Málmhitameðferð er aðferð þar sem málmvinnustykki er sett í ákveðinn miðil og hitað að hæfilegu hitastigi og síðan haldið við þetta hitastig í ákveðinn tíma og síðan kælt á mismunandi hraða.
Málmhitameðferð er eitt af mikilvægu ferlunum í vélrænni framleiðslu. Í samanburði við aðra vinnslutækni breytir hitameðferð almennt ekki lögun og heildar efnasamsetningu vinnustykkisins, heldur breytir örbyggingu inni í vinnustykkinu eða efnasamsetningu á yfirborði vinnustykkisins til að gefa eða bæta frammistöðu vinnustykkisins. Einkenni þess er að bæta innri gæði vinnustykkisins, sem er almennt ekki sýnilegt með berum augum.
Til þess að málmvinnsluhlutinn hafi nauðsynlega vélræna eiginleika, eðliseiginleika og efnafræðilega eiginleika, auk hæfilegs efnisvals og ýmissa myndunarferla, eru hitameðferðarferli oft ómissandi. Stál er mest notaða efnið í vélaiðnaðinum. Örbygging stáls er flókin og hægt að stjórna með hitameðferð, þannig að hitameðhöndlun stáls er aðalinnihald málmhitameðferðar. Að auki geta ál, kopar, magnesíum, títan osfrv og málmblöndur þeirra einnig breytt vélrænum, eðlisfræðilegum og efnafræðilegum eiginleikum þeirra með hitameðferð til að fá mismunandi frammistöðu.
Í ferlinu frá steinöld til bronsaldar og járnaldar hefur hlutverk hitameðferðar smám saman verið viðurkennt af fólki. Strax 770-222 f.Kr. höfðu Kínverjar uppgötvað í framleiðsluaðferðum að eiginleikar kopars og járns myndu breytast vegna áhrifa hitastigs og aflögunar þrýstings. Mýkingarmeðferð hvíts steypujárns er mikilvægt ferli til að búa til landbúnaðarverkfæri.
Á sjöttu öld f.Kr. voru stálvopn smám saman tekin upp. Til að bæta hörku stáls var slökkviferlið þróað hratt. Tvö sverð og hlöðuberður grafin upp í Yanxiadu, Yi-sýslu, Hebei-héraði, Kína, eru með martensít í örbyggingum sínum, sem gefur til kynna að þeim hafi verið slökkt.
Með þróun slökkvitækninnar uppgötvaði fólk smám saman áhrif kælivökva á slökkvigæði. Pu Yuan, Shu-maður á tímabilinu Three Kingdoms, bjó einu sinni til 3,000 hnífa fyrir Zhuge Liang í Xiagu, Shaanxi héraði. Sagt er að hann hafi sent fólk til Chengdu til að fá vatn til að slökkva. Þetta sýnir að Kína tók eftir kæligetu mismunandi vatnsgæða í fornöld og veitti einnig athygli á kæligetu olíu og þvags. Sverðið sem grafið var upp í gröf Jing konungs af Zhongshan á tímum Vestur-Han-ættarinnar (206 f.Kr.-24 e.Kr.) í Kína hefur kolefnisinnihald 0.15-0 ,4% í kjarna, en kolefnisinnihald á yfirborði er meira en 0,6%, sem gefur til kynna að kolefnistækni hafi verið beitt. Hins vegar, sem leyndarmál persónulegs "handverks" á þessum tíma, var það ekki tilbúið til að láta það fara fram, svo það þróaðist mjög hægt.
Árið 1863 sýndu breskir málmfræðingar og jarðfræðingar sex mismunandi málmfræðilegar byggingar úr stáli í smásjá, sem sönnuðu að þegar stál er hitað og kælt mun innri uppbyggingin breytast og fasinn við háan hita í stáli mun breytast í erfiðari fasa þegar það er hratt kólnað. Járnhlutfallskenningin sem Frakkinn Osmond setti á fót og járn-kolefnis fasa skýringarmyndin sem fyrst var mótuð af Bretanum Austin lögðu fræðilegan grunn að nútíma hitameðferðartækni. Á sama tíma rannsakaði fólk einnig verndaraðferðir málma við hitunarferli málmhitameðferðar til að forðast oxun og afkolun málma við upphitun.
