Важливим етапом термічної обробки металів є гартування. Воно передбачає швидке охолодження металевого виробу для отримання або зміни таких якостей, як твердість, міцність або в'язкість.

Швидке охолодження скорочує час перебування металу під впливом високих температур і захищає його від дефектів. Крім того, метал може зазнавати змін залежно від методу нанесення та середовища.

Повітря, нафта, вода і розсіл - ось кілька типових гартівних агентів.

Олія широко використовується для гартування, оскільки вона швидко передає тепло, не деформуючи метал. Хоча каустичні гартувальні засоби на водній основі діють швидше, сила, з якою вони працюють, може призвести до руйнування або деформації деяких матеріалів.

Різниця між нафтою і водою - це основне питання, яке буде розглянуто в статті.

Що таке процес гартування?

Загартування - це процес швидкого охолодження, який призводить до зміцнення матеріалів. Швидкість загартування залежить від марки матеріалу, його застосування та складу легуючих компонентів. Крім того, на неї також впливають деякі властивості середовища загартування.

Теоретично, перед загартуванням металевий або скляний матеріал піддається нагріванню понад свою стандартну температуру. Після цього його піддають швидкому охолодженню, щоб негайно відвести тепло. Це допомагає модифікувати ті властивості в кристалічній структурі матеріалу, які були втрачені під час нагрівання.

Щоб зробити метал або скло твердішими та жорсткішими, ми часто гартуємо їх. Температура гартування завжди має бути вищою за температуру рекристалізації, але нижчою за температуру плавлення.

Етапи процесу гартування

Двоє людей працюють біля сталеплавильного басейну

Зазвичай існує три стадії гартування, які відбуваються, коли гаряча деталь наближається до рідкого гартувального засобу. Ці стадії визначають зміну характеристик гартувального засобу і матеріалу. Три стадії такі:

• Парова стадія
• Стадія зародкового кипіння
• Стадія конвекції

Тепер давайте розглянемо їх детальніше.

Парова стадія

Стадія випаровування вступає в дію, коли гаряча поверхня компонента вступає в перший контакт з рідким охолоджувачем. Це призводить до утворення парового екрану навколо елемента. Під час парової фази певною мірою відбувається провідність.

Однак основним методом передачі тепла на цій стадії є випромінювання через парову оболонку. Утворена оболонка є відносно стабільною.

Єдиний спосіб прискорити його видалення - це перемішування або додавання різних добавок. Причому бажано, щоб цей етап був якомога коротшим

Причина в тому, що він значно сприяє утворенню м'яких ділянок, які розвиваються під час гартування. Тому небажані мікрокомпоненти можуть розвиватися, якщо їм дозволити продовжувати.

Стадія зародкового кипіння

Це друга стадія після парової фази. Вона починається, коли рідина, що знаходиться ближче до поверхні матеріалу, починає кипіти, а парова фаза - руйнуватися. Це найшвидша стадія охолодження даного компонента.

Завдяки передачі тепла від нагрітої поверхні і подальшому поглинанню його рідким охолоджувачем можна досягти значної швидкості відведення тепла. Це дозволяє охолоджуваній рідині зайняти місце на поверхні.

Деякі охолоджувачі містять добавки, що підвищують максимальну швидкість охолодження рідини. Кипіння закінчується, коли температура поверхні компонента опускається нижче температури кипіння рідини.

Для компонентів, схильних до деформації, хороші результати дають такі середовища, як високотемпературні масла і солі. В іншому випадку матеріали можуть стати крихкими і швидко пошкодитися під час бажаного застосування.

Конвективна стадія

Конвекція є завершальною стадією процесу. Вона відбувається, коли матеріал досягає температури, нижчої за температуру кипіння гарту. Стадія конвекції передбачає передачу тепла через об'ємну рідину, а її відправною точкою є теплопровідність.

Це найповільніша стадія, оскільки теплопередача займає багато часу, щоб досягти всіх молекул в об'ємі. Управління відведенням тепла через конвекцію включає багато змінних, в тому числі питому теплоємність гасителя і його теплопровідність.

