A fémek hőkezelésének egyik lényeges fázisa az oltás, amely a fémtárgy gyors lehűtését jelenti, hogy olyan tulajdonságokat érjen el vagy változtasson meg, mint a keménység, szilárdság vagy szívósság.

A gyors hűtés csökkenti a fém magas hőmérsékletnek való kitettségének idejét, és megóvja a hibáktól. Ezenkívül a fém az alkalmazási módszertől és a közegtől függően változásokat szenvedhet.

A levegő, az olaj, a víz és a sóoldat néhány tipikus oltóanyag.

Az olajat széles körben használják az oltáshoz, mert gyorsan átadja a hőt anélkül, hogy jelentősen eltorzítaná a fémet. Bár a vízalapú maró oltóanyagok gyorsabbak, az erő, amellyel dolgoznak, egyes anyagok törését vagy torzulását okozhatja.

Az olaj és a víz közötti különbség a cikk fő témája.

Mi az az oltási folyamat?

Az oltás egy gyors hűtési folyamat, amely az anyagok keményedését eredményezi. Az oltási sebesség az adott anyag minőségétől, az alkalmazástól és az ötvöző komponensek összetételétől függ. Ezenkívül az oltóközeg számos tulajdonsága is befolyásolja azt.

Elméletileg az oltás előtt egy fém- vagy üveganyagot a szokásos hőmérsékleténél magasabbra melegítenek. Ezt követően gyors lehűtésbe helyezik, hogy a hő azonnal távozzon. Segítségével módosítják az anyag kristályszerkezetében azokat a tulajdonságokat, amelyek a melegítés során elvesznek.

Ahhoz, hogy a fémet vagy az üveget mint tárgyat keményebbé és merevebbé tegyük, gyakran oltjuk őket. Egy tárgy olvasztási hőmérsékletének mindig az átkristályosodási hőmérséklet felett, de az olvadási hőmérséklet alatt kell lennie.

Az oltási folyamat szakaszai

Két ember dolgozik az acélolvasztó medence körül

Az oltásnak általában három szakasza van, amelyek akkor következnek be, amikor a forró darab közelebb kerül a folyékony oltóanyaghoz. Ezek a szakaszok határozzák meg az oltóanyag és az anyag jellemzőinek változását. A három lépés a következő:

• Vapor Stage
• Nukleát forráspontja
• Konvekciós szakasz

Most pedig nézzük át őket alaposan.

Vapor Stage

A gőzölési szakasz akkor lép életbe, amikor az alkatrész forró felülete először érintkezik a folyékony oltóanyaggal. Ez gőzpajzs kialakulását eredményezi az elem körül. A gőzfázisban bizonyos mértékig vezetés történik.

Ennek a szakasznak az elsődleges hőszállítási módja azonban a gőztakarón keresztül történő sugárzás. A kialakult takaró viszonylag stabil.

Az eltávolítását csak keveréssel vagy különböző adalékanyagok hozzáadásával lehet felgyorsítani. Ezenfelül ezt a szakaszt lehetőleg minél rövidebbre kell venni.

Ennek oka, hogy jelentősen hozzájárul az oltás során kialakuló lágy területekhez. Ezért nemkívánatos mikroösszetevők alakulhatnak ki, ha hagyjuk, hogy tovább folytatódjanak.

Nukleát forráspontja

Ez a második szakasz a gőzfázis után. Akkor kezdődik, amikor az anyagfelszínhez közelebbi folyadék forrni kezd, és a gőzfázis kezd összeomlani. Ez a leggyorsabb szakasza az adott alkatrész hűtésének.

A felmelegített felületről történő hőátadás és az azt követő elnyelés a folyékony oltóanyagba történő elnyelés miatt jelentős hőelvonási arányok lehetségesek. Ez lehetővé teszi a hűtött folyadék helyének elfoglalását a felületen.

Számos oltóanyag tartalmaz olyan adalékanyagokat, amelyek növelik a folyadék maximális hűtési sebességét. A forrás akkor ér véget, amikor az alkatrész felületi hőmérséklete a folyadék forráspontja alá csökken.

A torzulásra hajlamos alkatrészek esetében az olyan közegek, mint a magas hőmérsékletű olajok és sók jó eredményeket nyújtanak. Ellenkező esetben az anyagok törékennyé válhatnak és gyorsan károsodhatnak a kívánt alkalmazások során.

Konvektív szakasz

A konvekció a folyamat utolsó szakasza. Ez akkor következik be, amikor az anyag eléri az oltóanyag forráspontjánál alacsonyabb hőmérsékletet. A konvekciós szakasz az ömlesztett folyadékon keresztül történő hőátadást foglalja magában, és kiindulópontja a vezetés.

Ez a leglassúbb szakasz, mivel a hőátadásnak hosszú időbe telik, amíg az ömlesztett anyagban lévő összes molekulát eléri. A konvekció révén történő hőelvezetés szabályozása számos változót foglal magában, többek között az oltóanyag fajhőjét és hővezető képességét.

