Съществена фаза в термичната обработка на металите е закаляването. То включва бързо охлаждане на метален обект, за да се получат или променят качества като твърдост, здравина или издръжливост.

Бързото охлаждане намалява времето за излагане на метала на високи температури и го предпазва от дефекти. Освен това металът може да претърпи промени в зависимост от метода на нанасяне и средата.

Въздухът, маслото, водата и соленият разтвор са няколко типични охлаждащи агенти.

Маслото е широко използвано за закаляване, тъй като бързо предава топлината, без да деформира значително метала. Въпреки че каустичните закалители на водна основа са по-бързи, силата, с която действат, може да доведе до натрошаване или деформация на някои материали.

Разликата между маслото и водата е основният въпрос, който ще бъде разгледан в статията.

Какво представлява процесът на охлаждане?

Закаляването е процес на бързо охлаждане, който води до втвърдяване на материалите. Скоростта на закаляване зависи от класа на съответния материал, приложението и състава на легиращите компоненти. Освен това върху нея влияят и няколко свойства на закаляващата среда.

Теоретично, преди да се закали, един метален или стъклен материал се подлага на нагряване над стандартната му температура. След това се подлага на бързо охлаждане, за да се отстрани незабавно топлината. Това помага да се променят онези свойства в кристалната структура на материала, които се губят по време на нагряването.

За да направим метала или стъклото по-твърди и по-твърди като предмет, често ги закаляваме. Температурата на закаляване на предмета винаги трябва да е по-висока от температурата на рекристализация, но по-ниска от температурата на топене.

Етапи на процеса на охлаждане

Двама души работят около басейна за топене на стомана

Обикновено има три етапа на закаляване, които настъпват, когато горещото парче се доближи до течния закаляващ агент. Тези етапи определят промяната в характеристиките на закаляващия агент и материала. Трите етапа са

• Етап на изпаряване
• Етап на кипене на нуклеата
• Етап на конвекция

Сега нека ги разгледаме в дълбочина.

Етап на изпаряване

Етапът на изпаряване настъпва, когато горещата повърхност на компонента влиза в първоначален контакт с течния гасител. Това води до образуване на парна защита около елемента. По време на фазата на изпаряване се осъществява до известна степен проводимост.

Въпреки това основният метод за пренос на топлина на този етап е излъчването през парното одеяло. Образуваното одеяло е относително стабилно.

Единственият начин да се ускори отстраняването му е чрез разбъркване или добавяне на различни добавки. Освен това е за предпочитане този етап да бъде възможно най-кратък.

Причината за това е, че той допринася значително за меките зони, които се развиват по време на закаляването. Следователно, ако се позволи да продължат, могат да се развият нежелани микросъставки.

Етап на кипене на нуклеата

Това е вторият етап след фазата на изпаряване. Започва, когато флуидът, намиращ се по-близо до повърхността на материала, започне да кипи, а фазата на изпаряване започва да се разрушава. Това е най-бързият етап на охлаждане на даден компонент.

Благодарение на предаването на топлина от нагрятата повърхност и последващата абсорбция в течния кантар е възможно да се постигне значителна скорост на извличане на топлина. Това позволява на охладената течност да заеме мястото си на повърхността.

Няколко гасителя включват добавки за повишаване на максималните скорости на охлаждане на течността. Кипенето приключва, когато температурата на повърхността на компонента падне под точката на кипене на течността.

За тези компоненти, които са склонни към изкривяване, среди като високотемпературни масла и соли осигуряват добри резултати. В противен случай материалите могат да станат крехки и бързо да се повредят по време на желаните приложения.

Конвективна фаза

Конвекцията е последният етап от процеса. Тя се осъществява, когато материалът достигне температура, по-ниска от точката на кипене на закаляващия агент. Етапът на конвекция включва пренос на топлина през насипния флуид, а началната му точка е проводимостта.

Това е най-бавният етап, тъй като преносът на топлина отнема много време, за да достигне до всички молекули в обема. Контролирането на евакуацията на топлина чрез конвекция включва много променливи, включително специфичната топлина на кантара и неговата топлопроводимост.

