Какво се случва, когато металите се подлагат на термична обработка

Преди изобретяването на съвременни техники за металообработка, ковачите използвали топлина, за да направят метала обработваем. След като металът се оформи в желаната форма, нагретият метал бързо се охлажда. Бързото охлаждане направи метала по-твърд и по-малко чуплив. Съвременното металообработване стана много по-сложно и прецизно, което позволява използването на различни техники за различни цели.

Подлагането на метал на силна топлина причинява разширяването му, освен че влияе върху неговата структура, електрическо съпротивление и магнетизъм. Топлинното разширение е доста самообоснователно. Металите се разширяват, когато са подложени на специфични температури, които варират в зависимост от метала. Действителната структура на метала също се променя с топлината. Така наричаното алотропна фазова трансформация, топлината обикновено прави металите по-меки, по-слаби и по-пластични. Пластичността е способността да се разтяга метал в тел или нещо подобно.

Топлината също може да повлияе на електрическото съпротивление на метала. Колкото по-горещ става металът, толкова повече се разпръскват електроните, което причинява метала да е по-устойчив на електрически ток. Метали, нагрети до определени температури, също могат да загубят магнетизма си. С повишаване на температурата до между 626 градуса по Фаренхайт и 2,012 градуса по Фаренхайт, в зависимост от метала, магнетизмът ще изчезне. Температурата, при която това се случва в конкретен метал, е известна като неговата температура на Кюри.

Топлинната обработка е процесът на нагряване и охлаждане на металите, за да се промени тяхната микроструктура и да се изведат физическите и механичните характеристики, които правят металите по-желани. Температурите, на които металите се нагряват и скоростта на охлаждане след термична обработка може значително да промени свойствата на метала.

Най-честите причини металите да се подлагат на термична обработка са за подобряване на тяхната здравина, твърдост, здравина, пластичност и устойчивост на корозия. Общите техники за топлинна обработка включват следното:

• каляване е форма на термична обработка, която доближава метала до равновесното му състояние. Той омекотява метала, което го прави по-работещ и осигурява по-голяма пластичност. В този процес металът се нагрява над горната си критична температура, за да промени микроструктурата си. След това металът се охлажда бавно.
• По-малко скъпо от отгряването, закаляване е метод за топлинна обработка, който бързо връща метала до стайна температура, след като се нагрее над горната му критична температура. Процесът на закаляване спира процеса на охлаждане от промяна на микроструктурата на метала. Закаляването, което може да се извърши с вода, масло и други среди, втвърдява стоманата при същата температура, която прави пълното отгряване.
• Втвърдяване на валежите е известен също като възрастово втвърдяване. Той създава равномерност в металната структура на зърното, което прави материала по-здрав. Процесът включва загряване на обработка с разтвор до високи температури след бърз процес на охлаждане. Втвърдяването на валежите обикновено се изпълнява в инертна атмосфера при температури от 900 градуса по Фаренхайт до 1150 градуса по Фаренхайт. Процесът може да отнеме от един час до четири часа. Продължителността на времето обикновено зависи от дебелината на метала и подобни фактори.
• Често използван в производството на стомана днес смекчаване е термична обработка, използвана за подобряване на твърдостта и здравината на стоманата, както и за намаляване на крехкостта. Процесът създава по-пластична и стабилна структура. Целта на закаляването е да се постигне най-добрата комбинация от механични свойства в металите.
• Облекчаване на стреса е процес на термична обработка, който намалява стреса в металите, след като те са угаснали, отливани, нормализирани и т.н. Стресът се облекчава чрез нагряване на метал до температура, по-ниска от тази, необходима за трансформацията. След този процес металът бавно се охлажда.
• Нормализиране е форма на термична обработка, която елиминира примесите и подобрява здравината и твърдостта, като променя размера на зърното, за да бъде по-равномерен в целия метал. Това се постига чрез охлаждане на метала с въздух след нагряването му до точна температура.
• Когато е метална част криогенно лекувани, бавно се охлажда с течен азот. Бавният процес на охлаждане помага да се предотврати термичен стрес на метала. След това металната част се поддържа при температура около минус 190 градуса по Целзий за около един ден. Когато по-късно се темперира, металната част претърпява повишаване на температурата до приблизително 149 градуса по Целзий. Това помага да се намали количеството крехкост, което може да бъде причинено, когато мартензитът се образува по време на криогенно лечение.