Sažetak osnovnih znanja o toplinskoj obradi metala

Toplinska obrada metala jedan je od važnih procesa u strojarskoj proizvodnji. U usporedbi s drugim procesima obrade, toplinska obrada općenito ne mijenja oblik i ukupni kemijski sastav čeličnog proizvoda, ali mijenja mikrostrukturu unutar predmeta ili mijenja kemijski sastav površine, čime daje ili poboljšava performanse proizvoda. Svrha toplinske obrade metala je poboljšati intrinzičnu kvalitetu metala tako da ima potrebna mehanička svojstva, fizikalna svojstva i kemijska svojstva. Osim razumnog odabira materijala i različitih postupaka oblikovanja, često su bitni i postupci toplinske obrade. Čelik je najrašireniji materijal u strojarskoj industriji. Mikrostruktura čelika je složena i može se kontrolirati toplinskom obradom. Stoga je toplinska obrada čelika glavni sadržaj toplinske obrade metala.

Proces toplinske obrade

Proces toplinske obrade općenito uključuje tri procesa: grijanje, izolaciju i hlađenje. Ponekad postoje samo dva procesa: grijanje i hlađenje. Ti su procesi međusobno povezani i ne mogu se prekinuti. Zagrijavanje je jedan od važnih procesa toplinske obrade. Postoje mnoge metode zagrijavanja za toplinsku obradu metala. Kao izvor topline prvi su se koristili drveni ugljen i ugljen, au novije vrijeme tekuća i plinovita goriva. Primjenom električne energije grijanje je lako kontrolirati i ne zagađuje okoliš. Ovi izvori topline mogu se koristiti za izravno zagrijavanje ili neizravno zagrijavanje putem rastaljene soli ili metala ili čak plutajućih čestica.

Temperatura zagrijavanja jedan je od važnih procesnih parametara procesa toplinske obrade. Odabir i kontrola temperature grijanja glavna su pitanja za osiguranje kvalitete toplinske obrade. Temperatura zagrijavanja varira ovisno o metalnom materijalu koji se obrađuje i svrsi toplinske obrade, ali općenito se zagrijava iznad temperature fazne transformacije kako bi se dobila visokotemperaturna struktura. Osim toga, transformacija zahtijeva određeno vrijeme. Stoga, kada površina metala dosegne potrebnu temperaturu zagrijavanja, mora se održavati na toj temperaturi određeno vrijeme kako bi unutarnja i vanjska temperatura bile konzistentne i kako bi transformacija mikrostrukture bila potpuna. Ovo vremensko razdoblje naziva se izolacija. Kada se koristi grijanje visoke gustoće energije i toplinska obrada površine, brzina zagrijavanja je velika i općenito nema vremena izolacije, dok je vrijeme izolacije za kemijsku toplinsku obradu često duže.

Hlađenje je također neizostavan korak u procesu toplinske obrade. Metode hlađenja razlikuju se ovisno o procesu, uglavnom kontrolirajući brzinu hlađenja. Općenito, žarenje ima najsporiju brzinu hlađenja, normalizacija ima bržu brzinu hlađenja, a kaljenje ima bržu brzinu hlađenja od normalizacije. Ali postoje i različiti zahtjevi zbog različitih vrsta čelika.

Površinska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji zagrijava samo površinski sloj metala kako bi se promijenila mehanička svojstva površinskog sloja. Kako bi se zagrijala samo površina metala bez prijenosa previše topline u unutrašnjost metala, korišteni izvor topline mora imati visoku gustoću energije, odnosno metalu se daje velika količina toplinske energije po jedinici površine, tako da površina ili dio metala može postići visoke temperature u kratkom vremenu. Glavne metode površinske toplinske obrade uključuju gašenje plamenom i toplinsku obradu indukcijskim zagrijavanjem. Često korišteni izvori topline uključuju kisik acetilen, kisik propan, induciranu struju, laser i elektronski snop.

Kemijska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji mijenja kemijski sastav, strukturu i svojstva površine metala. Kemijska toplinska obrada je zagrijavanje metala u mediju (plin, tekućina, krutina) koji sadrži ugljik, solni medij ili druge legirajuće elemente, te ga održavati toplim dugo vremena, tako da površina metala može prodrijeti kroz elemente kao što su ugljik, dušik, bor i krom. Nakon što se elementi infiltriraju, ponekad se provode drugi postupci toplinske obrade kao što su kaljenje i popuštanje. Glavne metode kemijske toplinske obrade uključuju karburizaciju, nitriranje i metalizaciju.

Općenito govoreći, toplinska obrada metala jedan je od važnih procesa u procesu proizvodnje mehaničkih dijelova i alata te kalupa. Može osigurati i poboljšati različita svojstva metala, kao što su otpornost na habanje, otpornost na koroziju, itd. S druge strane, također može poboljšati strukturu i stanje naprezanja uzorka kako bi se olakšala različita hladna i topla obrada.