В науке материалов , тушение является быстрым охлаждением обрабатываемой детали в воде, масле или на воздухе для получения определенных свойств материала . Закалка, вид термообработки , предотвращает нежелательные низкотемпературные процессы, такие как фазовые превращения. Это достигается за счет сокращения временного окна, в течение которого эти нежелательные реакции являются как термодинамически благоприятными, так и кинетически доступными; например, закалка может уменьшить размер кристаллического зерна как металлических, так и пластмассовых материалов, увеличивая их твердость.
В металлургии закалка чаще всего используется для упрочнения стали путем индукции мартенситного превращения, когда сталь должна быстро охлаждаться через ее эвтектоидную точку, температуру, при которой аустенит становится нестабильным. В стали, легированной такими металлами, как никель и марганец , температура эвтектоида становится намного ниже, но кинетические барьеры для фазового превращения остаются прежними. Это позволяет начинать закалку при более низкой температуре, что значительно упрощает процесс. В быстрорежущей стали также добавлен вольфрам., который служит для создания кинетических барьеров, которые, среди прочего, придают материалу такие свойства (твердость и сопротивление истиранию), как если бы заготовка охлаждалась быстрее, чем на самом деле. Даже медленное охлаждение таких сплавов на воздухе дает большинство желаемых эффектов закалки; быстрорежущая сталь намного меньше ослабляется от термоциклирования за счет высокоскоростной резки. [1]
Чрезвычайно быстрое охлаждение может предотвратить образование всей кристаллической структуры, приводящей к образованию аморфного металла или «металлического стекла».
Закалочная закалка - это механический процесс, при котором сплавы стали и чугуна упрочняются и упрочняются. Эти металлы состоят из черных металлов и сплавов. Это делается путем нагревания материала до определенной температуры, в зависимости от материала. Это дает более твердый материал за счет поверхностного или сквозного упрочнения, в зависимости от скорости охлаждения материала. Затем материал часто отпускают, чтобы уменьшить хрупкость, которая может увеличиваться в процессе закалки. Детали, которые могут быть закалены, включают шестерни, валы и изнашиваемые блоки.
Перед закалкой литые стали и чугун имеют однородную пластинчатую (или слоистую) перлитную зернистую структуру. Это смесь феррита и цементита, образующаяся при производстве стали или чугуна и медленном охлаждении. Перлит не является идеальным материалом для многих распространенных применений стальных сплавов, поскольку он довольно мягкий. При нагревании перлита выше температуры эвтектоидного перехода 727 ° C и последующем быстром охлаждении часть кристаллической структуры материала может быть преобразована в гораздо более твердую структуру, известную как мартенсит. Стали с такой мартенситной структурой часто используются в тех случаях, когда заготовка должна обладать высокой устойчивостью к деформации, например, режущая кромка лезвий. Это очень эффективно.
Процесс закалки - это прогрессия, начинающаяся с нагрева образца. Большинство материалов нагреваются до температуры от 815 до 900 ° C (от 1500 до 1650 ° F), при этом особое внимание уделяется поддержанию однородности температуры по всей заготовке. Сведение к минимуму неравномерного нагрева и перегрева является ключом к достижению желаемых свойств материала.
Второй этап процесса закалки - замачивание. Заготовки можно замачивать на воздухе (воздушная печь), в жидкой ванне или в вакууме. Рекомендуемое время пребывания в соляных или свинцовых ваннах - до 6 минут. Время замачивания может быть немного выше в вакууме. Как и на этапе нагрева, важно, чтобы температура во всем образце оставалась как можно более равномерной во время замачивания.
Как только заготовка пропитается, она переходит к этапу охлаждения. На этом этапе деталь погружается в какую-то охлаждающую жидкость; различные закалочные жидкости могут существенно повлиять на конечные характеристики закаленной детали. Вода - одна из наиболее эффективных закалочных сред, где желательна максимальная твердость, но есть небольшая вероятность того, что она может вызвать деформацию и крошечные трещины. Когда можно пожертвовать твердостью, часто используют минеральные масла. Эти жидкости на масляной основе часто окисляются и образуют осадок во время закалки, что, следовательно, снижает эффективность процесса. Скорость охлаждения масла намного меньше, чем у воды. Промежуточные скорости между водой и маслом могут быть получены с помощью специально разработанного охлаждающего агента, вещества с обратной растворимостью, которое, таким образом, осаждается на объекте, замедляя скорость охлаждения.
