Zhrnutie základných vedomostí o tepelnom spracovaní kovov

Tepelné spracovanie kovov je jedným z dôležitých procesov v strojárskej výrobe. V porovnaní s inými procesmi spracovania tepelné spracovanie vo všeobecnosti nemení tvar a celkové chemické zloženie oceľového výrobku, ale mení mikroštruktúru vo vnútri predmetu alebo mení chemické zloženie povrchu, čím dodáva alebo zlepšuje výkon výrobku. Účelom tepelného spracovania kovov je zlepšiť vnútornú kvalitu kovu tak, aby mal požadované mechanické vlastnosti, fyzikálne vlastnosti a chemické vlastnosti. Okrem rozumného výberu materiálov a rôznych procesov tvárnenia sú často nevyhnutné procesy tepelného spracovania. Oceľ je najpoužívanejším materiálom v strojárskom priemysle. Mikroštruktúra ocele je zložitá a možno ju kontrolovať tepelným spracovaním. Preto je tepelné spracovanie ocele hlavným obsahom tepelného spracovania kovov.

Proces tepelného spracovania

Proces tepelného spracovania vo všeobecnosti zahŕňa tri procesy: vykurovanie, izolácia a chladenie. Niekedy existujú iba dva procesy: vykurovanie a chladenie. Tieto procesy sú vzájomne prepojené a nemožno ich prerušiť. Ohrev je jedným z dôležitých procesov tepelného spracovania. Existuje mnoho spôsobov ohrevu na tepelné spracovanie kovov. Drevené uhlie a uhlie sa najskôr používali ako zdroje tepla a nedávno sa začali používať kvapalné a plynné palivá. Použitie elektriny uľahčuje ovládanie vykurovania a nezaťažuje životné prostredie. Tieto zdroje tepla je možné použiť na priamy ohrev, alebo nepriamy ohrev cez roztavenú soľ alebo kov, prípadne aj plávajúce častice.

Teplota ohrevu je jedným z dôležitých procesných parametrov procesu tepelného spracovania. Výber a kontrola teploty ohrevu sú hlavnými otázkami na zabezpečenie kvality tepelného spracovania. Teplota zahrievania sa mení v závislosti od spracovávaného kovového materiálu a účelu tepelného spracovania, ale všeobecne sa zahrieva nad teplotu fázovej transformácie, aby sa získala vysokoteplotná štruktúra. Transformácia si navyše vyžaduje určitý čas. Preto, keď povrch kovu dosiahne požadovanú teplotu ohrevu, musí sa udržiavať na tejto teplote počas určitého časového obdobia, aby boli vnútorné a vonkajšie teploty konzistentné a transformácia mikroštruktúry bola dokončená. Toto obdobie sa nazýva izolácia. Pri použití vykurovania s vysokou energetickou hustotou a povrchového tepelného spracovania je rýchlosť ohrevu veľmi vysoká a vo všeobecnosti neexistuje žiadna doba izolácie, zatiaľ čo doba izolácie pre chemickú tepelnú úpravu je často dlhšia.

Chladenie je tiež nevyhnutným krokom v procese tepelného spracovania. Spôsoby chladenia sa líšia v závislosti od procesu, pričom sa riadi hlavne rýchlosť chladenia. Všeobecne platí, že žíhanie má najnižšiu rýchlosť chladenia, normalizácia má vyššiu rýchlosť chladenia a kalenie má vyššiu rýchlosť chladenia ako normalizácia. Existujú však aj rôzne požiadavky v dôsledku rôznych druhov ocele.

Povrchová tepelná úprava je proces tepelného spracovania kovu, ktorý ohrieva iba povrchovú vrstvu kovu, aby sa zmenili mechanické vlastnosti povrchovej vrstvy. Aby sa zohrial iba povrch kovu bez toho, aby sa do vnútra kovu prenieslo príliš veľa tepla, musí mať použitý zdroj tepla vysokú hustotu energie, to znamená, že na jednotku plochy sa do kovu dostane veľké množstvo tepelnej energie, takže povrch alebo časť kovu môže v krátkom čase dosiahnuť vysoké teploty. Medzi hlavné metódy povrchového tepelného spracovania patrí kalenie plameňom a tepelné spracovanie indukčným ohrevom. Bežne používané zdroje tepla zahŕňajú kyslík acetylén, kyslík propán, indukovaný prúd, laser a elektrónový lúč.

Chemické tepelné spracovanie je proces tepelného spracovania kovu, ktorý mení chemické zloženie, štruktúru a vlastnosti povrchu kovu. Chemické tepelné spracovanie spočíva v zahriatí kovu v médiu (plyn, kvapalina, pevná látka) obsahujúcom uhlík, soľné médium alebo iné legujúce prvky a jeho dlhodobé udržiavanie v teple, aby povrch kovu mohol preniknúť do prvkov ako uhlík, dusík, bór a chróm. Po infiltrácii prvkov sa niekedy vykonávajú iné procesy tepelného spracovania, ako je kalenie a temperovanie. Medzi hlavné metódy chemického tepelného spracovania patrí karburizácia, nitridácia a metalizácia.

Celkovo možno povedať, že tepelné spracovanie kovov je jedným z dôležitých procesov vo výrobnom procese mechanických dielov, nástrojov a foriem. Môže zabezpečiť a zlepšiť rôzne vlastnosti kovu, ako je odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózii atď. Na druhej strane môže tiež zlepšiť štruktúru a stav napätia polotovaru, aby sa uľahčilo rôzne spracovanie za studena a za tepla.