Innan moderna metallbearbetningstekniker uppfanns använde smeder värme för att göra metall bearbetbar. När metallen väl hade formats till önskad form kyldes den uppvärmda metallen snabbt. Snabb kylning 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.
Effekter of Heat on Metal
Att utsätta metall för extrem värme gör att den expanderar och påverkar dess struktur , elektriskt motstånd och magnetism. Termisk expansion är ganska självförklarande. Metaller expanderar när de utsätts för specifika temperaturer, som varierar beroende på metall. Metallens faktiska struktur förändras också med värme. Kallas
Värme kan också påverka metallens elektriska motstånd . Ju varmare metallen blir, desto mer sprids elektronerna, vilket gör att metallen blir mer motståndskraftig mot en elektrisk ström. Metaller som värms upp till vissa temperaturer kan också förlora sin magnetism. Genom att höja temperaturen till mellan 626 grader Fahrenheit och 2 012 grader Fahrenheit, beroende på metall, kommer magnetismen att försvinna. Temperaturen vid vilken detta händer i en specifik metall kallas dess Curie-temperatur.
Värmebehandling
Värmebehandling är processen att värma och kyla metaller för att förändra deras mikrostruktur och för att få fram de fysiska och mekaniska egenskaperna som gör metaller mer önskvärd. Temperaturerna metaller värms upp till, och kylningshastigheten efter värmebehandling kan väsentligt förändra metallens egenskaper.
De vanligaste anledningarna till att metaller genomgår värmebehandling är att förbättra deras hållfasthet, hårdhet, seghet, duktilitet och korrosionsbeständighet. Vanliga tekniker för värmebehandling inkluderar följande:
- Glödgning är en form av värme behandling som för en metall närmare dess jämviktstillstånd. Det mjukar upp metall, vilket gör den mer användbar och ger större formbarhet. I denna process värms metallen över dess övre kritiska temperatur för att ändra dess mikrostruktur. Efteråt kyls metallen långsamt. Mindre än glödgning, härdning är en värmebehandlingsmetod som snabbt återställer metall till rumstemperatur efter att den har värmts över sin övre kritiska temperatur. Härdningsprocessen stoppar kylningsprocessen från att förändra metallens mikrostruktur. Härdning, som kan göras med vatten, olja och andra medier, härdar stål vid samma temperatur som full glödgning gör.
- Nederbördshärdning är också känd somåldershärdning. Det skapar enhetlighet i en metalls kornstruktur, vilket gör materialet starkare. Processen innebär att en lösningsbehandling värms upp till höga temperaturer efter en snabb nedkylningsprocess. Nederbördshärdning utförs vanligtvis i en inert atmosfär vid temperaturer från 900 grader Fahrenheit till 1 150 grader Fahrenheit. Det kan ta allt från en timme till fyra timmar att genomföra processen. Tidslängden beror vanligtvis på metallens tjocklek och liknande faktorer.
- Används vanligen vid ståltillverkning idag, härdning är en värmebehandling som används för att förbättra hårdhet och seghet i stål samt för att minska sprödhet. Processen skapar en mer formbar 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 kylts, gjutits, normaliserats och så vidare. Stress lindras genom att värma metall till en temperatur som är lägre än den som krävs för omvandling. Efter denna process kyls metallen långsamt ned.
- Normalisering
är en form av värmebehandling som eliminerar föroreningar och förbättrar styrka och hårdhet genom att ändra kornstorleken så att den blir mer enhetlig i metallen. Detta uppnås genom att kyla metallen med luft efter att den har värmts upp till en exakt temperatur.
- När en metalldel är kryogent behandlat, kyls långsamt med flytande kväve. Den långsamma nedkylningsprocessen hjälper till att förhindra termisk stress hos metallen. Därefter hålls metalldelen vid en temperatur på ungefär minus 190 grader Celsius i ungefär ett dygn. När den senare värmehärdas genomgår metalldelen en temperaturhöjning upp till cirka 149 grader Celsius. Detta hjälper till att minska mängden sprödhet som kan orsakas när martensit bildas under kryogen behandling.
