Neljä voimanpylvästä: hehkutuksen ymmärtäminen, normalisointi, kovettuminen ja lämpökäsittelyn karkaisu

Hehkutus

Hehkutuksen tavoitteena on pehmentää metallia, parantaa sen taipuvuutta, lievittää sisäisiä rasituksia ja puhdistaa sen viljarakennetta. Sitä käytetään usein prosessien, kuten kylmätyön, työstö- tai hitsauksen, jälkeen, jotka jättävät metallin kovan ja hauraasti. Prosessiin sisältyy metallin kuumentaminen hitaasti tiettyyn korkeaan lämpötilaan, tyypillisesti 700 asteen välillä ja 900 astetta terästä. Metalli pidetään tässä lämpötilassa riittävän kauan, jotta se tulee tasaisesti kuumaksi ja sallimaan sisäisten muutosten tapahtumisen. Tärkeää on, että jäähdytys tapahtuu hyvin hitaasti, yleensä jäähdytysuunin sisällä tai haudattu eristysmateriaaliin, kuten hiekkaan. Tämä hidas jäähdytys mahdollistaa uusien, rasitusvapaiden jyvien muodostumisen ja kasvavan, estäen kovien, hauraiden rakenteiden muodostumisen. Tuloksena on huomattavasti pehmeämpi metalli, jota on helpompi koneistaa tai muodostua, lisääntyneellä sitkeydellä ja sitkeydellä, vähentynyt sisäinen stressi ja yhtenäisempi viljarakenne. Yleisiä sovelluksia ovat kylmätyöllisten metallien valmistelu jatkokäsittelyä varten, työstöjen pehmentämistä varten, stressin lievittäminen hitsauksen tai valun jälkeen ja tietyissä seoksissa olevien sähkö- tai magneettisten ominaisuuksien parantaminen.

Normalisointi

Normalisointi tarkentaa viljakokoa, parantaa mekaanista ominaisuuksien tasaisuutta, eliminoi karkeat rakenteet prosesseista, kuten valu tai taonta, ja tuottaa hieman vaikeamman, vahvemman metallin kuin täyden hehkutuksen. Sillä on yhtäläisyyksiä hehkutuksen kanssa lämmitysvaiheessa. Metalli lämmitetään kriittisen lämpötilansa yläpuolella ja liotetaan huolellisesti. Määrittelevä ero on jäähdytysmenetelmä. Hitaan uunin jäähdytyksen sijasta metalli poistetaan uunista ja annetaan jäähtyä vapaasti edelleen ilmassa. Tämä nopeampi ilmanjäähdytysnopeus verrattuna hehkutukseen johtaa teräksissä hienompaan, tasaisempaan viljarakenteeseen, joka muodostaa tyypillisesti hienon helmen. Tuloksiin sisältyy hienompi ja johdonmukaisempi viljekoko, hiukan suurempi lujuus ja kovuus kuin hehkutus, parantunut konettavuus valettuun tai väärennettyyn tilaan, hyvän ulottuvuuden stabiilisuuteen ja ennustettavissa oleviin ominaisuuksiin. Normalisointia käytetään usein valujen tai pelausten viljarakenteen hienosäätöön, mikrorakenteiden homogenisoimiseksi kuuman työn jälkeen, parannettavuutta keskipitkän hiilen teräksissä, toimivat lopullisena käsittelynä lujuutta ja sitkeyttä tarvitseville rakenteellisille komponenteille tai valmistetaan terästä seuraaviin kovettumiskäsittelyihin.

Kovettuminen (sammutus)

Kovettuminen, joka tunnetaan myös nimellä sammutus, keskittyy pelkästään pinnan maksimaalisen kovuuden ja kulumiskestävyyden saavuttamiseen. Tämä tapahtuu kuitenkin äärimmäisen haurauden kustannuksella. Prosessiin sisältyy metallin lämmittäminen sen austenisoivaan lämpötilaan ja sen liottaminen. Kriittinen vaihe on nopea jäähdytys tai sammutus. Punainen kuuma metalli upotetaan nopeasti väliaineeseen, kuten veteen, öljyyn, polymeeriliuokseen tai ilmaan. Keskipitkän valinta riippuu vaaditusta jäähdytysnopeudesta ja metallin kovettavuudesta. Tämä nopea jäähdytys vangitsee hiiliatomeja, pakottaen muutoksen erittäin kovaksi, mutta erittäin kireäksi ja hauraiksi rakenteiksi, joita kutsutaan martensiitiksi teräksissä. Tuloksena olevat ominaisuudet ovat erittäin korkea kovuus ja erinomainen kulutuskestävyys, mutta myös äärimmäinen hauraus ja korkeat sisäiset rasitukset. Näin ollen kovettuneet osat ovat melkein aina liian hauraita käytännön käyttöön ja niiden on läpikäytävä. Kovettuminen on välttämätöntä sovelluksille, jotka vaativat suurta hankauskestävyyttä, kuten leikkaustyökaluja, laakerikomponentteja, hammaspyöriä ja kulutuslevyjä.

Karkaisu

Karkaisu on välttämätön seurantaprosessi kovettumiselle. Sen tarkoituksena on vähentää kovettuneelle metallille ominaisena haurautta, lievittää sisäisiä rasituksia, parantaa sitkeyttä ja taipuisuutta ja saavuttaa tietty tasapaino lujuuden ja sitkeyden välillä. Tähän sisältyy osa sammutuksen aikana saavutetusta maksimista kovuudesta. Kovetettu osa lämmitetään lämpötilaan merkittävästi alhaisemman kriittisen lämpötilan alapuolella, tyypillisesti 150 asteen ja 650 celsiusasteen välillä. Sitä pidetään tässä lämpötilassa tiettyyn aikaan ja jäähdytetään sitten yleensä ilmassa. Karkaisulämpötila on ensisijainen tekijä, joka säätelee lopullisia ominaisuuksia. Lämmityksen sallii hiiliatomien diffundoituneen hiukan, muodostaen hienot karbidit karkaistun martensiitti -matriisin sisällä, lievittäen stressiä ja vähentäen haurautta. Korkeammat karkotuslämpötilat johtavat alhaisempaan kovuuteen, mutta suurempaan sitkeyteen ja ulottuvuuteen. Insinöörit valitsevat karkaisulämpötilan halutun omaisuuden tasapainon saavuttamiseksi sovellukselle. Matalassa lämpötilassa on korkea kovuus työkaluissa, keskilämpötilat tarjoavat hyvät jousiominaisuudet ja korkeat lämpötilat tuottavat korkean sitkeyden rakenteellisille osille, kuten akseleille ja hammaspyörille. Karkaisu on pakollista, kun käytännöllisesti katsoen kaikki teräskomponentit tekevät niistä käyttökelpoisia.