תהליך טיפול בחום

תהליך טיפול בחום - הסבר

ניתן לשפר או לעצב את התכונות המכניות של מתכת או סגסוגת לדרישות הרצויות שלנו על ידי יישום תהליך ייצור הנקרא טיפול בחום. טיפול בחום מועסק בשלבים שונים של תהליך הייצור כדי לרכוש מאפיינים רצויים. ניתן להשתמש בו כדי להפוך את הדגימה לחזקה או קשה מבחינה מכנית. אם הוא מבוצע תחת אווירה מבוקרת, זה יכול להפוך את הדגימה ליותר גמישה וגמישה. לפעמים, עיבוד מתכת כמו ריתוך או פרזול יכול לגרום לדגימה לשנות את תכונותיה, כתוצאה מכך, ניתן להשתמש בטיפול בחום כדי להחזיר את תכונות הדגימה לתנאי העבודה לפני העבודה.

שיקול חשוב בעת שינוי התכונות המכניות של מתכת או סגסוגת הוא העובדה שיש לעשות פשרה בין מאפיינים מועדפים שונים. בדרך כלל, שיפור נכס אחד מביא לאובדן תכונה רצויה אחרת. לדוגמה, הפיכת הדגימה לחזקה או קשה יותר יכולה לגרום לאובדן משיכות וכתוצאה מכך, החומר יהפוך שביר יותר. באופן דומה, הסרת מתח תהפוך את החומר לגמיש יותר אך פחות חזק.

תהליך טיפול בחום - עבודה

למתכות ולסגסוגות שלהן מבנה גבישי, המורכב מיחידות קטנות הנקראות סריג גביש. סריג אלה גדלים ויוצרים גרגרי גביש. הכיוון והגודל של גרגירים אלו הם קריטיים לתכונות המכניות והפיזיקליות של החומר. גדלי גרגרים קטנים יותר מייצרים דגימה גמישה יותר, חזקה יותר וקשוחה יותר בעוד שגדלים גדולים יותר יגרמו לחומר רקיע עם חוזק מתיחה נמוך יותר. לכן, שליטה בסביבת תהליך הייצור יכולה לאפשר לנו לתמרן את צמיחת הדגן וכתוצאה מכך, את תכונות החומר שלנו. מניפולציה זו יכולה להיעשות באמצעות תהליך טיפול בחום הכולל חימום דגימה של מתכת או סגסוגת לטמפרטורות קיצוניות, לפעמים גבוהות עד 2400F אך בדרך כלל מתחת לנקודת ההיתוך שלה. חומר מחומם זה נשמר לאחר מכן בטמפרטורה גבוהה זו למשך זמן מה ומאפשרים לו להתקרר. לפיכך, ניטור ובקרה קפדנית של תהליך הטיפול בחום יכול להביא לחומר בעל מאפיינים רצויים.

תהליך טיפול בחום - שלבים

כדי להשיג את המאפיינים הנדרשים, תהליך הטיפול בחום חייב להתבצע בזהירות. הפרמטרים השולטים בהצלחת תהליך הטיפול בחום הם שלושת השלבים המעורבים בתהליך.

1. הַסָקָה
2. שְׁרִיָה
3. הִתקָרְרוּת

א. חימום:

השלב הראשון בתהליך הטיפול בחום הוא חימום החומר לטמפרטורה גבוהה ספציפית. תהליך החימום חשוב שכן הוא מביא לשינוי במבנה המיקרו של החומר וכתוצאה מכך מתרחש שינוי בתכונות. החימום חייב להיעשות באיטיות ובהדרגה כדי להסיר כל שיפוע טמפרטורה על פני דגימת החומר. אם מבוצעים במהירות, זעזועים תרמיים יכולים להופיע בסריג, מה שהופך אותו לשביר ורגיש לכישלון. דרישות החימום תלויות במספר גורמים ומשתנות מדגימה לדגימה. חלק מהגורמים המשפיעים על טמפרטורות החימום הם:

1. מוליכות החומר: ככל שמוליכות החומר גבוהה יותר, כך העברת החום תתרחש מהר יותר.
2. המצב הקיים של החומר: הדגימות שעובדו מראש כמו מרותכות או מזויפות יהיו בעלי מתחים תרמיים משופרים ולכן יזדקקו לחימום איטי יותר.
3. הגיאומטריה של הדגימה: דגימה בחתך לא סדיר דורשת קירור איטי יותר מדגימת גיאומטריה קטנה או רגילה.

