Istotnym etapem obróbki cieplnej metali jest hartowanie. Polega ono na szybkim schłodzeniu przedmiotu metalowego w celu uzyskania lub zmiany takich cech jak twardość, wytrzymałość czy ciągliwość.

Szybkie chłodzenie skraca czas ekspozycji metalu na wysokie temperatury i chroni go przed wadami. Ponadto metal może ulec zmianom w zależności od metody aplikacji i mediów.

Powietrze, olej, woda i solanka to kilka typowych czynników hartujących.

Olej jest powszechnie stosowany do hartowania, ponieważ szybko przekazuje ciepło bez znacznego zniekształcania metalu. Nawet jeśli żrące środki hartownicze na bazie wody są szybsze, siła, z jaką działają, może spowodować, że niektóre materiały się roztrzaskają lub zniekształcą.

Różnica między olejem a wodą jest głównym punktem, który zostanie omówiony w artykule.

Co to jest proces hartowania?

Hartowanie jest procesem gwałtownego chłodzenia, w wyniku którego następuje utwardzenie materiałów. Szybkość hartowania zależy od gatunku materiału, zastosowania i składu składników stopowych. Dodatkowo wpływa na nią kilka właściwości medium hartowniczego.

Teoretycznie, przed hartowaniem, materiał metalowy lub szklany jest podgrzewany powyżej swojej standardowej temperatury, a następnie poddawany szybkiemu chłodzeniu w celu natychmiastowego usunięcia ciepła. Pozwala to na modyfikację tych właściwości w strukturze krystalicznej materiału, które są tracone podczas ogrzewania.

Aby metal lub szkło stały się twardsze i sztywniejsze jako przedmiot, często je hartujemy. Temperatura hartowania przedmiotu powinna być zawsze wyższa od jego temperatury rekrystalizacji, ale niższa od temperatury topnienia.

Etapy procesu hartowania

Dwóch ludzi pracujących wokół basenu do topienia stali

Zazwyczaj wyróżnia się trzy etapy hartowania, które występują, gdy gorący element zbliża się do ciekłego środka hartowniczego.Etapy te określają zmianę właściwości środka hartowniczego i materiału.Te trzy etapy to:

• Scena parowa
• Etap wrzenia nukleatu
• Stopień konwekcyjny

Teraz dokonajmy ich szczegółowego przeglądu.

Scena parowa

Etap parowania ma miejsce, gdy gorąca powierzchnia elementu wchodzi w pierwszy kontakt z ciekłym środkiem hartowniczym. W wyniku tego wokół elementu tworzy się parowa osłona. Przewodzenie zachodzi w pewnym stopniu podczas fazy parowania.

Jednak w tym etapie podstawowym sposobem transportu ciepła jest promieniowanie przez koc parowy. Utworzony koc jest stosunkowo stabilny.

Jedynym sposobem na przyspieszenie jego usunięcia jest mieszanie lub dodanie różnych dodatków. Ponadto, wskazane jest, aby etap ten był jak najkrótszy

Powodem jest to, że przyczynia się on w znacznym stopniu do powstawania miękkich obszarów, które powstają podczas hartowania. W związku z tym, jeśli pozwoli się na ich kontynuację, mogą powstać niepożądane mikroskładniki.

Etap wrzenia nukleatu

Jest to drugi etap po fazie parowej. Rozpoczyna się, gdy płyn bliżej powierzchni materiału zaczyna wrzeć, a faza parowa zaczyna się zapadać. Jest to najszybszy etap chłodzenia danego elementu.

Dzięki przekazywaniu ciepła z nagrzanej powierzchni i późniejszemu wchłanianiu go do ciekłego chłodziwa możliwe są znaczne współczynniki odbioru ciepła. Pozwala to na zajęcie miejsca na powierzchni przez schłodzoną ciecz.

Wiele środków hartowniczych zawiera dodatki zwiększające maksymalny współczynnik chłodzenia płynu. Wrzenie kończy się, gdy temperatura powierzchni elementu spadnie poniżej temperatury wrzenia cieczy.

W przypadku elementów podatnych na odkształcenia dobre rezultaty zapewniają media takie jak oleje i sole wysokotemperaturowe. W przeciwnym razie materiały mogą stać się kruche i szybko ulec uszkodzeniu podczas pożądanych zastosowań.

Etap konwekcyjny

Konwekcja jest ostatnim etapem procesu, zachodzi wtedy, gdy materiał osiągnie temperaturę niższą od temperatury wrzenia quenchantu. Etap konwekcji polega na przekazywaniu ciepła przez płyn sypki, a jego punktem wyjścia jest przewodzenie.

Jest to najwolniejszy etap, ponieważ dotarcie ciepła do wszystkich cząsteczek w masie zajmuje dużo czasu. Kontrola odprowadzania ciepła przez konwekcję obejmuje wiele zmiennych, w tym ciepło właściwe chłodziwa i jego przewodność cieplną.

