En viktig fas i den termiska behandlingen av metaller är avkylning, som innebär att ett metallföremål snabbt kyls ned för att uppnå eller förändra egenskaper som hårdhet, styrka eller seghet.

Snabb kylning minskar metallens exponeringstid för höga temperaturer och skyddar den från fel. Dessutom kan metallen genomgå förändringar beroende på appliceringsmetod och media.

Luft, olja, vatten och saltvatten är några typiska släckmedel.

Olja används ofta för släckning eftersom den snabbt överför värme utan att förvränga metallen nämnvärt. Även om vattenbaserade kaustiska släckmedel är snabbare kan kraften med vilken de verkar orsaka att vissa material splittras eller förvrängs.

Skillnaden mellan olja och vatten är den viktigaste punkten i artikeln.

Vad är släckningsprocessen?

Släckning är en snabb kylningsprocess som leder till att material härdas. Släckningshastigheten beror på materialets kvalitet, tillämpning och sammansättningen av legeringskomponenterna. Dessutom påverkas den av flera egenskaper hos släckningsmediet.

Teoretiskt sett värms ett metall- eller glasmaterial upp över sin standardtemperatur före avkylning. Därefter kyls det snabbt för att omedelbart avlägsna värmen. Det bidrar till att ändra de egenskaper i materialets kristallina struktur som går förlorade under uppvärmningen.

För att göra metall eller glas hårdare och styvare som föremål avskräcker vi dem ofta. Ett föremåls avskärmningstemperatur bör alltid ligga över dess rekristalliseringstemperatur men under dess smälttemperatur.

Skeden i avkylningsprocessen

Två personer som arbetar runt stålsmältningsbassängen

Det finns vanligtvis tre steg i avkylningen som inträffar när ett hett stycke närmar sig den flytande avkylningsmedlet. Dessa steg definierar förändringen av egenskaperna hos avkylningsmedlet och materialet. De tre stegen är:

• Vapor Stage
• Kärnan kokar i ett skede.
• Konvektionssteg

Låt oss nu gå igenom dem på djupet.

Vapor Stage

Förångningsfasen inträffar när komponentens heta yta får en första kontakt med den flytande släckmedlet. Det resulterar i att en ångformig sköld bildas runt elementet. Konduktion sker i viss utsträckning under ångfasen.

Den främsta värmetransportmetoden i detta skede är dock strålning genom ångfilten. Den bildade filten är relativt stabil.

Det enda sättet att påskynda avlägsnandet är genom omrörning eller tillsättning av olika tillsatser. Dessutom är det bättre att göra detta skede så kort som möjligt.

Orsaken är att det bidrar avsevärt till de mjuka områden som utvecklas under avkylning. Därför kan oönskade mikrokomponenter utvecklas om de tillåts fortsätta.

Kärnan kokar i ett skede.

Det är det andra steget efter ångfasen. Det börjar när vätskan närmare materialytan börjar koka och ångfasen börjar kollapsa. Det är det snabbaste steget för att kyla en viss komponent.

På grund av värmeöverföringen från den uppvärmda ytan och den efterföljande absorptionen i den flytande släckmedlet är det möjligt att få ut betydande värmeuttag, vilket gör att den kylda vätskan kan ta plats på ytan.

Flera släckmedel innehåller tillsatser för att öka en vätskas maximala kylhastighet. Kokningen upphör när komponentens yttemperatur sjunker under vätskans kokpunkt.

För de komponenter som är benägna att snedvridas ger medier som oljor och salter med hög temperatur goda resultat, annars kan materialen bli spröda och snabbt skadas under de önskade tillämpningarna.

Konvektivt stadium

Konvektion är det sista steget i processen. Det sker när materialet når en temperatur som är lägre än kokpunkten för kylmedlet. Konvektionssteget innebär värmeöverföring genom bulkvätskan, och utgångspunkten är konduktion.

Det är det långsammaste steget eftersom värmeöverföringen tar lång tid att nå alla molekyler i massan. Kontrollen av värmeavledningen genom konvektion involverar många variabler, inklusive den specifika värmen hos släckmedlet och dess värmeledningsförmåga.

Temperaturskillnaden mellan kylmedlet och materialet kan påverka konvektionsprocessen. Vanligtvis sker den största delen av förvrängningen vid denna punkt.

