Oluline etapp metallide termilisel töötlemisel on karastamine. See hõlmab metallist eseme kiiret jahutamist, et saavutada või muuta selliseid omadusi nagu kõvadus, tugevus või sitkus.

Kiire jahutamine vähendab metalli kokkupuuteaega kõrgete temperatuuridega ja kaitseb seda vigade eest. Lisaks sellele võib metall muutuda sõltuvalt rakendusmeetodist ja -vahenditest.

Õhk, õli, vesi ja soolvee on mõned tüüpilised kustutusained.

Õli kasutatakse laialdaselt kustutamiseks, sest see annab kiiresti soojust edasi ilma metalli oluliselt moonutamata. Kuigi veepõhised söövitavad kustutusained on kiiremad, võib nende jõud, millega nad töötavad, põhjustada mõnede materjalide purunemist või moonutamist.

Õli ja vee erinevus on peamine punkt, mida artiklis arutatakse.

Mis on kustutusprotsess?

Kustutamine on kiire jahutusprotsess, mille tulemuseks on materjalide kõvenemine. Kustutamise kiirus sõltub vastava materjali kvaliteediklassist, kasutusalast ja legeerivate komponentide koostisest. Lisaks mõjutavad seda ka mitmed kustutuskeskkonna omadused.

Teoreetiliselt kuumutatakse metalli või klaasi materjali enne kustutamist üle selle standardtemperatuuri. Pärast seda pannakse see kiirjahutusele, et soojus kohe eemaldada. See aitab muuta materjali kristallstruktuuri neid omadusi, mis kuumutamise käigus kaotatakse.

Et muuta metall või klaas kui ese kõvemaks ja jäigemaks, karastame neid sageli. Eseme karastamise temperatuur peaks alati olema üle selle rekristallisatsioonitemperatuuri, kuid alla selle sulamistemperatuuri.

Kustutusprotsessi etapid

Kaks inimest töötavad terase sulatusbasseini ümber

Tavaliselt on olemas kolm karastamise etappi, mis toimuvad siis, kui kuum tükk läheneb vedelale karastusvahendile. Need etapid määravad kindlaks karastusvahendi ja materjali omaduste muutumise. Need kolm etappi on järgmised:

• Vapor Stage
• Nukleaadi keemise etapp
• Konvektsiooni etapp

Nüüd vaatame neid põhjalikult läbi.

Vapor Stage

Aurustumisfaas tuleb mängu siis, kui komponendi kuum pind puutub esmakordselt kokku vedela kustutusainega. Selle tulemusel tekib elemendi ümber aurukilp. Aurufaasis toimub teatud määral juhtimine.

Selle etapi peamine soojuse ülekandmise meetod on siiski kiirgus läbi aurukatte. Moodustatud tekk on suhteliselt stabiilne.

Ainus võimalus selle eemaldamise kiirendamiseks on segamine või erinevate lisaainete lisamine. Lisaks sellele on soovitav teha see etapp võimalikult lühikeseks.

Põhjuseks on see, et see aitab oluliselt kaasa kustutamise käigus tekkivatele pehmetele aladele. Seetõttu võivad tekkida soovimatud mikrokoostisosad, kui neil lastakse jätkata.

Nukleaadi keemise etapp

See on teine etapp pärast aurufaasi. See algab siis, kui materjali pinnale lähemal olev vedelik hakkab keema ja aurufaas hakkab kokku kukkuma. See on antud komponendi jahutamise kiireim etapp.

Tänu soojuse ülekandmisele kuumutatud pinnalt ja sellele järgnevale absorbeerimisele vedeliku kustutusvahendisse on võimalik märkimisväärne soojuse väljavõtmise kiirus. See võimaldab jahutatud vedelikul võtta oma koha pinnal.

Mitmed kustutusained on sisaldanud lisandeid, mis suurendavad vedeliku maksimaalset jahutuskiirust. Keemine lõpeb, kui komponendi pinnatemperatuur langeb alla vedeliku keemistemperatuuri.

Nende komponentide puhul, mis on altid moonutustele, annavad head tulemused sellised keskkonnad nagu kõrgtemperatuurilised õlid ja soolad. Vastasel juhul võivad materjalid soovitud rakenduste käigus hapraks muutuda ja kiiresti kahjustuda.

Konvektiivne etapp

Konvektsioon on protsessi viimane etapp. See toimub siis, kui materjal saavutab temperatuuri, mis on madalam kui kustutusaine keemistemperatuur. Konvektsiooni etapp hõlmab soojusülekannet läbi lahtise vedeliku ja selle lähtepunktiks on juhtivus.

See on kõige aeglasem etapp, sest soojusülekanne võtab kaua aega, et jõuda kõigi molekulideni lahtiselt. Konvektsiooni kaudu toimuva soojusevakuatsiooni kontrollimine hõlmab mitmeid muutujaid, sealhulgas kustutusaine erisoojust ja soojusjuhtivust.

