Sådan slukker hærdet stål i metalbearbejdning

Quenching er en hurtig måde at bringe metal tilbage til stuetemperatur efter varmebehandling for at forhindre, at køleprocessen dramatisk ændrer metalets mikrostruktur. Metalarbejdere gør dette ved at placere det varme metal i en flydende eller undertiden tvungen luft. Valget af væske eller den forcerede luft omtales som mediet.

Almindelige medier til slukning inkluderer polymerer til specielt formål, konvektion af tvungen luft, ferskvand, saltvand og olie. Vand er et effektivt medium, når målet er at have stålet til at nå maksimal hårdhed. Brug af vand kan dog føre til metalskæring eller blive forvrænget.

Hvis ekstrem hårdhed ikke er nødvendig, kan mineralolie, hvalolie eller bomuldsfrøolie i stedet anvendes. Processen med slukning kan se dramatisk ud for dem, der ikke er bekendt med den. Når metalarbejderne overfører det varme metal til det valgte medium, stiger dampen fra metallet i stort volumen.

Langsomere slukkehastigheder giver termodynamiske kræfter en større mulighed for at ændre mikrostrukturen, og dette kan ofte være en dårlig ting, hvis denne ændring i mikrostrukturen svækker metallet. Nogle gange foretrækkes dette resultat, hvorfor forskellige medier bruges til at udføre quenching. For eksempel har olie en slukkehastighed, der er meget lavere end vand. Quenching i et flydende medium kræver omrøring af væsken omkring metalstykket for at reducere damp fra overfladen. Lommer med damp kan modvirke slukningsprocessen, så det er nødvendigt at undgå dem.

Ofte bruges til at hærde stål, hvor vandet slukker fra en temperatur over temperaturen austenitisk temperatur vil resultere i, at kulstof bliver fanget inde i den austenitiske drejebænk. Dette fører til den hårde og sprøde martensitiske fase. Austenit henviser til jernlegeringer med en gamma-jernbase, og martensit er en hård type stålkrystallstruktur.

Martensit af quenchet stål er meget sprødt og stresset. Som et resultat gennemgår quenchet stål typisk en tempereringsproces. Dette involverer genopvarmning af metallet til en temperatur under et kritisk punkt og derefter lader det køle ned i luften.

typisk, stål efterfølgende hærdes i olie, salt, blybade eller ovne med luft cirkuleret af ventilatorer for at genoprette nogle af duktilitet (evne til at modstå trækstyrke) og sejhed tabt ved konvertering til martensite. Når metallet er hærdet, afkøles det hurtigt, langsomt eller slet ikke, afhængigt af omstændighederne, især om det pågældende metal er sårbart over for skørhed efter temperament.

Foruden martensit- og austenit-temperaturerne involverer varmebehandling af metal ferrit-, pearlit-, cementit- og bainit-temperaturer. Deltaferrittransformationen sker, når jernet opvarmes til en højtemperaturform af jern. Ifølge Svejseinstituttet i Storbritannien dannes det "ved afkøling af lave kulstofkoncentrationer i jern-carbonlegeringer fra den flydende tilstand, før den omdannes til austenit."

Pearlite skabes under den langsomme afkølingsproces af jernlegeringer. Bainit findes i to former: øvre og nedre bainit. Det produceres ved langsommere afkøling end martensitdannelse, men med en hurtigere afkølingshastighed end ferrit og perlit.

Quenching forhindrer, at stål nedbrydes fra austenit til ferrit og cementit. Målet er, at stålet skal nå den martensitiske fase.

Hvert medium, der er tilgængeligt til slukkeprocessen, har sine egne fordele og ulemper, og det er op til metalarbejderne at beslutte, hvad der bedst er baseret på et specifikt job. Dette er nogle af mulighederne:

Disse involverer vand, forskellige koncentrationer af saltvand og sodavand. Dette er de hurtigste måder til afkøling af metaller under slukningsprocessen. Bortset fra eventuelt snoede metal, skal der også træffes sikkerhedsforholdsregler, når du bruger kaustiske sodavand, da de kan være skadelige for huden eller øjnene.

Dette har en tendens til at være den mest populære metode, fordi nogle olier stadig kan afkøle metaller hurtigt, men uden den samme risiko som vand eller anden kaustik. Olier kommer dog med risici, fordi de er brandfarlige. Derfor er det vigtigt for metalarbejderne at kende grænserne for de olier, de arbejder med, hvad angår temperaturer og belastningsvægte for at undgå brande.

Mens tvungen luft er almindelig, er nitrogen en anden populær mulighed. Gasser bruges ofte til færdige metaller, såsom værktøjer. Justering af trykket og eksponeringen for gasserne kan kontrollere kølehastigheden.