Różnica temperatur pomiędzy chłodziwem a materiałem może wpływać na proces konwekcji. Zazwyczaj w tym momencie następuje większość odkształceń.

Powyższe trzy etapy hartowania odbywają się w kolejności w danym miejscu. Niemniej jednak, w zależności od geometrii części i mieszania, różne obszary będą rozpoczynać poszczególne fazy w różnym czasie.

Trzy fazy procesu hartowania

Środki hartujące

Hartowanie odbywa się poprzez dowolne medium, a poniżej znajduje się lista 4 różnych mediów. Każde z nich ma plusy i minusy, w zależności od jego właściwości, elementów kontaktowych, czasu, praw wymiany ciepła i relacji.

1. Powietrze: Wykorzystanie zwykłej temperatury otoczenia do chłodzenia ogrzewanego materiału
2. Solanka: Roztwór soli i wody jest najszybszym środkiem chłodzącym podczas hartowania.
3. Olej: Niezawodna i szybsza alternatywa hartowania dla powietrza.
4. Woda: Szybciej niż powietrze lub olej w gaszeniu cieczy.

Mimo że w literaturze można znaleźć wiele informacji na temat powyższych mediów, zbadajmy dwa główne - olej i wodę.

Hartowanie wodą

Woda ma tę właściwość, że chłodzi materiał szybciej niż olej i powietrze. Tak więc hartowanie przez wodę jest procesem szybkim.

• Procedura hartowania w solance ma znacznie ostrzejszą reakcję podczas chłodzenia niż jakakolwiek inna, sousing water jest najbardziej efektywną metodą.
• Przed tym procesem woda musi mieć temperaturę pokojową lub żądaną. Następnie, gdy podgrzany materiał jest włożony do wody chłodzącej, zmienia swoje fazy zgodnie z etapami.
• Wyniki przychodzą szybciej w hartowaniu wodą.Kolejną zaletą jest to, że jest to metoda szybkiego chłodzenia.Dlatego jest najmniej kosztowne zarówno pod względem pieniędzy i czasu.Jednak, oczywiście, szybki wynik pochodzi z istotnych wad też.
• Wadą sztywne, kruche i łatwo łamliwe produkty końcowe pochodzą z tej szybkiej lub natychmiastowej prędkości. Materiał hartowany może być oznaczony jako mający jakość dźwięku lub złej jakości.
• Hartowanie wodą jest opłacalną opcją w przypadku hartowania stali. Powodem jest to, że stal ma unikalny sposób chłodzenia, który można osiągnąć za pomocą wody. Zwęglona stal nagrzewa się powyżej swojej temperatury rekrystalizacji.
• Poprzez natychmiastowe schłodzenie stali, hartowanie wodne zapobiega topnieniu stali na tym etapie, na którym w przeciwnym razie stopiłaby się, gdyby nie została zatrzymana. Dlatego też hartowanie wodne jest bardziej odpowiednie dla stali niż inne nośniki.

Hartowanie olejem

Jedną z najpopularniejszych technik hartowania w branży hartowania metali jest hartowanie w oleju. Optymalna metoda hartowania stopów metali nadaje im niezbędną twardość i moc, nie powodując jednocześnie, że w trakcie procesu stają się sztywne i kruche.

Hartowanie w oleju ma kilka zalet, ale główną jest to, że rozgrzewa się wolniej niż inne środki hartownicze i chłodzi przez dłuższy czas, co daje ogrzewanemu materiałowi większą stabilność i czas hartowania.

Dodatkowo gwarantuje to, że hartowany materiał nie będzie zbyt kruchy i będzie się doskonale trzymał. Dlatego jest to metoda preferowana nad metodami wodnymi, powietrznymi czy solankowymi, ponieważ obniża możliwość zniekształcenia lub pęknięcia ciała hartowanego metalu.

Hartowanie to proces szybkiego chłodzenia

Różnica między hartowaniem wodą a olejem

Woda i olej to dwa różne rodzaje mediów. Oba różnią się pod pewnymi względami i zachowują się inaczej podczas hartowania. Poniższa tabela podsumowuje przegląd różnic pomiędzy tymi dwoma mediami.

Gaszenie wodą a gaszenie olejem

Wniosek

• Szybka procedura chłodzenia, zwana hartowaniem, powoduje utwardzenie materiału. Gatunki, zastosowania i skład składników stopowych stali mają wpływ na szybkość hartowania.
• Szybkość chłodzenia substancji zależy również od właściwości czynnika chłodzącego. W tym artykule zwrócono uwagę na media olejowe i wodne. Oba są unikalne w zależności od różnych zastosowań.
• Olej jest dobry do gaszenia, ponieważ szybko przekazuje ciepło bez zmiany metalu. Chociaż żrące środki gaszące na bazie wody są szybsze, siła, z jaką działają, może spowodować złamanie lub zniekształcenie niektórych materiałów.