De tre ovanstående avkylningsstegen sker i tur och ordning på en viss plats, men beroende på delens geometri och omrörning kommer olika områden att påbörja de olika faserna vid olika tidpunkter.

De tre faserna i släckningsprocessen

Släckningsmedier

Släckning sker genom vilket medium som helst, och nedan följer en förteckning över fyra olika medier. Var och en har för- och nackdelar, beroende på dess egenskaper, kontaktelement, tid, lagar för värmeöverföring och relationer.

1. Luft: Användning av en vanlig omgivningstemperatur för att kyla det uppvärmda materialet.
2. Saltlake: En lösning av salt och vatten är det snabbaste kylmedlet vid avkylning.
3. Olja: Ett tillförlitligt och snabbare släckningsalternativ till luft.
4. Vatten: Snabbare än luft eller olja att släcka vätskor.

Även om litteraturen innehåller mycket information om de ovannämnda medierna, ska vi utforska de två viktigaste medierna, olja och vatten.

Släckning av vatten

Vatten har den egenskapen att det kyler ner materialet snabbare än olja och luft, vilket innebär att avkylning med vatten är en snabb process.

• Släckning med saltlake har en betydligt hårdare reaktion vid kylning än någon annan metod, och vattensänkning är den mest effektiva metoden.
• Före denna process måste vattnet ha rumstemperatur eller önskad temperatur. När det uppvärmda materialet sedan läggs i kylvattnet ändrar det sina faser i enlighet med stegen.
• Resultaten kommer snabbare vid vattenavkylning. En annan fördel är att det är en snabb kylningsmetod. Därför är den minst kostsam både vad gäller pengar och tid. Men det snabba resultatet har naturligtvis också betydande nackdelar.
• Nackdelen med denna snabba eller omedelbara hastighet är att slutprodukterna är styva, spröda och lätt brytbara. Det släckta materialet kan betecknas som antingen av god eller dålig kvalitet.
• Vattenavkylning är ett bra alternativ när det gäller stålhärdning. Anledningen är att stålet har ett unikt sätt att kylas ned, vilket kan uppnås med hjälp av vatten. Det karboniserade stålet värms upp över sin återkristalliseringstemperatur.
• Genom att omedelbart kyla stålet förhindrar vattenavkylning att stålet smälter i detta skede när det annars skulle smälta om det inte stoppades. Därför är vattenavkylning lämpligare för stål än de andra medierna.

Oljesläckning

En av de mest populära släckningsmetoderna inom metallsläckningssektorn är oljeskydd. Den optimala metoden för att härda metallegeringar ger dem den nödvändiga hårdheten och kraften utan att de blir stela och spröda under processen.

Att använda oljeskärning har flera fördelar, men den viktigaste är att den värms upp långsammare än andra skärningsmedier och svalnar under en längre tid, vilket ger det uppvärmda materialet större stabilitet och härdningstid.

Dessutom garanterar detta att det avkylda materialet inte blir överdrivet sprött och att det håller perfekt. Därför är det att föredra framför vatten-, luft- eller saltvattenmetoder eftersom det minskar risken för att den avkylda metallens kropp förvrängs eller spricker.

Släckning är en snabb kylningsprocess

Skillnaden mellan vatten- och oljeskydd

Vatten och olja är två olika typer av medier. Båda skiljer sig åt i vissa avseenden och beter sig olika vid släckning. Tabellen nedan sammanfattar en översikt över skillnaderna mellan de två medierna.

Vattensläckning kontra oljesläckning

Slutsats

• En snabb nedkylning som kallas avkylning gör att materialet hårdnar. Stålets kvaliteter, användningsområden och sammansättning av legeringskomponenter påverkar alla avkylningshastigheten.
• Hastigheten med vilken ett ämne kyls beror också på egenskaperna hos kylmedlet. I den här artikeln har olje- och vattenmedier belysts. Båda är unika för olika tillämpningar.
• Olja är bra för släckning eftersom den snabbt överför värme utan att förändra metallen. Även om vattenbaserade kaustiska släckmedel är snabbare, kan kraften med vilken de verkar potentiellt bryta eller förvränga vissa material.