Hva skjer når metaller gjennomgår varmebehandling

Før moderne metallbearbeidingsteknikker ble oppfunnet, brukte smeder varme for å gjøre metall bearbeidbart. Når metallet ble dannet til ønsket form, ble det oppvarmede metallet raskt avkjølt. Rask avkjøling gjorde metallet hardere og mindre sprøtt. Moderne metallbearbeiding er blitt mye mer sofistikerte og presise, noe som gjør det mulig å bruke forskjellige teknikker til forskjellige formål.

Å utsette metall for ekstrem varme får det til å utvide seg i tillegg til at det påvirker strukturen, elektrisk motstand og magnetisme. Termisk utvidelse er ganske selvforklarende. Metaller utvides når de blir utsatt for spesifikke temperaturer, som varierer avhengig av metallet. Den faktiske strukturen til metall endrer seg også med varme. Referert til som transformering av allotropisk fase, gjør varme vanligvis metaller mykere, svakere og mer duktil. Duktilitet er muligheten til å strekke metall til en ledning eller noe lignende.

Varme kan også påvirke metallens elektriske motstand. Jo varmere metallet blir, jo mer spres elektronene, noe som gjør at metallet er mer motstandsdyktig mot en elektrisk strøm. Metaller som er oppvarmet til visse temperaturer kan også miste magnetismen. Ved å heve temperaturene til mellom 626 grader Fahrenheit og 2,012 grader Fahrenheit, avhengig av metallet, vil magnetismen forsvinne. Temperaturen som dette skjer i et spesifikt metall er kjent som Curie-temperaturen.

Varmebehandling er prosessen med å varme opp og avkjøle metaller for å endre mikrostruktur og for å få frem de fysiske og mekaniske egenskapene som gjør metaller mer ønskelig. Temperaturene metallene blir oppvarmet til, og avkjølingshastigheten etter varmebehandling kan endre metalls egenskaper betydelig.

De vanligste årsakene til at metaller gjennomgår varmebehandling er å forbedre styrke, hardhet, seighet, duktilitet og korrosjonsbestandighet. Vanlige teknikker for varmebehandling inkluderer følgende:

• annealing er en form for varmebehandling som bringer et metall nærmere sin likevektstilstand. Det mykgjør metall, gjør det mer brukbart og gir større duktilitet. I denne prosessen varmes metallet over sin øvre kritiske temperatur for å endre mikrostrukturen. Etterpå blir metallet sakte avkjølt.
• Billigere enn gløding, quenching er en varmebehandlingsmetode som raskt returnerer metall til romtemperatur etter at det er oppvarmet over sin øvre kritiske temperatur. Quenching-prosessen stopper kjøleprosessen fra å endre metallets mikrostruktur. Quenching, som kan gjøres med vann, olje og andre medier, herder stål ved samme temperatur som full utglødning gjør.
• Nedbørshærding er også kjent som aldersherding. Det skaper ensartethet i et metalls kornstruktur, noe som gjør materialet sterkere. Prosessen innebærer oppvarming av en løsningsbehandling til høye temperaturer etter en hurtig avkjølingsprosess. Nedbørsherding utføres vanligvis i en inert atmosfære ved temperaturer fra 900 grader Fahrenheit til 1150 grader Fahrenheit. Det kan ta alt fra en time til fire timer å gjennomføre prosessen. Lengden av tid avhenger vanligvis av tykkelsen på metallet og lignende faktorer.
• Vanlig brukt i stålproduksjon i dag, tempe er en varmebehandling som brukes til å forbedre hardhet og seighet i stål, samt for å redusere sprøheten. Prosessen skaper en mer duktil og stabil struktur. Målet med herding er å oppnå den beste kombinasjonen av mekaniske egenskaper i metaller.
• Stressavlastende er en varmebehandlingsprosess som reduserer belastningen i metaller etter at de har blitt slukket, støpt, normalisert og så videre. Stress avlastes ved å varme opp metall til en temperatur lavere enn den som kreves for transformasjon. Etter denne prosessen blir metallet deretter sakte avkjølt.
• normalisering er en form for varmebehandling som eliminerer urenheter og forbedrer styrke og hardhet ved å endre kornstørrelsen til å være mer jevn i hele metallet. Dette oppnås ved å avkjøle metallet med luft etter at det har blitt oppvarmet til en presis temperatur.
• Når en metalldel er kryogen behandlet, avkjøles den sakte med flytende nitrogen. Den langsomme avkjølingsprosessen hjelper til med å forhindre termisk belastning av metallet. Deretter holdes metalldelen på en temperatur på omtrent minus 190 grader celsius i omtrent en dag. Når den senere varmebehandles, gjennomgår metalldelen en temperaturøkning opp til omtrent 149 grader. Dette bidrar til å senke mengden sprøhet som kan være forårsaket når martensitt dannes under kryogen behandling.