O fază esențială în tratamentul termic al metalelor este călirea, care presupune răcirea rapidă a unui obiect metalic pentru a obține sau modifica calități precum duritatea, rezistența sau tenacitatea.

Răcirea rapidă reduce timpul de expunere a metalului la temperaturi ridicate și îl protejează de defecte. În plus, metalul poate suferi modificări în funcție de metoda de aplicare și de mediul de lucru.

Aerul, uleiul, apa și saramura sunt câțiva dintre agenții tipici de stingere.

Uleiul este utilizat pe scară largă pentru stingere deoarece transferă rapid căldura fără a distorsiona semnificativ metalul. Chiar dacă substanțele de stingere caustice pe bază de apă sunt mai rapide, forța cu care acționează poate provoca spargerea sau deformarea unor materiale.

Diferența dintre ulei și apă este principalul punct care va fi discutat în articol.

Ce este procesul de stingere?

Călirea este un proces de răcire rapidă care are ca rezultat întărirea materialelor. Rata de călire depinde de calitatea materialului respectiv, de aplicație și de compoziția componentelor de aliere. În plus, mai multe proprietăți ale mediului de călire influențează și ele.

Teoretic, înainte de călire, un material metalic sau din sticlă este supus unei încălziri peste temperatura standard. După aceea, este supus unei răciri rapide pentru a elimina imediat căldura. Aceasta ajută la modificarea acelor proprietăți din structura cristalină a unui material care se pierd în timpul încălzirii.

Pentru ca metalul sau sticla să devină mai dure și mai rigide ca obiect, le stingem adesea. Temperatura de stingere a unui obiect trebuie să fie întotdeauna peste temperatura de recristalizare a acestuia, dar sub temperatura de topire.

Etapele procesului de stingere

Două persoane care lucrează în jurul bazinului de topire a oțelului

Există de obicei trei etape de călire care au loc atunci când o piesă fierbinte se apropie de lichidul de călire. Aceste etape definesc schimbarea caracteristicilor lichidului de călire și ale materialului. Cele trei etape sunt:

• Etapa de vapori
• Etapa de fierbere a nucleului
• Etapa de convecție

Acum, să le analizăm în profunzime.

Etapa de vapori

Etapa de vaporizare intervine atunci când suprafața fierbinte a componentei intră în contact inițial cu lichidul de stingere. Aceasta are ca rezultat formarea unui scut de vapori în jurul elementului. Conducția are loc într-o anumită măsură în timpul fazei de vapori.

Cu toate acestea, principala metodă de transport al căldurii în această etapă este radiația prin pătura de vapori. Pătura formată este relativ stabilă.

Singura modalitate de a grăbi îndepărtarea acestuia este prin agitare sau prin adăugarea de diferiți aditivi. În plus, este de preferat ca această etapă să fie cât mai scurtă.

Motivul este că acesta contribuie în mod semnificativ la zonele moi care se dezvoltă în timpul călirii. Prin urmare, se pot dezvolta microconstituente nedorite dacă se permite continuarea lor.

Etapa de fierbere a nucleului

Este a doua etapă după faza de vapori. Începe atunci când lichidul mai apropiat de suprafața materialului începe să fiarbă, iar etapa de vapori începe să se prăbușească. Este cea mai rapidă etapă de răcire a componentei date.

Datorită transmiterii căldurii de la suprafața încălzită și absorbției ulterioare în lichidul de stingere, sunt posibile rate substanțiale de extracție a căldurii. Aceasta permite lichidului răcit să ia locul la suprafață.

Mai mulți agenți de stingere au inclus aditivi pentru a crește ratele maxime de răcire a unui fluid. Fierberea se termină ori de câte ori temperatura de suprafață a componentei scade sub punctul de fierbere al lichidului.

Pentru acele componente predispuse la deformare, mediile precum uleiurile și sărurile la temperaturi înalte oferă rezultate bune. În caz contrar, materialele ar putea deveni fragile și se pot deteriora rapid în timpul aplicațiilor dorite.

Stadiul convectiv

Convecția este etapa finală a procesului și are loc atunci când materialul atinge o temperatură mai mică decât punctul de fierbere al agentului de răcire. Etapa de convecție implică transferul de căldură prin fluidul în vrac, iar punctul său de plecare este conducția.

Este cea mai lentă etapă, deoarece transferul de căldură are nevoie de mult timp pentru a ajunge la toate moleculele din interiorul masei. Controlul evacuării căldurii prin convecție implică multe variabile, inclusiv căldura specifică a agentului de călire și conductivitatea termică a acestuia.