Az árnyékoló és az anyag közötti hőmérsékletkülönbség befolyásolhatja a konvekciós folyamatot. Általában a legtöbb torzulás ezen a ponton történik.

A fenti három oltási lépés sorrendben zajlik egy adott helyen. Mindazonáltal az alkatrész geometriájától és a keveréstől függően a különböző területek különböző időpontokban kezdik el a különböző fázisokat.

Az oltási folyamat három fázisa

Árnyékoló közegek

Az oltás bármilyen közegen keresztül történik, és az alábbiakban 4 különböző közeget sorolunk fel. Mindegyiknek vannak előnyei és hátrányai, a tulajdonságaitól, az érintkező elemektől, az időtől, a hőátadási törvényektől és a kapcsolatoktól függően.

1. Levegő: Szabályos környezeti hőmérséklet használata a felmelegített anyag hűtésére
2. Sós víz: A só és víz oldata a leggyorsabb hűtőközeg a hűtés során.
3. Olaj: Megbízható és gyorsabb oltási alternatíva a levegő helyett.
4. Víz: A levegőnél vagy az olajnál gyorsabban oltja a folyadékokat.

Bár a szakirodalomban rengeteg információ található a fenti közegekről, vizsgáljuk meg a két legfontosabbat, az olajat és a vizet.

Vízzel való oltás

A víznek megvan az a tulajdonsága, hogy gyorsabban lehűti az anyagot, mint az olaj és a levegő. Így a vízzel történő oltás gyors ütemű folyamat.

• A sóoldatos hűtési eljárás a hűtés során lényegesen durvább reakciót vált ki, mint bármely más eljárás, a vízzel való lemosás a leghatékonyabb módszer.
• A folyamat előtt a víznek szobahőmérsékletűnek vagy a kívánt hőmérsékletűnek kell lennie. Ezt követően, amikor a felmelegített anyagot a hűtővízbe helyezik, az a szakaszoknak megfelelően megváltoztatja fázisait.
• A vízzel történő oltásnál gyorsabban jönnek az eredmények. További előnye, hogy ez egy gyors hűtési módszer. Ezért pénz és idő szempontjából is ez a legkevésbé költséges. A gyors eredménynek azonban természetesen jelentős hátrányai is vannak.
• Ennek a gyors vagy azonnali sebességnek a hátránya a merev, törékeny és könnyen törhető végtermékek. Az oltott anyagot vagy jó minőségűnek, vagy rossz minőségűnek lehet címkézni.
• A vízzel történő árnyékolás az acél keményítése esetén járható út. Ennek oka, hogy az acélnak van egy egyedi hűtési módja, amely a vízzel érhető el. A szenesedett acél az újrakristályosodási hőmérséklete fölé melegszik.
• Az acél azonnali lehűtésével a vízzel történő olvasztás megakadályozza, hogy az acél ebben a szakaszban megolvadjon, amikor egyébként megolvadna, ha nem állítják le. Ezért a vízzel történő olvasztás alkalmasabb az acélra, mint a többi közeg.

Olajjal való oltás

A fémek árnyékolásának egyik legnépszerűbb technikája az olajos árnyékolás. A fémötvözetek edzésének optimális módszere biztosítja számukra a szükséges keménységet és erőt anélkül, hogy a folyamat során merevvé és törékennyé válnának.

Az olajos oltásnak számos előnye van, de a legfontosabb, hogy lassabban melegszik fel, mint más oltóközegek, és hosszabb ideig hűl, így a felmelegített anyag nagyobb stabilitást és keményedési időt kap.

Ezenkívül ez garantálja, hogy a kioltott anyag nem lesz túlságosan törékeny, és tökéletesen tartja magát. Ezért előnyösebb, mint a vízzel, levegővel vagy sós lével végzett módszerek, mert csökkenti annak lehetőségét, hogy a kioltott fém teste eltorzuljon vagy megrepedjen.

Az áramtalanítás gyors hűtési folyamat

Különbség a vízzel és olajjal történő oltás között

A víz és az olaj két különböző típusú közeg. Mindkettő bizonyos szempontból megkülönböztethető, és eltérő módon viselkedik az oltás során. Az alábbi táblázat összefoglalja a két közeg közötti eltérések áttekintését.

Vízzel történő oltás vs. olajjal történő oltás

Következtetés

• A gyors hűtési eljárás, az úgynevezett kioltás hatására az anyagok megkeményednek. Az acél minősége, felhasználása és az ötvöző komponensek összetétele mind befolyásolják a kioltási sebességet.
• Az anyag lehűlési sebessége az oltóanyag jellemzőitől is függ. Ez a cikk az olajos és a vizes közegeket emelte ki. Mindkettő egyedi a különböző alkalmazásoknak megfelelően.
• Az olaj azért jó az oltáshoz, mert gyorsan továbbítja a hőt anélkül, hogy megváltoztatná a fémet. Bár a vízalapú maró oltóanyagok gyorsabbak, az erő, amellyel működnek, egyes anyagok törését vagy torzítását eredményezhetik.