Wärmebehandlung von Metallen
Die Wärmebehandlung ist ein entscheidender Schritt in der Stahlherstellung . Es ist wichtig, seine mechanischen Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Duktilität an die spezifischen Anforderungen seiner Verwendung anzupassen.
Bei diesem Prozess wird der Stahl auf hohe Temperaturen erhitzt und anschließend kontrolliert abgekühlt. Diese Manipulation verändert die mikroskopische Struktur des Stahls und verleiht ihm verbesserte Eigenschaften wie bessere Schlagfestigkeit, erhöhte Härte und optimierte Flexibilität für verschiedene industrielle Anwendungen.
Sein Zweck besteht darin, die strukturellen und physikalischen Eigenschaften des Metalls für eine bestimmte Verwendung oder für zukünftige Arbeiten zu verbessern. Es gibt fünf grundlegende Wärmebehandlungsverfahren :
- Temperierung
- Zementierung
- Glühen
- Standardisierung
- Einkommen
Obwohl jeder dieser Prozesse bei Metall unterschiedliche Ergebnisse liefert, umfassen sie alle drei grundlegende Schritte:
- Heizung
- Einweichen
- die Rückkühlung
Die grundlegenden Phasen der Wärmebehandlung
Erhitzen – 1. Stufe der Wärmebehandlung
Das Erhitzen ist der erste Schritt in einem Wärmebehandlungsprozess.
Viele Legierungen verändern ihre Struktur, wenn sie auf bestimmte Temperaturen erhitzt werden. Die Struktur einer Legierung bei Raumtemperatur kann entweder eine mechanische Mischung, eine feste Lösung oder eine Kombination sein.
- Eine mechanische Mischung kann mit Beton verglichen werden. So wie Sand und Kies sichtbar sind und durch Zement an Ort und Stelle gehalten werden. Die Elemente und Verbindungen einer mechanischen Mischung sind deutlich sichtbar und werden durch eine Grundmetallmatrix zusammengehalten.
- Wir sprechen von einer festen Lösung , wenn zwei oder mehr Metalle ineinander absorbiert werden und eine Lösung bilden. Wenn eine Legierung in Form einer festen Lösung vorliegt, werden die Elemente und Verbindungen, aus denen das Metall besteht, auf die gleiche Weise ineinander absorbiert, wie Salz in einem Glas Wasser gelöst wird. Die einzelnen Elemente, aus denen das Metall besteht, können selbst unter dem Mikroskop nicht identifiziert werden.
Ein Metall in Form einer mechanischen Mischung bei Raumtemperatur geht beim Erhitzen häufig in einen Feststoff oder eine teilweise Lösung über.
Eine solche Änderung der chemischen Zusammensetzung führt zu bestimmten vorhersehbaren Änderungen der Korngröße und -struktur.
Dies führt zum zweiten Schritt des Wärmebehandlungsprozesses: dem Einweichen.
Einweichen – 2. Schritt der Wärmebehandlung
Sobald ein Metallteil auf die Temperatur erhitzt wurde, bei der die gewünschten Strukturänderungen auftreten, muss es auf dieser Temperatur bleiben, bis das gesamte Teil über seine gesamte Länge gleichmäßig erhitzt wurde.
Dies nennt man Einweichen.
Je mehr Masse das Teil hat, desto länger muss es eingeweicht werden.
Abkühlung – 3. Stufe der Wärmebehandlung
Sobald das Teil richtig eingeweicht ist, besteht der dritte Schritt darin, es abzukühlen. Auch hier kann sich die Struktur von einer chemischen Zusammensetzung zur anderen ändern, sie kann gleich bleiben oder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Zum Beispiel :
- Ein Metall, das nach dem Erhitzen eine feste Lösung darstellt , kann beim Abkühlen gleich bleiben
- in eine mechanische Mischung verwandeln
- abhängig von der Art des Metalls und der Abkühlgeschwindigkeit in eine Kombination aus beidem umwandeln .