Konvektsiooniprotsessi võib mõjutada temperatuuri erinevus kustutusaine ja materjali vahel. Tavaliselt toimub enamik moonutusi selles punktis.

Eespool nimetatud kolm kustutamisetappi toimuvad järjestikku konkreetses kohas. Siiski, sõltuvalt detaili geomeetriast ja segamisest, algavad eri piirkondades erinevad faasid eri aegadel.

Kustutusprotsessi kolm faasi

Kustutusvahendid

Kustutamine toimub mis tahes keskkonna kaudu ja järgnevalt on loetletud 4 erinevat keskkonda. Igaühel neist on omadustest, kokkupuutuvatest elementidest, ajast, soojusülekande seadustest ja suhetest sõltuvalt omadustest ja puudustest plussid ja miinused.

1. Õhk: Regulaarse ümbritseva temperatuuri kasutamine kuumutatud materjali jahutamiseks
2. Soolalahus: Soola ja vee lahus on kõige kiirem jahutusvahend jahutamisel.
3. Õli: Usaldusväärne ja kiirem kustutusalternatiiv õhule.
4. Vesi: Kustutab vedelikke kiiremini kui õhk või õli.

Kuigi kirjanduses on eespool nimetatud keskkondade kohta palju teavet, uurime kahte peamist, õli ja vett.

Vee kustutamine

Veel on omadus jahutada materjali kiiremini kui õlil ja õhul. Seega on vee kaudu kustutamine kiire protsess.

• Soolvee jahutamise protseduur on jahutamisel oluliselt karmima reaktsiooniga kui mis tahes muu, sootuks vesi on kõige tõhusam meetod.
• Enne seda protsessi peab vesi olema toatemperatuuril või soovitud temperatuuril. Pärast seda, kui kuumutatud materjal pannakse jahutusvee sisse, muudab see oma faase vastavalt etappidele.
• Vee kustutamisel tulevad tulemused kiiremini. Teine eelis on see, et tegemist on kiire jahutusmeetodiga. Seetõttu on see nii rahaliselt kui ka ajaliselt kõige odavam. Kuid loomulikult kaasnevad kiire tulemusega ka olulised puudused.
• Selle kiire või kohese kiiruse puuduseks on jäigad, rabedad ja kergesti purunevad lõpptooted. Kustutatud materjali võib nimetada kas hea või halva kvaliteediga materjaliks.
• Terase karastamise puhul on vees jahutamine elujõuline võimalus. Põhjus on selles, et terasel on ainulaadne jahutusviis, mida saab saavutada vee abil. Karboniseeritud teras kuumeneb üle oma ümberkristalliseerumise temperatuuri.
• Terase kohese jahutamisega takistab veekustutamine terase sulamist selles etapis, kui see muidu sulaks, kui seda ei peatata. Seetõttu on veekustutamine terase jaoks sobivam kui teised keskkonnad.

Õli kustutamine

Üks populaarsemaid karastusmeetodeid metallide karastamise valdkonnas on õlikarastamine. Optimaalne meetod metallisulamite karastamiseks annab neile vajaliku kõvaduse ja jõu, ilma et need muutuksid protsessi käigus jäigaks ja hapraks.

Õlikustutusel on mitmeid eeliseid, kuid peamine neist on see, et see soojeneb aeglasemalt kui teised kustutusvahendid ja jahtub kauem, andes kuumutatud materjalile suurema stabiilsuse ja kõvenemise aja.

Lisaks tagab see, et karastatud materjal ei ole liiga rabe ja peab suurepäraselt vastu. Seetõttu on see eelistatud vee-, õhu- või soolveemeetodile, sest see vähendab võimalust, et karastatud metalli keha moonutub või praguneb.

Kustutamine on kiire jahutusprotsess

Erinevus vee ja õli kustutamise vahel

Vesi ja õli on kaks erinevat tüüpi keskkonda. Mõlemad on mõnes aspektis eristatavad ja käituvad kustutamisel erinevalt. Alljärgnevas tabelis on kokkuvõte kahe keskkonna erinevustest.

Vee kustutamine vs. õli kustutamine

Kokkuvõte

• Kiire jahutusprotseduur, mida nimetatakse karastamiseks, põhjustab materjalide kõvenemist. Terase kvaliteediklassid, kasutusalad ja legeerivate komponentide koostis mõjutavad karastamise kiirust.
• Aine jahtumise kiirus sõltub ka kustutusaine omadustest. Käesolevas artiklis on esile toodud õli- ja veekeskkond. Mõlemad on vastavalt erinevatele rakendustele ainulaadsed.
• Õli on hea kustutusaine, sest see annab kiiresti soojust edasi ilma metalli muutmata. Kuigi veepõhised söövitavad kustutusained on kiiremad, võib nende jõud, millega nad töötavad, mõnd materjali murda või moonutada.