II. שְׁרִיָה:

השלב הבא בתהליך הטיפול בחום הוא שלב ההשריה. זה כרוך בשמירה על הדגימה המחוממת בטמפרטורה גבוהה לתקופה מסוימת. לשלב ההשריה יש חשיבות מכרעת לתכונות המכניות הסופיות של החומר שכן בשלב זה סריג הגביש הפנימי והגרגר מקבלים את צורתם הסופית. מבנה המיקרו של מתכת גבישית או סגסוגת גדל בהתאם לזמן שבו נותנים לחומר להיספג.

זמני ההשריה תלויים גם בגיאומטריה של החומר הנתון לתהליך הטיפול בחום. חומרים בעלי חתכים גדולים יותר דורשים תקופת השרייה ארוכה יותר כדי לאפשר פיזור חום לאורך סריג הגביש שלהם. להיפך, חומרים בעלי שטחים קטנים יותר וגיאומטריות רגילות אינם זקוקים לזמן רב להשרייה.

III. הִתקָרְרוּת:

השלב הבא והאחרון בטיפול בחום של מתכת או סגסוגת הוא החזרת החומר המחומם לטמפרטורת החדר הרגילה. שלב זה הוא גם חיוני לתכונות הסופיות של החומר ויש לשאת אותו בזהירות. קצבי הקירור קובעים את הקשיות, החוזק והגמישות של המוצר הסופי. אם מבצעים אותו במהירות, מושג חומר קשה וחזק יותר, אך המשיכות נפגעת. עם זאת, קצבי קירור איטיים יותר יכולים לספק חומר רקיע, אך החוזק הוא ברמות נמוכות יותר.

שיקול חשוב נוסף הוא אמצעי הקירור. ניתן להשיג קירור באמצעות הכנסת אמצעי קירור כמו שמן, מים או מי מלח, או שהוא יכול להתבצע על ידי פעולת זרמי אוויר. הבחירה של מצע קירור תלויה גם בסוג החומר הנתון לתהליך הטיפול בחום, בנוסף לתכונות הסופיות הרצויות. אמצעי קירור לא מתאים עלול לגרום לעיוות ולסדקים של החומר. לכן, יש לבצע מחקר מקיף לפני בחירת נוזל הקירור עבור החומר שלך.

תהליך טיפול בחום - טכניקות

שליטה בשלבים הנ"ל יכולה לגרום לתכונות שונות ולכן כדי לקבל חומר בעל תכונות רצויות, קיימות טכניקות שונות של טיפול בחום המוזכרות להלן:

