Kuumtöötlus on populaarne viis teatud metallide mehaaniliste omaduste muutmiseks. Üks parimaid viise metalli kohandamiseks antud keskkonna või rakenduse nõuetega on selle tugevuse, sitkuse ja kõvaduse muutmine ilma selle keemilist koostist oluliselt muutmata. Metalli saab kuumtöödelda mitmel viisil, kuid karastamine on üks enim kasutatavaid tehnikaid.
Mis on kustutamine?
Karastus on etapp paljudes kuumtöötlemisprotsessides, mis hõlmab detaili kuumutamist nõutava temperatuurini ja selle kiireks jahutamiseks karastusainesse sukeldamist. Soovitud tulemuste saavutamiseks järgnevad sageli muud kuumtöötlusprotsessid, nagu vanandamine, karastamine või lõõmutamine. Metalli kiiresti jahutades saate vältida või soodustada erinevate mikrostruktuuride moodustumist terases, et saavutada soovitud rakenduse jaoks vajalikud omadused.
Erinevat tüüpi kristallilised mikrostruktuurid hõlmavad järgmist:
· Austeniit: Austeniit tekib raua kuumutamisel metallitöötlemisel. See on sitke, kuid vormitav mikrostruktuur, mis sobib suurepäraselt keevitamiseks. Austeniitterasel on mitmesuguseid rakendusi, kuid martensiiterase valmistamiseks töödeldakse seda sageli edasi.
· Martensiit: Martensiitne muundumine toimub kuumutatud metalli kiirel jahutamisel. Kuigi martensiiteras on kõva, on see ka väga rabe. Metalli töötlemine pärast karastamist aitab taastada selle elastsust ja leevendada sisemisi pingeid.
· Ferriit: Ferriit on pehme, termodünaamiliselt stabiilne mikrostruktuur, mis moodustub enne austeniidiks muutumist. Enamasti esineb see madala süsinikusisaldusega terases.
· Tsementiit: Tsementiit on termodünaamiliselt ebastabiilne mikrostruktuur, mis sisaldab rauda ja süsinikku. Selle jäiga mikrostruktuuri tulemuseks on väga kõva, kuid rabe metall.
· Perliit: Aeglase jahutamise tulemuseks on perliidi mikrostruktuur, mis koosneb vahelduvatest ferriidi ja tsementiidi kihtidest. See struktuur on tugev ja kerge ning kõrge kulumiskindlusega.
· Bainiit: Bainiit on kõva, rabe mikrostruktuur, mis tekib siis, kui teraskomponent jahutatakse kiiremini kui perliidi jahutuskiirus, kuid aeglasem kui martensiit.
Kustutuskandja tüüp
Kustutusprotsessi saab läbi viia mitmesuguste karastusvahenditega. Igal meediumil on oma erilised kustutamisomadused. Kustutuskiirus, kustutamiskeskkonna probleemid, kustutuskandja asendamine ja kustutamiskandja maksumus on tegurid, mida kandja kasutustüübi määramisel arvesse võtta. Siin on peamised kustutuskandjate tüübid.
Õhk
Õhk on populaarne karastusmeedium, mida kasutatakse karastamise eesmärgil metallide jahutamiseks. Taskukohasus on õhu üks peamisi eeliseid; selle taskukohasus on tingitud selle küllusest maa peal. Tegelikult loetakse õhuga kustutatuks igasugune materjal, mida kuumutatakse ja lastakse seejärel toatemperatuurini jahtuda lihtsalt üksi jättes. Õhkkarastamist tehakse ka tahtlikult siis, kui see surutakse kokku ja surutakse ümber karastatava metalli. See jahutab osa kiiremini kui liikumatu õhk, kuigi isegi suruõhk võib paljusid metalle mehaaniliste omaduste muutmiseks liiga aeglaselt jahutada.
Vesi
Vesi suudab ka kuumutatud metalle kiiresti kustutada. Terast saab kiiresti jahutada, jahutades seda vees, mis on mõnes rakenduses suurepärane võimaliku kõrgeima kõvaduse saavutamiseks. Kuid sisemise pinge kogunemise tõttu võib selle jahutuskiirus põhjustada ka moonutusi ja pragunemist. Järelikult on komponendi valmimiseks vaja täiendavaid metallurgilisi protseduure.
Vett, nagu paljusid gaase, on lihtne kätte saada ja see ei mõjuta keskkonda, muutes selle säästvaks karastusvahendiks. Aurutaskud võivad takistada veega kustutamist; kui see juhtub, peab sepp komponenti keskkonnas keerutama, et vältida märgade õhutaskute moodustumist ja saasteainete sisseviimist.
Õli
Õli on võimeline kustutama kuumutatud metalle palju kiiremini kui suruõhk. Kuumutatud element lastakse kustutamiseks õliga täidetud paaki. Osa saab ka õliga läbi loputada. Kuna eri tüüpi õlidel on erinev jahutuskiirus ja leekpunkt, kasutatakse neid sageli erinevates rakendustes.
Soolvesi
Soolvesi või soolane vesi on suurepärane jahutusaine kiireks jahutamiseks. See jahtub kiiremini kui õhk, vesi ja õli. Seda seetõttu, et kui soola ja vee segu puutub kokku kuuma metalliga, takistab see õhukuulikeste teket. Selle tulemusena katab vedelik suurema osa metalli pinnast kui õhumullid.
Karastav teras
Teras väärib karastusprotsessi arutamisel eraldi mainimist, kuna selle mehaanilised omadused on karastamise suhtes väga tundlikud. Karastusprotsessis, mida tuntakse karastamise nime all, tõstetakse teras temperatuurini, mis on kõrgem kui selle ümberkristallimistemperatuur, ja jahutatakse karastusprotsessi käigus kiiresti. Kiire karastamine muudab terase kristallstruktuuri võrreldes aeglase jahutamisega. Sõltuvalt terase süsinikusisaldusest ja legeerelementidest võib karastuskarastamisel jääda sellele kõvem ja rabedam mikrostruktuur, näiteks martensiit või bainiit. Need mikrostruktuurid suurendavad terase tugevust ja kõvadust. Kuid need jätavad terase pragude suhtes haavatavaks ja vähendavad oluliselt plastilisust. Sel põhjusel lõõmutatakse või normaliseeritakse mõned terased pärast karastuskarastamist.
