. Mens martensitisk stål er hårdt, er det også meget skørt. Bearbejdning af metallet efter bratkøling hjælper med at genoprette en vis duktilitet til det og lindre interne spændinger.
· Ferrit: Ferrit er en blød, termodynamisk stabil mikrostruktur, der dannes før omdannelse til austenit. Det forekommer for det meste i stål med lavt kulstofindhold.
· Cementit: Cementit er en termodynamisk ustabil mikrostruktur, der indeholder jern og kulstof. Dens stive mikrostruktur resulterer i et meget hårdt, men skørt metal.
· Perlelit: Langsom afkøling resulterer i en perlitmikrostruktur, som er sammensat af vekslende lag af ferrit og cementit. Denne struktur er stærk og let med høj slidstyrke.
· Bainit: Bainit er en hård, skør mikrostruktur, der dannes, når en stålkomponent afkøles hurtigere end perlitens afkølingshastighed, men langsommere end martensit.
Type af quenching media
Bratkølingsprocessen kan udføres ved hjælp af en række bratkølingsmedier. Ethvert medie har sine egne særlige slukningsegenskaber. Bratkølingshastighed, bratkølingsmiljøproblemer, udskiftning af bratkølingsmedier og omkostninger til bratkølingsmedier er faktorer, der skal tages i betragtning, når man bestemmer typen af mediebrug. Her er de vigtigste typer af bratkølingsmedier:
Luft
Luft er et populært bratkølemiddel, der bruges til at køle metaller til bratkøling. Overkommelighed er en af de vigtigste fordele ved luft; dets overkommelighed er et resultat af dets overflod på jorden. Faktisk betragtes ethvert materiale, der opvarmes og derefter får lov til at køle af til stuetemperatur blot ved at lade det være alene, for at være luftkølet. Luftquenching udføres også mere bevidst, når den komprimeres og tvinges rundt om det metal, der bratkøles. Dette afkøler delen hurtigere end stillestående luft, selvom selv komprimeret luft stadig kan afkøle mange metaller for langsomt til at ændre de mekaniske egenskaber.
Vand
Vand er også i stand til at slukke opvarmede metaller hurtigt. Stål kan hurtigt afkøles ved at bratkøle det i vand, hvilket er fantastisk til at opnå den højest mulige hårdhed i nogle applikationer. På grund af intern spændingsopbygning kan dens afkølingshastighed dog også forårsage forvrængning og revner. Følgelig er yderligere metallurgiske procedurer nødvendige for at færdiggøre komponenten.
Vand, som mange gasser, er let at opnå og har ingen indvirkning på miljøet, hvilket gør det til et bæredygtigt bratkølemedium. Damplommer kan hæmme processen med at slukke med vand; hvis dette sker, skal smeden hvirvle komponenten i mediet for at forhindre våde luftlommer i at danne og indføre forurenende stoffer.
Olie
Olie er i stand til at slukke opvarmede metaller meget hurtigere end komprimeret luft. Et element, der er blevet opvarmet, falder ned i en oliefyldt tank for at blive bratkølet. Delen kan også skylles med olie. Fordi forskellige typer olie har forskellige kølehastigheder og flammepunkter, anvendes de ofte i forskellige applikationer.
saltlage
Saltlage eller saltvand er et fremragende bratkølingsmedium til hurtig afkøling. Det afkøles hurtigere end luft, vand og olie. Dette skyldes, at når blandingen af salt og vand kommer i kontakt med et varmt metal, forhindrer det dannelsen af luftkugler. Som et resultat vil væsken dække en større del af metallets overflade, end luftbobler vil.
Slukhærdende stål
Stål fortjener en særlig omtale, når bratkølingsprocessen diskuteres, fordi dets mekaniske egenskaber er meget følsomme over for bratkøling. Gennem en quenching-proces kendt som quench-hærdning hæves stål til en temperatur over dets omkrystallisationstemperatur og afkøles hurtigt via quenching-processen. Den hurtige bratkøling ændrer stålets krystalstruktur sammenlignet med en langsom afkøling. Afhængigt af kulstofindholdet og legeringselementerne i stålet, kan det efterlades med en hårdere, mere skør mikrostruktur, såsom martensit eller bainit, når det gennemgår hærdningsprocessen. Disse mikrostrukturer resulterer i øget styrke og hårdhed for stålet. Men de efterlader stålet sårbart over for revner og med en stor reduktion i duktilitet. Af denne grund udglødes eller normaliseres nogle stål efter hærdningsprocessen.