Різниця температур між гартівником і матеріалом може впливати на процес конвекції. Зазвичай, найбільше спотворень відбувається саме в цій точці.

Вищезазначені три етапи гартування відбуваються в певній послідовності в конкретному місці. Проте, залежно від геометрії та перемішування деталі, різні ділянки починають різні фази в різний час.

Три фази процесу гартування

Загартовуючі середовища

Гартування відбувається через будь-яке середовище, і нижче наведено перелік 4 різних середовищ. Кожне з них має свої плюси і мінуси, залежно від його властивостей, контактуючих елементів, часу, законів теплопередачі та взаємозв'язків.

1. Повітря: Використання звичайної температури навколишнього середовища для охолодження нагрітого матеріалу
2. Розсіл: Розчин солі та води є найшвидшим охолоджувальним середовищем при загартуванні.
3. Олія: Надійна та швидка альтернатива повітряному гасінню.
4. Води: Швидше, ніж повітря або масло при гасінні рідин.

Незважаючи на те, що в літературі є багато інформації про вищезгадані середовища, давайте розглянемо два основних - нафту і воду.

Водяне гартування

Вода має властивість охолоджувати матеріал швидше, ніж олія та повітря. Отже, гартування водою - це швидкий процес.

• Процедура загартування розсолом має значно жорсткішу реакцію при охолодженні, ніж будь-яка інша, при цьому найефективнішим методом є сушіння води.
• Перед цим процесом вода повинна бути кімнатної або потрібної температури. Після цього, коли нагрітий матеріал поміщається в охолоджуючу воду, він змінює свої фази відповідно до етапів.
• Ще однією перевагою є те, що це метод швидкого охолодження, тому він є найменш витратним як з точки зору грошей, так і з точки зору часу. Однак, звичайно, швидкий результат має і суттєві недоліки.
• Недоліком такої швидкої або миттєвої швидкості є жорсткі, крихкі та легко ламані кінцеві продукти. Загартований матеріал може бути позначений як такий, що має або якісне звучання, або погану якість.
• Загартування водою є життєздатним варіантом у випадку гартування сталі. Причина полягає в тому, що сталь має унікальний спосіб охолодження, який може бути досягнутий за допомогою води. Карбонізована сталь нагрівається вище температури рекристалізації.
• Негайно охолоджуючи сталь, водяне гартування запобігає її розплавленню на тій стадії, коли вона може розплавитися, якщо її не зупинити. Тому водяне гартування краще підходить для сталі, ніж інші способи.

Масляне гартування

Одним з найпопулярніших методів гартування в галузі загартування металів є гартування в маслі. Оптимальний метод загартування металевих сплавів надає їм необхідну твердість і міцність, не викликаючи при цьому жорсткості та крихкості під час процесу.

Загартування в маслі має кілька переваг, але головна з них полягає в тому, що воно нагрівається повільніше, ніж інші гартувальні середовища, і охолоджується довше, надаючи нагрітому матеріалу більшу стабільність і час загартування.

Крім того, це гарантує, що загартований матеріал не буде надто крихким і буде добре триматися. Тому цей метод є кращим, ніж вода, повітря або розсіл, оскільки він знижує ймовірність деформації або розтріскування тіла загартованого металу.

Загартування - це процес швидкого охолодження

Різниця між водяним і масляним гартуванням

Вода і нафта - це два різних типи середовищ. Обидва вони відрізняються за деякими параметрами і по-різному поводяться при гасінні. У таблиці нижче наведено огляд відмінностей між цими двома середовищами.

Водяне гартування проти масляного гартування

Висновок

• Процедура швидкого охолодження, яка називається загартуванням, призводить до зміцнення матеріалів. На швидкість загартування впливають марки, сфери застосування та склад легуючих компонентів сталі.
• Швидкість, з якою охолоджується речовина, також залежить від характеристик гасителя. У цій статті ми розглянули масляні та водні середовища. Обидва є унікальними для різних застосувань.
• Масло добре підходить для гартування, оскільки воно швидко передає тепло, не змінюючи метал. Хоча каустичні гартувальні засоби на водній основі діють швидше, потужність, з якою вони працюють, може призвести до руйнування або деформації деяких матеріалів.