Frá 1850 til 1880 var til röð einkaleyfa fyrir notkun ýmissa lofttegunda (svo sem vetnis, kolgas, kolmónoxíðs o.s.frv.) til hlífðarhitunar. Frá 1889 til 1890 fékk Breska vatnið einkaleyfi fyrir bjarta hitameðhöndlun ýmissa málma.
Frá 20. öld hefur þróun málmaeðlisfræði og ígræðsla og beiting annarrar nýrrar tækni gert málmhitameðferðarferlið þróaðari. Umtalsverðar framfarir voru beiting snúningsofna til gaskolunar í iðnaðarframleiðslu frá 1901 til 1925; tilkoma daggarmarksmagnsmæla á þriðja áratug síðustu aldar gerði kolefnisgetu lofthjúpsins í ofninum stjórnanlegan og síðar var notkun á innrauðum koltvísýringstækjum, súrefnismælum o.fl. til að stjórna kolefnisgetu lofthjúpsins í ofninum rannsakað frekar; á sjöunda áratugnum notaði hitameðhöndlunartækni hlutverk plasmasviða til að þróa jónnítrunar- og kolefnisferli; notkun leysir og rafeindageisla tækni hefur gert málmum kleift að fá nýja yfirborðshitameðferð og efnahitameðferð.
2. Metal hitameðferð ferli
Hitameðferðarferlið inniheldur yfirleitt þrjú ferli: hitun, einangrun og kælingu, og stundum aðeins tvö ferli: hitun og kæling. Þessi ferli eru samtengd og ekki er hægt að rjúfa þau.
Upphitun er eitt mikilvægasta skrefið í hitameðferð. Það eru margar upphitunaraðferðir fyrir málmhitameðferð. Þeir elstu notuðu viðarkol og kol sem hitagjafa og síðan var notað fljótandi og gaseldsneyti. Notkun rafmagns gerir upphitun auðvelt að stjórna og umhverfisvæna. Þessa hitagjafa er hægt að nota til beinnar hitunar, eða óbeint í gegnum bráðin sölt eða málma, eða jafnvel fljótandi agnir.
Þegar málmur er hitaður verður vinnustykkið fyrir lofti og oft á sér stað oxun og afkolun (þ.e. kolefnisinnihald á yfirborði stálhluta minnkar), sem hefur mjög slæm áhrif á yfirborðseiginleika hlutanna eftir hita meðferð. Þess vegna ætti venjulega að hita málma í stýrðu andrúmslofti eða verndandi andrúmslofti, í bráðnum söltum og í lofttæmi, og einnig er hægt að vernda og hita með húðunar- eða pökkunaraðferðum.
Hitastigið er ein af mikilvægum ferlibreytum hitameðferðarferlisins. Val og stjórnun hitastigsins er aðalatriðið til að tryggja gæði hitameðferðar. Hitastigið er breytilegt eftir málmefninu sem er meðhöndlað og tilgangi hitameðhöndlunarinnar, en það er almennt hitað yfir fasabreytingarhitastiginu til að fá nauðsynlega uppbyggingu. Að auki þarf umbreytingin ákveðinn tíma. Þess vegna, þegar yfirborð málmvinnsluhlutans nær nauðsynlegu hitastigi, verður að halda því við þetta hitastig í ákveðinn tíma til að gera innra og ytra hitastig í samræmi og umbreytingu örbyggingar lokið. Þetta tímabil er kallað biðtími. Þegar upphitun með mikilli orkuþéttleika og yfirborðshitameðferð er notuð er hitunarhraðinn afar hraður og það er yfirleitt enginn biðtími eða biðtíminn er mjög stuttur, meðan biðtími efnahitameðferðar er oft lengri.
Kæling er einnig ómissandi skref í hitameðhöndlunarferlinu. Kæliaðferðin er mismunandi eftir ferlinu, aðallega til að stjórna kælihraðanum. Almennt hefur glæðing hægasti kælihraðinn, normalizing hefur hraðari kælihraða og slökkun hefur enn hraðari kælihraða. Hins vegar eru mismunandi kröfur fyrir mismunandi gerðir af stáli. Til dæmis er hægt að herða lofthert stál á sama kælihraða og eðlilegt.
