Everything You Should Know About The Tempering Process

Har du nogensinde undret dig over, hvad der gør et metal stærkt, men også i stand til at bøje? Jeg mener den type metal, der bruges til en skarp kniv eller en stærk ramme til en bygning. Hemmeligheden er normalt en proces, der kaldes hærdning. Jeg har arbejdet med metaller i mange år. Jeg kan fortælle dig, at det er meget vigtigt at forstå hærdning. Denne artikel vil forklare alle de ting, du har brug for at vide om denne fantastiske varmebehandlingsproces. Jeg vil forklare, hvad det er, og hvorfor vi gør det. Jeg vil også forklare, hvordan det ændrer et hårdt, skrøbeligt metal til noget med den helt rigtige blanding af hårdhed og sejhed. Efter at have læst dette, vil du forstå, hvordan vi forbereder metaller til hverdagsbrug.

Hvad er hærdningen i et metal?

Når jeg taler om et metals temperament, mener jeg, hvor meget hårdhed og sejhed det har. Du kan tænke på det som metallets personlighed. Når et metal er gjort meget hårdt, kan det også være meget let at knække. Dette gælder især for en legering som stål. Det kan næsten være som glas. Det er derfor, vi bruger hærdningsprocessen. Hærdning er en varmebehandling. Vi bruger det til at gøre jernbaserede legeringer sejere. Denne behandlingsproces hjælper med at finde den helt rigtige balance.

Vi ønsker, at metallet skal være hårdt, så det kan holde en skarp kant eller holde sin form. Men vi ønsker ikke, at det skal være så hårdt, at det revner, når du lægger pres på det. Temperamentet er den perfekte mellemvej. Hovedårsagen til hærdningsprocessen er at ændre metallets mekaniske egenskaber på en omhyggelig måde. For at gøre dette opvarmer vi det hærdede stål til en bestemt temperatur. Derefter lader vi det køle ned. Denne proces sænker hårdheden en smule. Det gør også metallet mindre tilbøjeligt til at knække, hvilket reducerer dets skørhed. Det giver metallet mere duktilitet. Det betyder, at det kan bøje lidt, før det knækker. At få det rigtige temperament kræver både dygtighed og viden. Jeg har lært, at den nøjagtige temperatur og den rigtige mængde tid er meget vigtige. Det endelige temperament afgør, hvordan metallet vil opføre sig, når det bruges, uanset om det er en del af et lille bor eller en kæmpe bjælke i en bygning. Målet er at få den bedste blanding af styrke og modstand.

Hvorfor er hærdningsprocessen så vigtig?

Jeg må sige det igen: hærdningsprocessen er meget vigtig for at fremstille mange metalprodukter, der er nyttige og sikre. Uden hærdning ville mange af de værktøjer og maskiner, vi bruger hver dag, ikke fungere godt. Tænk på en kniv, der får et skår første gang du bruger den. Eller en bilde, der knækker ved den første bump på vejen. Det er, hvad du ville have uden magien ved hærdning. Hærdning bruges til at sænke de indre spændinger. Disse er tryk, der opbygges inde i et metal, når det hærdes. Disse spændinger er det, der gør metallet skørt.

Ved at opvarme metallet til en lavere temperatur end den, der bruges til at hærde det, lader vi de små dele indeni bevæge sig rundt. De sætter sig i en form med mindre stress. Denne varmebehandlingsproces gør metallet sejere. Det gør det også bedre til at håndtere stød. Fordelene ved hærdning er lette at se. Du får et materiale med bedre duktilitet og sejhed, samtidig med at du bevarer god hårdhed. Det betyder, at metallet kan optage energi og ændre form lidt uden at knække. Hærdning kan hjælpe med at lave et metal, der er stærkt og kan stoles på. Dette er lige hvad vi har brug for til de fleste job inden for metalbearbejdning og fremstilling af ting.

Hvordan hærder du et metal, før du tempererer det?