Alle diese Veränderungen sind vorhersehbar. Aus diesem Grund können viele Metalle an bestimmte Strukturen angepasst werden, um ihre Härte , Zähigkeit , Duktilität , Zugfestigkeit usw. zu erhöhen.
THERMISCHE BEHANDLUNG VON EISENMETALLEN WIE STAHL
Bei allen Wärmebehandlungsvorgängen werden Metalle erhitzt und abgekühlt . Übliche Formen der Wärmebehandlung von Eisenmetallen sind Abschrecken, Anlassen, Glühen, Normalisieren und Aufkohlen.
Das Temperament
Ein Eisenmetall ist normalerweise gehärtet
- durch Erhitzen des Metalls auf die erforderliche Temperatur
- Anschließend wird das heiße Metall durch Eintauchen in ein Abschreckmedium wie Öl, Wasser oder Salzlösung schnell abgekühlt .
Die meisten Stähle müssen schnell abgekühlt werden, um sie zu härten . Durch den Härteprozess erhöht sich die Härte und Festigkeit des Metalls , aber auch seine Sprödigkeit .
Einkommen
Stahl ist nach dem Abschrecken im Allgemeinen härter als nötig und für den praktischen Gebrauch zu spröde . Beim schnellen Abkühlen des Metalls entstehen starke innere Spannungen . Nach dem Anlassen wird der Stahl zurückgeführt, um innere Spannungen abzubauen und seine Sprödigkeit zu verringern .
Beim Anlassen wird das Metall auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend abgekühlt.
Die Abkühlgeschwindigkeit hat im Allgemeinen keinen Einfluss auf die Struktur des Metalls beim Abschrecken. Daher wird das Metall üblicherweise an der Umgebungsluft gekühlt . Die zum Anlassen verwendeten Temperaturen sind normalerweise viel niedriger als die Härtungstemperaturen . Je höher die Abschrecktemperatur, desto weicher wird das Metall.
Glühen
Metalle werden geglüht, um innere Spannungen abzubauen , sie zu erweichen, duktiler zu machen und ihre Kornstrukturen zu verfeinern . Das Metall wird geglüht:
- durch Erhitzen auf eine vorgeschriebene Temperatur
- indem es für die erforderliche Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird
- dann auf Raumtemperatur abkühlen
Die Geschwindigkeit, mit der das Metall von der Glühtemperatur abgekühlt wird, variiert stark. Stahl muss sehr langsam abgekühlt werden, um maximale Glätte zu erreichen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der heiße Teil in Sand, Asche oder einer anderen Substanz, die die Wärme nicht gut leitet, eingegraben wird (Verpackung), oder indem der Ofen geschlossen wird und Ofen und Teil gemeinsam abkühlen (Ofenkühlung).
Standardisierung
Eisenmetalle werden standardisiert, um innere Spannungen zu reduzieren, die durch maschinelle Bearbeitung , Schmieden oder Schweißen entstehen. Normalisierte Stähle sind härter und widerstandsfähiger als geglühte Stähle. Stahl ist im normalisierten Zustand viel härter als in jedem anderen Zustand . Teile, die Stößen ausgesetzt sind, und Teile, die maximale Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Belastungen erfordern, sind im Allgemeinen genormt. Eine Standardisierung vor dem Aushärten trägt zum Erreichen der gewünschten Härte bei , sofern der Aushärtevorgang korrekt durchgeführt wird.
Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt müssen im Allgemeinen nicht normalisiert werden , die Standardisierung dieser Stähle hat jedoch keine nachteiligen Auswirkungen. Es wird eine Normalisierung erreicht
- durch Erhitzen des Metalls auf eine bestimmte Temperatur (die höher als die Abschreck- oder Glühtemperaturen ist)
- indem man das Metall einweicht, bis es gleichmäßig erhitzt ist
- und kühlt es an der Luft ab
Zementierung
Aufkohlen ist eine ideale Wärmebehandlung für Teile, die eine verschleißfeste Oberfläche und einen harten Kern erfordern , wie z. B. Zahnräder, Nocken, Zylinderlaufbuchsen usw. Die gebräuchlichsten Aufkohlungsverfahren sind:
- Zementierung
- Nitrieren
Während des Aufkohlungsprozesses wird ein kohlenstoffarmer Stahl (entweder ein reiner Kohlenstoffstahl oder ein legierter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) in Gegenwart eines Materials (fest, flüssig oder gasförmig) auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, das sich zersetzt und mehr Kohlenstoff auf der Oberfläche ablagert des Stahls .
Wenn das Teil dann schnell abgekühlt wird, wird die Außenfläche oder das Gehäuse hart, während das Innere des Teils weich, aber sehr hart bleibt .
WÄRMEBEHANDLUNG VON NICHTEISENMETALLEN
Bei Nichteisenmetallen können zwei Arten von Wärmebehandlungen durchgeführt werden. Es geht um :
- Glühen
- Wärmebehandlung durch Lösung
Glühen
Die meisten Nichteisenmetalle können geglüht werden. Der Glühprozess besteht aus:
- Erhitzen Sie das Metall auf eine bestimmte Temperatur
- um es einzuweichen
- um es auf Raumtemperatur abzukühlen
Die Temperatur und die Kühlmethode hängen von der Art des Metalls ab . Das Glühen wird häufig nach verschiedenen Kaltumformvorgängen durchgeführt, da viele Nichteisenmetalle nach der Kaltumformung hart und spröde werden.
Glühen wird auch verwendet , um die Auswirkungen der Lösungsglühbehandlung zu beseitigen und so die Bearbeitungs- oder Bearbeitungsqualitäten zu verbessern.
Lösungsglühen
Die Zugfestigkeit vieler Nichteisenlegierungen kann erhöht werden , indem man die in der Legierung enthaltenen Materialien durch eine feste Lösung leitet und dann die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Rückkehr zu einer modifizierten mechanischen Mischung kontrolliert. Dieser Vorgang wird als Lösungsglühen bezeichnet. Nachdem eine Legierung auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wurde, wird sie „ abgeschreckt “ oder schnell abgekühlt, wodurch die Materialien in der beim Erhitzungsprozess erreichten festen Lösung eingeschlossen werden. Ab diesem Zeitpunkt variiert der Prozess je nach Metall stark. Um sicherzustellen, dass die Legierungsmaterialien nach einiger Zeit nicht wieder in ihre ursprüngliche Konfiguration zurückkehren, muss ein Reife- oder Ausscheidungshärtungsprozess erfolgen. Während dieses Prozesses können sich die Legierungsmaterialien verändern oder aus der festen Lösung ausscheiden.
Dieser Prozess findet unter kontrollierten Bedingungen statt, sodass die resultierende Kornstruktur zu einer höheren Zugfestigkeit des Metalls als im Ausgangszustand führt. Abhängig von der Legierung kann dieser Ausscheidungsprozess auch einfach darin bestehen, die Legierung für einen bestimmten Zeitraum bei Raumtemperatur zu reifen und dann an der Luft abzukühlen; Dies nennt man künstliches Altern .
Das letzte Wort...
Die Wärmebehandlung ist ein wesentlicher Prozess zur Anpassung von Stahl an die spezifischen Anforderungen der Industrie.
Durch die Phasen des Erhitzens, Einweichens und Abkühlens wird die innere Struktur des Stahls verändert und seine Härte, Festigkeit und Duktilität verbessert.
Techniken wie Abschrecken , Aufkohlen , Glühen , Normalisieren und Anlassen erzeugen ein Metall, das für bestimmte Verwendungszwecke geeignet ist, und erhöhen dadurch seinen Wert und seine Wirksamkeit in verschiedenen Bereichen.
Dieser sorgfältige Prozess ist der Schlüssel zur Herstellung von Stahl höchster Qualität, der den Herausforderungen der modernen Industrie gewachsen ist.