Diferența de temperatură dintre agent de călire și material poate afecta procesul de convecție. De obicei, cea mai mare parte a deformării are loc în acest punct.

Cele trei etape de călire de mai sus au loc în ordine într-un anumit loc. Cu toate acestea, în funcție de geometria piesei și de agitație, diferite zone vor începe diferitele faze în momente diferite.

Cele trei faze ale procesului de stingere

Mediile de stingere

Călirea are loc prin orice mediu, iar în cele ce urmează este o listă de 4 medii diferite. Fiecare are avantaje și dezavantaje, în funcție de proprietățile sale, de elementele de contact, de timp, de legile transferului de căldură și de relații.

1. Aer: Utilizarea unei temperaturi ambiante obișnuite pentru a răci materialul încălzit
2. Saramură: O soluție de sare și apă este cel mai rapid mediu de răcire în cazul stingerii.
3. Ulei: O alternativă fiabilă și mai rapidă de stingere la aer.
4. Apă: Mai rapid decât aerul sau uleiul la stingerea lichidelor.

Chiar dacă literatura de specialitate conține numeroase informații despre mediile de mai sus, haideți să le explorăm pe cele două majore, uleiul și apa.

Stingerea apei

Apa are proprietatea de a răci materialul mai repede decât uleiul și aerul. Așadar, călirea prin apă este un proces rapid.

• Procedeul de stingere cu saramură are o reacție mult mai dură la răcire decât oricare altul, iar apa de stingere este cea mai eficientă metodă.
• Înainte de acest proces, apa trebuie să fie la temperatura camerei sau la temperatura dorită. După aceea, când materialul încălzit este introdus în apa de răcire, acesta își schimbă fazele în funcție de etape.
• Rezultatele vin mai repede în cazul stingerii cu apă. Un alt avantaj este că este o metodă de răcire rapidă. Prin urmare, este cea mai puțin costisitoare atât în termeni de bani, cât și de timp. Cu toate acestea, desigur, rezultatul rapid vine și cu dezavantaje semnificative.
• Dezavantajul produselor finite rigide, fragile și ușor de spart vine odată cu această viteză rapidă sau instantanee. Materialul călit poate fi etichetat ca având fie o calitate bună, fie o calitate proastă.
• Călirea în apă este o opțiune viabilă în cazul călirii oțelului. Motivul este că oțelul are un mod unic de răcire care poate fi realizat prin intermediul apei. Oțelul carbonizat se încălzește peste temperatura de recristalizare a acestuia.
• Prin răcirea imediată a oțelului, călirea în apă împiedică topirea oțelului în această etapă, când altfel s-ar topi dacă nu ar fi oprit. Prin urmare, călirea în apă este mai potrivită pentru oțel decât celelalte medii.

Stingerea uleiului

Una dintre cele mai populare tehnici de călire în sectorul de călire a metalelor este călirea în ulei. Metoda optimă pentru călirea aliajelor metalice le conferă acestora duritatea și puterea necesare, fără a le face să devină rigide și fragile în timpul procesului.

Optarea pentru călirea în ulei are mai multe avantaje, dar principalul este că se încălzește mai lent decât alte medii de călire și se răcește pentru o perioadă mai lungă, oferind materialului încălzit o stabilitate și un timp de întărire mai mare.

În plus, acest lucru garantează că materialul călit nu va fi prea fragil și va rezista perfect. Prin urmare, este de preferat față de metodele cu apă, aer sau saramură, deoarece scade posibilitatea ca trupul metalului călit să se deformeze sau să se fisureze.

Călirea este un proces de răcire rapidă

Diferența dintre apa și uleiul de stingere

Apa și uleiul sunt două tipuri diferite de medii. Ambele se disting prin anumite aspecte și se comportă diferit în călire. Tabelul de mai jos rezumă o prezentare generală a disparităților dintre cele două medii.

Stingerea cu apă vs. Stingerea cu ulei

Concluzie

• O procedură de răcire rapidă numită călire determină întărirea materialelor. Clasele, aplicațiile și compoziția componentelor de aliere ale oțelului influențează rata de călire.
• Viteza cu care o substanță se răcește depinde, de asemenea, de caracteristicile agentului de călire. Acest articol a evidențiat mediile de ulei și apă. Ambele sunt unice în funcție de diferitele aplicații.
• Uleiul este bun pentru stingere, deoarece transmite rapid căldura fără a modifica metalul. Deși substanțele de stingere caustice pe bază de apă sunt mai rapide, puterea cu care acționează are potențialul de a fractura sau deforma unele materiale.