Før du overhovedet kan tænke på temperamentet, skal du først hærde metallet. Hærdningsprocessen er det, der giver metallet dets første høje niveau af hårdhed. For en legering som kulstofstål betyder det at opvarme metallet til en meget høj temperatur. Det opvarmes over dets øvre kritiske temperatur. Når materialet opvarmes til dette punkt, ændres dets indre struktur. Jeg har set dette mange gange. Metallet opvarmes, indtil det gløder en lys rød farve.

Så snart metallet når den rigtige temperatur, har det brug for en hurtig afkøling. Vi kalder dette en slukning. Dette gøres normalt ved at sætte det varme metal i vand, olie eller en anden speciel væske. Denne hurtige afkøling eller slukningsoperation fryser den ændrede struktur, kaldet martensit, på plads. Martensit er det, der gør stålet meget hårdt. Men som jeg sagde, er det også meget let at knække. Hastigheden af kølehastigheden er meget vigtig her. En hurtig slukning gør metallet hårdere og stærkere. Denne hårde og skøre tilstand er udgangspunktet for hærdningsprocessen.

Hvilke gode ting kommer der ud af hærdning?

Jeg har talt om dette lidt, men lad os se nærmere på de gode ting, der kommer fra hærdning. Hovedmålet er at forbedre metallets sejhed. Sejhed er, hvor godt et materiale kan tage et slag uden at knække. Et hårdt, men skørt metal har ikke meget sejhed. Efter hærdning er metallet meget bedre til at håndtere pludselige slag. Denne varmebehandling handler om at skabe en god balance mellem hårdhed og sejhed.

Her er nogle af de vigtigste fordele, du får ved et godt temperament:

• Gør det mindre skørt: Dette er den vigtigste. Hærdning reducerer chancen for, at metallet går i stykker. Det gør metallet mere tilgivende.
• Øger sejheden: Metallet kan håndtere flere slag og tryk.
• Sænker indre spændinger: Slukningsdelen af processen skaber et stort tryk inde i metallet. Hærdning hjælper med at aflaste indre spændinger.
• Forbedrer duktiliteten: Metallet kan bøje eller strække sig mere, før det knækker.
• Bevarer god hårdhed: Selvom du reducerer hårdheden lidt, er en hærdet ståldel stadig meget hård og kan modstå slid.

Denne tabel viser, hvordan hærdning ændrer metallers egenskaber:

Hvordan fungerer hærdning på et metal som kulstofstål?

Kulstofstål er en fantastisk måde at forklare, hvordan hærdning fungerer. Når du hærder kulstofstål, er dets struktur for det meste lavet af martensit. Dette er hårdt, men let at knække. Hærdningsprocessen omfatter opvarmning af dette hærdede kulstofstål til en specifik temperatur. Denne temperatur er under dens nedre kritiske temperatur. Dette kritiske punkt er vigtigt. Hvis du opvarmer det varmere end dette punkt, vil du begynde at fortryde hærdningen.

Når det hærdede kulstofstål opvarmes til den rigtige hærdningstemperatur, begynder kulstofbitene inde i martensitstrukturen at bevæge sig. De slutter sig til jernbitene for at lave små, hårde dele kaldet carbider, som ferrit og cementit. Denne nye struktur er meget sejere end den første martensitstruktur. Hvor meget det ændrer sig afhænger af to ting. Det afhænger af hærdningstemperaturen og opholdstiden. Opholdstiden er, hvor længe du holder metallet ved den temperatur. Højere temperaturer og længere hærdningstider vil give dig et blødere, men sejere metal. Til ting som fjedre vil du hærde ved en højere temperatur for at få mere evne til at bøje. Til et værktøj, der skærer, vil du bruge en lavere temperatur for at bevare mere af hårdheden.

Hvordan adskiller hærdning sig fra behovet for udglødning?