Охлаждение также может быть выполнено с использованием инертных газов, таких как азот и благородные газы. Азот обычно используется при давлении выше атмосферного в диапазоне до 20 бар абсолютного давления. Гелий также используется, потому что его теплоемкость больше, чем у азота. В качестве альтернативы можно использовать аргон; однако его плотность требует значительно больше энергии для движения, а его теплоемкость меньше, чем у альтернатив. Чтобы свести к минимуму деформацию заготовки, длинные цилиндрические заготовки закаливают вертикально; плоские заготовки закалены по кромке; и толстые секции должны входить в ванну первыми. Чтобы избежать образования пузырьков пара, ванну встряхивают.
Часто после закалки сплав железа или стали будет чрезмерно твердым и хрупким из-за переизбытка мартенсита. В этих случаях, еще один метод термообработки известный как темперирования осуществляются на закаленном материале , с тем , чтобы увеличить ударную вязкость по железу основанного сплавов . Закалка обычно выполняется после закалки , чтобы уменьшить часть избыточной твердости , и осуществляется путем нагревания металла до некоторой температуры ниже критической точки в течение определенного периода времени, а затем охлаждения на неподвижном воздухе.
Есть свидетельства того, что кузнецы использовали закалку еще в середине железного века , но существует мало подробной информации, связанной с развитием этих методов и процедур, применявшихся ранними кузнецами. [2] Хотя первые мастера-металлисты должны были быстро заметить, что процессы охлаждения могут влиять на прочность и хрупкость железа, и можно утверждать, что термическая обработка стали была известна в Старом Свете с конца второго тысячелетия до нашей эры, [3]Археологически трудно идентифицировать преднамеренное использование тушения. Более того, похоже, что, по крайней мере, в Европе, «закалка и отпуск по отдельности не стали обычным явлением до 15 века»; Поэтому полезно различать «полную закалку» стали, когда закалка настолько быстрая, что образуется только мартенсит, и «слабая закалка», когда закалка медленнее или прерывистая, что также позволяет образовываться перлиту и приводит к меньшему хрупкий продукт. [4]
Самые ранние образцы закаленной стали могут происходить из древней Месопотамии, с относительно надежным примером закаленного долота четвертого века до нашей эры из Эль-Мина в Турции. [5] Книга 9, строки 389-94 Одиссеи Гомера широко цитируется как ранняя, возможно, первая письменная ссылка на тушение: [2] [6]
как когда человек, который работает кузнецом, погружает кричащий большой клинок или тесло в холодную воду, чтобы вылечить его от гнева, так как таким образом сталь делается прочной, даже в этом случае глаз Циклопа зашипел вокруг луча оливы.
Однако не подлежит сомнению, что этот отрывок описывает преднамеренное закалочное упрочнение, а не просто охлаждение. [7] Точно так же есть вероятность, что Махабхарата относится к закалке железных наконечников стрел маслом, но доказательства сомнительны. [8]
Плиний Старший обратился к теме закаливания, различая воду разных рек. [9] В главах 18–21 книги « De diversis artis XII века » Феофила Пресвитера упоминается закалка, среди прочего рекомендуя, что «инструменты также подвергаются более жесткой выдержке в моче маленького рыжеволосого мальчика, чем в обычной воде». . [2] Одним из наиболее полных ранних дискуссий о закалке является первая западная печатная книга по металлургии Von Stahel und Eysen , опубликованная в 1532 году, что характерно для технических трактатов позднего средневековья.
Современное научное изучение тушения начало набирать обороты с семнадцатого века, и важным шагом стало обсуждение под руководством наблюдений Джамбаттисты делла Порта в его Magia Naturalis 1558 года . [10]
Отвод тепла происходит в три этапа:
Этап A. Пузырьки пара образуются над металлом и начинают охлаждаться.
На этом этапе из-за эффекта Лейденфроста объект полностью окружен паром, который изолирует его от остальной жидкости.
Стадия B: охлаждение паром
Как только температура упадет достаточно, слой пара дестабилизируется, и жидкость сможет полностью контактировать с объектом, и тепло будет отводиться намного быстрее.
Этап C: жидкостное охлаждение
Эта стадия возникает, когда температура объекта ниже точки кипения жидкости.
|volume=
имеет дополнительный текст ( справка )|volume=
имеет дополнительный текст ( справка )Поищите тушение в Викисловаре, бесплатном словаре. |