Температурната разлика между закаляващия материал и материала може да повлияе на процеса на конвекция. Обикновено по-голямата част от деформациите се случват в този момент.

Горните три етапа на закаляване се извършват последователно на определено място. Независимо от това, в зависимост от геометрията на детайла и разбъркването, в различните области различните фази започват по различно време.

Трите фази на процеса на охлаждане

Средства за гасене

Охлаждането се извършва чрез всяка среда, а по-долу е представен списък на 4 различни среди. Всяка от тях има плюсове и минуси в зависимост от свойствата си, контактуващите елементи, времето, законите за пренос на топлина и отношенията.

1. Въздух: Използване на нормална температура на околната среда за охлаждане на нагрятия материал
2. Разсол: Разтворът на сол и вода е най-бързото охлаждащо средство при охлаждане.
3. Масло: Надеждна и по-бърза алтернатива на въздушното охлаждане.
4. Вода: По-бързо от въздуха или маслото при гасене на течности.

Въпреки че в литературата има обширна информация за горепосочените среди, нека разгледаме двете основни - масло и вода.

Водно охлаждане

Водата има свойството да охлажда материала по-бързо от маслото и въздуха. Така че охлаждането с вода е бърз процес.

• Процедурата за охлаждане със солен разтвор има значително по-тежка реакция при охлаждане от всяка друга, като най-ефективният метод е използването на вода.
• Преди този процес водата трябва да е със стайна или желаната температура. След това, когато нагретият материал се постави в охлаждаща вода, той променя фазите си в зависимост от етапите.
• Резултатите идват по-бързо при водното закаляване. Друго предимство е, че това е метод за бързо охлаждане. Следователно той е най-евтиният от гледна точка на пари и време. Разбира се обаче, бързият резултат идва и със значителни недостатъци.
• Недостатъкът на тази бърза или незабавна скорост е, че крайните продукти са твърди, крехки и лесно чупливи. Каленият материал може да бъде определен като материал с добро или лошо качество.
• Водното закаляване е жизнеспособна възможност в случай на закаляване на стомана. Причината е, че стоманата има уникален начин на охлаждане, който може да се постигне чрез вода. Карбонизираната стомана се нагрява над температурата си на рекристализация.
• Чрез незабавното охлаждане на стоманата, водното закаляване предотвратява разтопяването на стоманата на този етап, когато в противен случай тя би се разтопила, ако не бъде спряна. Поради това водното закаляване е по-подходящо за стоманата, отколкото другите среди.

Гасене на масло

Една от най-популярните техники за закаляване в сектора на закаляването на метали е закаляването в масло. Оптималният метод за закаляване на метални сплави им придава необходимата твърдост и мощност, без да предизвиква сковаване и чупливост по време на процеса.

Използването на маслено закаляване има няколко предимства, но основното е, че то се загрява по-бавно от другите среди за закаляване и се охлажда по-продължително, което осигурява на нагрятия материал по-голяма стабилност и време за втвърдяване.

Освен това това гарантира, че закаленият материал няма да бъде прекалено крехък и ще се държи отлично. Ето защо той е за предпочитане пред методите с вода, въздух или солен разтвор, защото намалява възможността тялото на закаления метал да се изкриви или напука.

закаляването е процес на бързо охлаждане

Разлика между охлаждане с вода и масло

Водата и маслото са два различни вида среди. И двете се различават в някои аспекти и се държат по различен начин при гасене. В таблицата по-долу е обобщен преглед на различията между двете среди.

Гасене с вода срещу гасене с масло

Заключение

• Бързото охлаждане, наречено закаляване, води до втвърдяване на материалите. Класовете, приложенията и съставът на легиращите компоненти на стоманата влияят върху скоростта на закаляване.
• Скоростта, с която се охлажда дадено вещество, зависи и от характеристиките на закаляващия агент. В тази статия е обърнато внимание на маслените и водните среди. И двете са уникални според различните приложения.
• Маслото е подходящо за закаляване, защото бързо предава топлината, без да променя метала. Въпреки че каустичните закалители на водна основа са по-бързи, силата, с която действат, има потенциал да счупи или деформира някои материали.