Folk forveksler ofte hærdning og udglødning. Men de er meget forskellige varmebehandlingsprocesser. Jeg fortæller altid mine hjælpere, at den største forskel er udgangspunktet og det endelige mål. Du hærder et metal, der allerede er hårdt for at gøre det sejere. Behovet for at udgløde handler dog normalt om at gøre et metal så blødt som muligt, så det er let at arbejde med.

For at udgløde et metal opvarmer du det over dets øvre kritiske temperatur. Derefter lader du det køle ned meget, meget langsomt. Denne langsomme afkølingsproces lader de indre korn i metallet blive store og afslappede. Dette resulterer i et blødt materiale med høj duktilitet. Et udglødet stål er let at bearbejde, bore eller bøje. Hærdning begynder derimod med et hårdt metal. Det bruger en meget lavere temperatur. Derefter har det en hurtigere afkøling (normalt i luften) for at få en blanding af hårdhed og sejhed. Tænk på det sådan her: du udgløder for at få et metal klar til formning. Du hærder for at få et formet metal klar til dets endelige job. Begge er typer af varmebehandling, men de bruges til at gøre modsatte ting. Andre lignende processer er udglødning og normalisering.

Kan du se tempereringsprocessen, mens den sker?

Ja, det kan du! Dette er en af de mest interessante dele af at arbejde med metal. Når du opvarmer et skinnende stykke stål, dannes et tyndt lag rust på toppen. Tykkelsen af dette lag ændres med temperaturen. Dette får det til at vise lys på forskellige måder. Dette skaber et smukt sæt af hærdningsfarver. Jeg har brugt disse farver i årevis som en simpel guide til at gætte hærdningstemperaturen.

Farverne begynder med en meget lys gul ved en lavere temperatur. Derefter ændres de til strå, brun, lilla og blå, efterhånden som temperaturen bliver varmere. Hver farve matcher et bestemt niveau af hårdhed og sejhed. For eksempel er en lys stråfarve god til værktøjer, der skal være meget hårde, som et markeringsværktøj. En blå farve viser en meget højere hærdningstemperatur. Det er godt til ting som fjedre, der skal være meget seje og i stand til at bøje. Det kræver lidt øvelse. Men at se hærdningsfarverne bevæge sig langs et stykke stål er en færdighed, som enhver metalarbejder lærer at lide. Det er et tegn, du kan se på den magi, der foregår inde i mikrostrukturen af metallet.

Hvad sker der, hvis du ikke hærder et hærdet metal?

Hvis du gør alt arbejdet for at hærde et metal, men så springer du hærdningstrinnet over, ender du ofte med en del, der ikke kan bruges. Det hærdede stål vil være så let at knække, at det lige så godt kunne være lavet af glas. Jeg har set dette ske. Et værktøj, der var perfekt godt, kan gå i stykker første gang det bruges. Dette skyldes, at de indre spændinger fra slukningen aldrig blev fjernet. Metallet har fantastisk hårdhed, men det har nul sejhed. Det kan ikke tage et slag eller endda bøje lidt.

Uden hærdning har metallet meget dårlig modstand mod brud. Selv et lille slag eller en hurtig ændring i temperaturen kan få det til at revne. Det er derfor, hærdning også er et meget vigtigt trin i job som svejsning. Svejseprocessen kan lave hårde, skøre pletter i metallet. Efter svejsning er en varmebehandling, som er en type hærdning, ofte nødvendig for at bringe konstruktionsstålets sejhed tilbage. For at sige det enkelt, er det at bede om problemer ikke at hærde et hærdet metal. Det skaber uønskede mekaniske egenskaber. Dette gør metallet ikke sikkert og ikke pålideligt.

Hvordan ændrer tempereringstemperaturen den endelige legering?

Hærdningstemperaturen er den vigtigste del af hærdningsprocessen. Det har en direkte effekt på de endelige materialeegenskaber. Som jeg sagde om hærdningsfarverne, vil en anden temperatur give dig en anden blanding af hårdhed og sejhed. Reglen er let at huske. Jo højere hærdningstemperaturen er, jo blødere og sejere vil legeringen være.

