Wissenschaft

Was passiert, wenn Metalle einer Wärmebehandlung unterzogen werden?

Bevor moderne Metallbearbeitungstechniken erfunden wurden, verwendeten Schmiede Wärme, um Metall bearbeitbar zu machen. Sobald das Metall in die gewünschte Form gebracht worden war, wurde das erhitzte Metall schnell abgekühlt. Durch schnelles Abkühlen wurde das Metall härter und weniger spröde. Die moderne Metallbearbeitung ist viel ausgefeilter und präziser geworden, sodass verschiedene Techniken für verschiedene Zwecke verwendet werden können.

 

Auswirkungen von Wärme auf Metall

Wenn Metall extremer Hitze ausgesetzt wird, dehnt es sich zusätzlich zu seiner Struktur, seinem elektrischen Widerstand und seinem Magnetismus aus. Die Wärmeausdehnung ist ziemlich selbsterklärend. Metalle dehnen sich aus, wenn sie bestimmten Temperaturen ausgesetzt werden, die je nach Metall variieren. Die tatsächliche Struktur von Metall ändert sich auch mit der Wärme. Als allotrope Phasenumwandlung bezeichnet , macht Wärme Metalle typischerweise weicher, schwächer und duktiler. Duktilität ist die Fähigkeit, Metall in einen Draht oder ähnliches zu dehnen.

Hitze kann auch den elektrischen Widerstand von Metall beeinflussen. Je heißer das Metall wird, desto mehr streuen die Elektronen, wodurch das Metall widerstandsfähiger gegen elektrischen Strom ist. Auf bestimmte Temperaturen erhitzte Metalle können ebenfalls ihren Magnetismus verlieren. Durch Erhöhen der Temperaturen auf 626 Grad Fahrenheit bis 2.012 Grad Fahrenheit, je nach Metall, verschwindet der Magnetismus. Die Temperatur, bei der dies in einem bestimmten Metall geschieht, wird als Curie-Temperatur bezeichnet.

 

Wärmebehandlung

Bei der Wärmebehandlung werden Metalle erhitzt und gekühlt, um ihre Mikrostruktur zu ändern und die physikalischen und mechanischen Eigenschaften hervorzuheben, die Metalle wünschenswerter machen. Die Temperaturen, auf die Metalle erhitzt werden, und die Abkühlgeschwindigkeit nach der Wärmebehandlung können die Metalleigenschaften erheblich verändern.

Die häufigsten Gründe für die Wärmebehandlung von Metallen sind die Verbesserung ihrer Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit. Übliche Techniken zur Wärmebehandlung umfassen Folgendes:

    • Das Tempern ist eine Form der Wärmebehandlung, die ein Metall seinem Gleichgewichtszustand näher bringt. Es macht Metall weich, macht es bearbeitbarer und sorgt für mehr Duktilität. Bei diesem Verfahren wird das Metall über seine obere kritische Temperatur erhitzt, um seine Mikrostruktur zu ändern. Danach wird das Metall langsam abgekühlt.
    • Das Abschrecken ist kostengünstiger als das Tempern und eine Wärmebehandlungsmethode, bei der Metall schnell auf Raumtemperatur zurückgeführt wird, nachdem es über seine obere kritische Temperatur erhitzt wurde. Der Abschreckprozess verhindert, dass der Abkühlungsprozess die Mikrostruktur des Metalls verändert. Das Abschrecken, das mit Wasser, Öl und anderen Medien durchgeführt werden kann, härtet Stahl bei der gleichen Temperatur wie das vollständige Glühen.
    • Das Ausscheidungshärten wird auch als Alterungshärten bezeichnet . Es schafft Gleichmäßigkeit in der Kornstruktur eines Metalls und macht das Material fester. Das Verfahren beinhaltet das Erhitzen einer Lösungsbehandlung auf hohe Temperaturen nach einem schnellen Abkühlungsprozess. Das Ausscheidungshärten wird normalerweise in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 900 Grad Fahrenheit bis 1.150 Grad Fahrenheit durchgeführt. Die Durchführung des Vorgangs kann zwischen einer Stunde und vier Stunden dauern. Die Zeitdauer hängt typischerweise von der Dicke des Metalls und ähnlichen Faktoren ab.

 

    • Das Tempern ist heutzutage eine Wärmebehandlung, die zur Verbesserung der Härte und Zähigkeit von Stahl sowie zur Verringerung der Sprödigkeit verwendet wird. Der Prozess schafft eine duktilere und stabilere Struktur. Ziel des Temperns ist es, die beste Kombination mechanischer Eigenschaften in Metallen zu erzielen.
    • Der Spannungsabbau ist ein Wärmebehandlungsprozess, der die Spannung in Metallen verringert, nachdem diese abgeschreckt, gegossen, normalisiert usw. wurden. Die Spannung wird durch Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur abgebaut, die niedriger ist als die für die Umwandlung erforderliche. Nach diesem Vorgang wird das Metall dann langsam abgekühlt.
    • Das Normalisieren ist eine Form der Wärmebehandlung, die Verunreinigungen beseitigt und die Festigkeit und Härte verbessert, indem die Korngröße so geändert wird, dass sie im gesamten Metall gleichmäßiger ist. Dies wird erreicht, indem das Metall nach dem Erhitzen auf eine genaue Temperatur mit Luft gekühlt wird.
    • Wenn ein Metallteil kryogen behandelt wird. wird es langsam mit flüssigem Stickstoff abgekühlt. Der langsame Abkühlungsprozess hilft, eine thermische Belastung des Metalls zu verhindern. Als nächstes wird das Metallteil etwa einen Tag lang auf einer Temperatur von ungefähr minus 190 Grad Celsius gehalten. Wenn es später hitzetemperiert wird, erfährt das Metallteil einen Temperaturanstieg auf ungefähr 149 Grad Celsius. Dies hilft, die Sprödigkeit zu verringern, die verursacht werden kann, wenn sich während der kryogenen Behandlung Martensit bildet.

 

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