1. רִכּוּך
   חישול הוא תהליך טיפול בחום שמתבצע בדרך כלל בטמפרטורות מעל לטמפרטורת ההתגבשות, ולאחר מכן קירור בקצב איטי בדרך כלל באוויר. שיטה זו מועדפת בדרך כלל כאשר יש צורך במשיכות של מתכת או סגסוגת, ויש להוריד את הקשיות שלה. זה מכין מתכת או סגסוגת שלה לעבודה קרה. יתר על כן, ניתן להסיר את הלחץ והפריקה הנוצרים מעבודה קרה על ידי טיפול בחום באמצעות טכניקת החישול.
   חישול, כאשר הוא מבוצע, שובר תחילה את מבנה הסריג והגרגר הקיים על ידי חימום מעבר לטמפרטורת ההתגבשות של הגביש ולאחר מכן מאפשר למבנה העדין לגדול בהדרגה. לפיכך, הסרת כל נקעים ושיפור משיכותו.
2. התקשות התיק
   הקשחת מקרה היא טכניקה נוספת של תהליך טיפול בחום המופעלת כדי לשפר את הקשיות של המתכת או הסגסוגת. טכניקה זו, בניגוד לתהליכי טיפול בחום אחרים, מקשיחה את פני השטח החיצוניים של החומר בלבד תוך שמירה על התכונות המכניות של הליבה ללא שינוי. טכניקה זו חסכונית ולעיתים מועדפת על פני שיטות טיפול בחום אחרות מכיוון שהיא מספקת מראה חיצוני מוקשה עם משיכות הליבה שלמה.
   התקשות המארז מתבצעת על ידי חימום לטמפרטורות גבוהות, ולאחר מכן השרייה אך הקירור מתבצע במהירות. טכניקת כיבוי זו אינה מאפשרת למבני הגביש הפנימיים לשנות את המיקרו-מבנה שלהם על ידי קירור פתאומי. ניתן להשיג קירור מהיר על ידי שימוש במרווה במדיום נוזל קירור כמו מים או שמן.
3. הַרפָּיָה
   לפעמים, לאחר שהחומר התקשה על ידי כיבוי וקירור מהיר, נעשה שימוש בטכניקת טיפול בחום נוספת כדי להפחית את קשיות החומר כדי לשפר את קשיחותו. תהליך ההתקשות עלול לגרום לשבריריות של החומר שלעיתים היא מאפיין לא רצוי ועלול להפריע לתועלת החומר. לכן, טמפרור משמש להורדת הקשיות והשבירות כדי לשפר את המשיכות של הדגימה.
   הטמפרור נעשה בדרך כלל על ידי חימום מחדש של החומר המרוווה לטמפרטורות בדרך כלל מתחת לטמפרטורות קריטיות. לאחר מכן נותנים לחומר המחומם הזה להתקרר באוויר. כתוצאה מכך, הקשיות מופחתת מעט, מה שמאפשר לחומר להיות רקיע יותר ופחות שביר.
4. דרך התקשות
   התקשות דרך דומה להתקשות מארז שכן היא משפרת את קשיות החומר. עם זאת, בניגוד להתקשות המארז, תהליך טיפול בחום זה מקשיח את החומר בכל הדגימה ולא רק בחלק החיצוני.

תהליך טיפול בחום - מפרטים

בדרך כלל, בזמן ביצוע תהליך הטיפול בחום, טכניקת העיבוד אינה מספיקה כדי להבין את המוצר במלואו. יש צורך במפרטים מסוימים כדי להבין כראוי את המאפיינים הסופיים הרצויים. מפרטים אלה הם:

1. התקשות מארז:
   בדרך כלל, בעת ביצוע תהליך טיפול בחום של התקשות, ישנם שני סוגים של מפרטים, כלומר, עומק המארז יעיל ועומק המארז הכולל.
   למקרים דקים יותר לאחר טיפול בחום, נעשה שימוש במפרטי עומק המארז יעילים. הם מזכירים את עומק דיפוזיית הפחמן מפני השטח. עבור מקרים עבים יותר, מצוין עומק המארז הכולל. זה מודד את המרחק מהחלק החיצוני לתוך המארז ומבטא את רמת הקשיות. רמות קשיות אלו מתבטאות בדרך כלל בסולם Rockwell B (HRB).
2. דרך התקשות
   דרך התקשות מוגדרת בדרך כלל על ידי רמות הקשיות. רמות אלו מתבטאות בדרך כלל כטווח סובלנות שכן השגת רמת קשיות אחידה קשה לשינוי בגיאומטריה. הוא עושה שימוש בסולם קשיות Rockwell C (HRC) כדי לגייס את רמות הקשיות.
3. רִכּוּך
   חישול מצוין גם על ידי סולם קשיות Rockwell C (HRC).