Wat gebeurt er als metalen een warmtebehandeling ondergaan

Voordat moderne metaalbewerkingstechnieken werden uitgevonden, gebruikten smeden warmte om metaal werkbaar te maken. Nadat het metaal in de gewenste vorm was gevormd, werd het verwarmde metaal snel afgekoeld. Snelle afkoeling maakte het metaal harder en minder bros. Moderne metaalbewerking is veel geavanceerder en preciezer geworden, waardoor verschillende technieken voor verschillende doeleinden kunnen worden gebruikt.

Het blootstellen van metaal aan extreme hitte zorgt ervoor dat het uitzet, naast de structuur, elektrische weerstand en magnetisme. Thermische uitzetting spreekt voor zich. Metalen zetten uit wanneer ze worden blootgesteld aan specifieke temperaturen, die variëren afhankelijk van het metaal. De feitelijke structuur van metaal verandert ook met warmte. Verwezen naar Als allotrope fase-transformatiewarmte maakt metalen doorgaans zachter, zwakker en ductieler. Ductiliteit is het vermogen om metaal in een draad of iets dergelijks te strekken.

Warmte kan ook de elektrische weerstand van metaal beïnvloeden. Hoe warmer het metaal wordt, hoe meer de elektronen zich verspreiden, waardoor het metaal beter bestand is tegen elektrische stroom. Metalen die tot bepaalde temperaturen zijn verwarmd, kunnen ook hun magnetisme verliezen. Door temperaturen te verhogen tot tussen 626 graden Fahrenheit en 2.012 graden Fahrenheit, afhankelijk van het metaal, zal magnetisme verdwijnen. De temperatuur waarbij dit gebeurt in een specifiek metaal staat bekend als de Curie-temperatuur.

Warmtebehandeling is het proces waarbij metalen worden verwarmd en gekoeld om hun microstructuur te veranderen en om de fysieke en mechanische eigenschappen naar voren te brengen die metalen aantrekkelijker maken. De temperaturen waarop metalen worden verwarmd, en de koelsnelheid na warmtebehandeling kan de eigenschappen van metaal aanzienlijk veranderen.

De meest voorkomende redenen waarom metalen een warmtebehandeling ondergaan, zijn het verbeteren van hun sterkte, hardheid, taaiheid, ductiliteit en corrosiebestendigheid. Veel voorkomende technieken voor warmtebehandeling zijn onder meer:

• Gloeien is een vorm van warmtebehandeling die een metaal dichter bij zijn evenwichtstoestand brengt. Het verzacht metaal, maakt het werkbaarder en zorgt voor meer ductiliteit. Hierbij wordt het metaal verhit tot boven de hoogste kritische temperatuur om de microstructuur te veranderen. Daarna wordt het metaal langzaam gekoeld.
• Minder duur dan gloeien, blussen is een warmtebehandelingsmethode die metaal snel terugbrengt naar kamertemperatuur nadat het boven de hoogste kritische temperatuur is verwarmd. Het afschrikproces voorkomt dat het koelproces de microstructuur van het metaal verandert. Doven, wat kan worden gedaan met water, olie en andere media, hardt staal uit op dezelfde temperatuur als bij volledig gloeien.
• Precipitatieharden is ook bekend als verharding van de leeftijd. Het zorgt voor uniformiteit in de korrelstructuur van een metaal, waardoor het materiaal sterker wordt. Het proces omvat het verwarmen van een oplossingsbehandeling tot hoge temperaturen na een snel koelproces. Precipitatieharden wordt meestal uitgevoerd in een inerte atmosfeer bij temperaturen van 900 graden Fahrenheit tot 1150 graden Fahrenheit. Het kan een uur tot vier uur duren om het proces uit te voeren. De tijdsduur hangt typisch af van de dikte van het metaal en vergelijkbare factoren.
• Tegenwoordig algemeen gebruikt in de staalproductie, temperen is een warmtebehandeling die wordt gebruikt om de hardheid en taaiheid van staal te verbeteren en om de brosheid te verminderen. Het proces zorgt voor een meer ductiele en stabiele structuur. Ontlaten is bedoeld om de beste combinatie van mechanische eigenschappen in metalen te bereiken.
• Stress verlichtend is een warmtebehandelingsproces dat de spanning in metalen vermindert nadat ze zijn afgeschrikt, gegoten, genormaliseerd, enzovoort. Stress wordt verlicht door metaal te verwarmen tot een temperatuur die lager is dan nodig is voor transformatie. Na dit proces wordt het metaal langzaam afgekoeld.
• Normaliseren is een vorm van warmtebehandeling die onzuiverheden verwijdert en de sterkte en hardheid verbetert door de korrelgrootte aan te passen om uniformer te zijn door het hele metaal. Dit wordt bereikt door het metaal met lucht af te koelen nadat het tot een precieze temperatuur is verwarmd.
• Wanneer een metalen onderdeel is cryogeen behandeldwordt het langzaam afgekoeld met vloeibare stikstof. Het langzame koelproces helpt thermische spanning van het metaal te voorkomen. Vervolgens wordt het metalen deel ongeveer een dag op een temperatuur van ongeveer minus 190 graden Celsius gehouden. Wanneer het later door warmte wordt getemperd, ondergaat het metalen deel een temperatuurverhoging tot ongeveer 149 graden Celsius. Dit helpt de hoeveelheid brosheid te verminderen die kan worden veroorzaakt wanneer martensiet wordt gevormd tijdens cryogene behandeling.