Málmhitameðferðarferlum má gróflega skipta í heildarhitameðferð, yfirborðshitameðferð, staðbundna hitameðferð og efnahitameðferð. Samkvæmt mismunandi upphitunarmiðlum, hitunarhitastigi og kæliaðferðum er hægt að skipta hverjum aðalflokki í nokkra mismunandi hitameðferðarferli. Sami málmur getur fengið mismunandi uppbyggingu og hefur þannig mismunandi eiginleika með því að nota mismunandi hitameðhöndlunarferli. Stál er mest notaði málmur í iðnaði og örbygging þess er einnig flóknasta, svo það eru margar tegundir af stálhitameðferðarferlum.
Heildarhitameðferð er málmhitameðferð sem hitar vinnustykkið í heild sinni og kælir það síðan á viðeigandi hraða til að breyta heildar vélrænni eiginleikum þess. Það eru fjórir grunnferlar fyrir heildar hitameðhöndlun stáls: glæðing, normalization, quenching og milding.
Hreinsun er að hita vinnustykkið í viðeigandi hitastig, nota mismunandi haldtíma í samræmi við efni og stærð vinnustykkisins og kæla það síðan hægt. Tilgangurinn er að láta innri uppbyggingu málmsins ná eða nálgast jafnvægisástand, ná góðum vinnsluafköstum og nota afköst, eða undirbúa uppbygginguna fyrir frekari slökkvun. Normalizing er að hita vinnustykkið í hæfilegt hitastig og kæla það síðan í lofti. Áhrif normalization eru svipuð glæðingu, en uppbyggingin sem fæst er fínni. Það er oft notað til að bæta skurðarafköst efnisins og er stundum notað sem lokahitameðferð fyrir suma hluta með litlar kröfur.
Slökkvun er að hita og halda vinnustykkinu heitu og kæla það síðan fljótt í slökkviefni eins og vatni, olíu eða öðrum ólífrænum söltum, lífrænum vatnslausnum osfrv. Eftir slökkvun verður stálið hart en einnig brothætt. Til að draga úr stökkleika stálhluta er slökktu stálhlutunum haldið heitum í langan tíma við hæfilegt hitastig yfir stofuhita og undir 710 gráður og síðan kælt. Þetta ferli er kallað temprun. Hreinsun, stöðlun, slökknun og temprun eru „fjórir eldarnir“ í heildarhitameðferðinni. Þar á meðal eru slökkvun og temprun náskyld og eru oft notuð saman. Þau eru ómissandi.
„Eldarnir fjórir“ hafa þróast yfir í mismunandi hitameðhöndlunarferli með mismunandi hitunarhita og kæliaðferðum. Til þess að fá ákveðna styrk og hörku er ferlið við að sameina slökkvistarf og háhitahitun kallað slökkva og temprun. Eftir að sum málmblöndur hafa verið slökkt til að mynda yfirmettaða fasta lausn, eru þau geymd við stofuhita eða aðeins hærra viðeigandi hitastig í langan tíma til að bæta hörku, styrk eða rafmagns- og segulmagnaðir eiginleikar málmblöndunnar. Slíkt hitameðferðarferli er kallað öldrunarmeðferð. Aðferðin við að sameina aflögun þrýstingsvinnslu með hitameðferð á áhrifaríkan og náið hátt til að gera vinnustykkið góða samsetningu styrks og seigleika er kallað aflögunarhitameðferð; hitameðhöndlun í andrúmslofti með neikvæðum þrýstingi eða lofttæmi er kölluð lofttæmihitameðferð, sem getur ekki aðeins komið í veg fyrir oxun og afkolun á vinnustykkinu, haldið yfirborði vinnustykkisins slétt eftir meðferð og bætt afköst vinnustykkisins, heldur einnig farið í gegnum íferð. fyrir efnafræðilega hitameðferð.