Lad os bruge værktøjsstål som et eksempel. Et værktøj, der er lavet til at skære, som et bor til en maskine, skal holde en meget skarp kant. Det har brug for høj hårdhed. For at få dette vil jeg hærde det ved en forholdsvis lavere temperatur. Dette kan være i det lyse til mørke stråfarveområde. Dette fjerner lige nok stress til at forhindre det i at flække, men holder hårdheden høj. Men en mejsel, der vil blive slået med en hammer, har brug for meget sejhed. Til dette vil jeg bruge en højere hærdningstemperatur. Jeg ville kigge efter en lilla eller blå farve. Dette vil reducere hårdheden mere. Men det vil give metallet den duktilitet, det har brug for til at tage hammerens slag uden at knække. For at opnå den ønskede balance skal du vælge en præcis temperatur. Du skal også holde den i den rigtige mængde tid.

Hvad er de vigtigste trin til at hærde hærdet stål?

Jeg har forklaret mange af detaljerne, så lad os sætte det hele sammen nu. Trinene til at lave hærdet stål er enkle, men du skal være forsigtig. Hvis jeg skulle hærde et stykke metal i mit værksted, er disse de trin, jeg ville tage.

1. Hærdning: Først opvarmes metallet over dets kritiske punkt. Det opvarmes, indtil det gløder varmt. Derefter sættes det i en væske som vand eller olie for at afkøle metallet hurtigt. Dette kaldes en slukning. Dette gør stålet hårdt og let at knække.
2. Rengøring: Efter slukningen har metallet et mørkt lag på sig. Jeg ville rengøre og skinne overfladen af metallet. Dette er, så jeg tydeligt kan se hærdningsfarverne, når de dukker op.
3. Opvarmning: Næste er den rigtige hærdningsdel. Det hærdede metal opvarmes langsomt og jævnt til en specifik temperatur. Dette trin til at opvarme metallet til en bestemt temperatur er meget vigtigt. Opvarmningen skal kontrolleres. Du skal nå den ønskede temperatur uden at gå forbi den.
4. Opholdstid: Når metallet når den rigtige hærdningstemperatur (som jeg måske ser ved dets farve), holdes det ved den temperatur i en periode. Dette er opholdstiden. Dette giver den indre struktur tid til at ændre sig, og spændingerne til at forsvinde.
5. Afkøling: Til sidst får metallet lov til at køle ned til stuetemperatur. For de fleste hærdningsjob kan denne afkøling ske bare ved at lade den stå i luften. Denne sidste afkølingsproces sætter den nye, sejere struktur på plads.

Resultatet af denne omhyggelige opvarmning og afkøling er et stykke hærdet stål. Det har den perfekte blanding af egenskaber til sit job. Denne varmebehandling ændrer et grundlæggende stykke legering til en del, der fungerer meget godt. Hærdning bruges ofte til at forbedre bearbejdeligheden og trækstyrken af den endelige vare. Dette gælder for alt fra simpelt plademetal til vanskelige dele til en maskine.

Vigtige ting at huske:

• Hærdning er en varmebehandlingsproces, der gør hærdede jernbaserede legeringer sejere.
• Hovedårsagen til det er at reducere skørheden og slippe af med de indre spændinger, der skabes under hærdningsprocessen (slukning).
• Processen betyder at opvarme et hærdet metal til en specifik temperatur under dets nedre kritiske temperatur, holde det der og derefter lade det køle af.
• Hærdningstemperaturen er det vigtigste. Det afgør den endelige blanding af hårdhed og sejhed.
• Du kan ofte gætte temperaturen ud fra de hærdningsfarver, der vises på stålets overflade.
• Glem aldrig at hærde en hærdet del. Hvis du gør det, vil det sandsynligvis være for skørt til at være nyttigt og kan knække, når du ikke forventer det.