Postopek toplotne obdelave

Postopek toplotne obdelave na splošno vključuje tri procese: ogrevanje, izolacijo in hlajenje, včasih le dva procesa: ogrevanje in hlajenje. Ti procesi so med seboj povezani in neprekinjeni.

Segrevanje je eden izmed pomembnih procesov pri toplotni obdelavi. Obstaja veliko načinov ogrevanja za toplotno obdelavo kovin, prvi pa je bil uporaba oglja in premoga kot virov toplote, nato pa uporaba tekočih in plinastih goriv. Uporaba električne energije omogoča enostavno nadzorovanje ogrevanja in ne onesnažuje okolja. Ti viri toplote se lahko uporabljajo za neposredno ogrevanje, pa tudi za posredno ogrevanje s staljenimi solmi ali kovinami ter lebdečimi delci.

Ko se kovina segreje, je obdelovanec izpostavljen zraku in je pogosto podvržen oksidaciji in razogljičenju (tj. vsebnost ogljika na površini jeklenih delov se zmanjša), kar zelo negativno vpliva na površinsko delovanje delov po toplotni obdelavi. Zato je treba kovine običajno segrevati v nadzorovani ali zaščitni atmosferi, staljeni soli in vakuumu, prav tako pa jih je mogoče zaščititi in segreti z uporabo premazov ali metod pakiranja.

Temperatura ogrevanja visokovakuumske peči za sintranje je eden od pomembnih procesnih parametrov v procesu toplotne obdelave. Izbira in nadzor temperature ogrevanja je glavno vprašanje pri zagotavljanju kakovosti toplotne obdelave. Temperatura segrevanja se spreminja glede na kovinski material, ki se obdeluje, in namen toplotne obdelave, vendar se na splošno segreje nad temperaturo faznega prehoda, da se pridobi visokotemperaturna mikrostruktura. Poleg tega transformacija zahteva določen čas. Zato je treba, ko površina kovinskega obdelovanca doseže zahtevano temperaturo segrevanja, to temperaturo vzdrževati določen čas, da sta notranja in zunanja temperatura konsistentni in je preoblikovanje mikrostrukture končano. To obdobje se imenuje čas zadrževanja. Pri uporabi ogrevanja z visoko gostoto energije in površinske toplotne obdelave je hitrost segrevanja izjemno visoka in na splošno ni časa izolacije, medtem ko je čas izolacije pri kemični toplotni obdelavi pogosto daljši.

Hlajenje je prav tako nepogrešljiv korak v procesu toplotne obdelave, način hlajenja pa se razlikuje glede na proces, v glavnem nadzor hitrosti hlajenja. Hitrost hlajenja pri žarjenju je na splošno najpočasnejša, medtem ko je hitrost hlajenja pri normalizaciji hitrejša, hitrost hlajenja pri kaljenju pa hitrejša. Obstajajo pa tudi različne zahteve zaradi različnih vrst jekla, na primer jeklo, kaljeno na zraku, se lahko kali z enako hitrostjo hlajenja kot normaliziranje.

Postopke toplotne obdelave kovin lahko na splošno razdelimo v tri kategorije: celotno toplotno obdelavo, površinsko toplotno obdelavo in kemično toplotno obdelavo. Glede na različne ogrevalne medije, temperaturo ogrevanja in metode hlajenja lahko vsako glavno kategorijo razdelimo na več različnih postopkov toplotne obdelave. Uporaba različnih postopkov toplotne obdelave za isto kovino lahko povzroči različne mikrostrukture in s tem različne lastnosti. Jeklo je najbolj razširjena kovina v industriji, njegova mikrostruktura pa je tudi najbolj kompleksna, zato obstajajo različni postopki toplotne obdelave jekla.