Yfirborðshitameðferð er málmhitameðferð sem hitar aðeins yfirborð vinnustykkisins til að breyta yfirborðs vélrænni eiginleikum þess. Til að hita aðeins yfirborð vinnustykkisins án þess að of mikill hiti berist inn í vinnustykkið, verður varmagjafinn sem notaður er að hafa mikla orkuþéttleika, það er að gefa mikið magn af varmaorku á hverja flatarmálseiningu vinnustykkið þannig að yfirborð eða staðbundinn hluti vinnuhlutans geti náð háum hita á stuttum tíma eða samstundis. Helstu aðferðir við yfirborðshitameðhöndlun eru leysir hitameðferð, loga slökkva og örvun hitameðferð hitameðferð. Algengt er að nota hitagjafa eru logar eins og oxýasetýlen eða oxýprópan, framkallaður straumur, leysir og rafeindageisli.
Efnahitameðferð er málmhitameðferð sem breytir efnasamsetningu, skipulagi og eiginleikum yfirborðs vinnustykkisins. Munurinn á efnafræðilegri hitameðferð og yfirborðshitameðferð er sá að hið síðarnefnda breytir efnasamsetningu yfirborðs vinnustykkisins. Kemísk hitameðferð er að hita vinnustykkið í miðli (gas, vökvi, fast efni) sem inniheldur kolefni, köfnunarefni eða önnur málmblöndur og halda því heitu í langan tíma, þannig að hægt sé að síast inn í yfirborð vinnuhlutans með frumefnum eins og td. kolefni, köfnunarefni, bór og króm. Eftir að frumefnin hafa síast inn er stundum krafist annarra hitameðhöndlunarferla eins og slökunar og temprun. Helstu aðferðir við efnafræðilega hitameðferð eru kolvetni, nítrun, málmvinnsla og samsett íferð.
Hitameðferð er eitt af mikilvægu ferlunum í framleiðsluferli vélrænna hluta og verkfæra og móta. Almennt séð getur það tryggt og bætt ýmsa eiginleika vinnustykkisins, svo sem slitþol og tæringarþol. Það getur einnig bætt skipulag og streituástand eyðublaðsins til að auðvelda ýmsa kalda og heita vinnslu.
Til dæmis er hægt að fá hvítt steypujárn með langtímaglæðingu til að fá sveigjanlegt steypujárn og bæta mýkt; Hægt er að nota gír með réttu hitameðferðarferli. Þjónustulífið getur verið tvöfaldað eða tugum sinnum lengri en gír sem ekki hafa verið hitameðhöndluð; að auki hefur ódýrt kolefnisstál nokkra dýra álstáleiginleika með því að síast inn ákveðna álfelgur, sem geta komið í stað hitaþolins stáls og ryðfríu stáli; næstum öll verkfæri og mót þarf að hitameðhöndla áður en hægt er að nota þau.
3. Flokkun stáls
Stál er málmblendi með járn og kolefni sem aðalefni og kolefnisinnihald þess er almennt minna en 2,11%. Stál er afar mikilvægt málmefni í efnahagslegri byggingu. Stáli er skipt í tvo flokka eftir efnasamsetningu þess: kolefnisstál (skammstafað sem kolefnisstál) og álstál. Kolefnisstál er málmblendi sem fæst með því að bræða grájárn. Auk járns og kolefnis sem aðalhluta þess inniheldur það einnig lítið magn af óhreinindum eins og mangani, kísil, brennisteini og fosfór. Kolefnisstál hefur ákveðna vélræna eiginleika, góða vinnsluafköst og lágt verð. Þess vegna hefur kolefnisstál verið mikið notað. Hins vegar, með hraðri þróun nútíma iðnaðar og vísinda og tækni, getur frammistaða kolefnisstáls ekki lengur fullnægt þörfum, þannig að fólk hefur þróað ýmis stálblendi. Stálblendi er fjölþátta álfelgur sem fæst með því að bæta ákveðnum þáttum (kallaðir málmblöndur) markvisst í kolefnisstál. Samanborið við kolefnisstál hefur frammistaða álstáls verið bætt verulega, þannig að notkun þess verður sífellt víðtækari.