לפני שהומצאו טכניקות נגרות מודרניות השתמשו נפחים בחום בכדי להפוך את המתכת לעבודה. ברגע שנוצרה המתכת לצורה הרצויה, התקררה המתכת המחוממת במהירות. קירור מהיר הקשה על המתכת ופחות שבירה. עבודות מתכת מודרניות הפכו מתוחכמות ומדויקות בהרבה, ומאפשרות להשתמש בטכניקות שונות למטרות שונות.
השפעות החום על המתכת
הפעלת מתכת על חום קיצוני גורמת לה להתרחב בנוסף להשפעה על המבנה, ההתנגדות החשמלית והמגנטיות שלה. התרחבות תרמית היא די מובנת מאליה. מתכות מתרחבות כאשר הן נתונות לטמפרטורות ספציפיות, המשתנות בהתאם למתכת. המבנה בפועל של מתכת משתנה גם הוא עם החום. מכונה טרנספורמציה שלב אלוטרופי, החום בדרך כלל הופך את המתכות לרכות יותר, חלשות יותר ושמישות יותר. משיכות היא היכולת למתוח מתכת לחוט או משהו דומה.
חום גם יכול להשפיע על ההתנגדות החשמלית של מתכת. ככל שהמתכת מתחממת יותר, כך האלקטרונים מתפזרים, וגורמים למתכת להיות עמידה יותר בפני זרם חשמלי. מתכות שחוממות לטמפרטורות מסוימות גם כן עלולות לאבד את המגנטיות שלהן. על ידי העלאת הטמפרטורות לטווח של בין 626 מעלות פרנהייט ל- 2,012 מעלות פרנהייט, תלוי במתכת, המגנטיות תיעלם. הטמפרטורה שבה זה קורה במתכת ספציפית ידועה כטמפרטורת הקארי שלה.
טיפול בחום
טיפול בחום הוא תהליך של חימום וקירור מתכות כדי לשנות את המיקרו-מבנה שלהם ולהוציא את המאפיינים הפיזיים והמכניים ההופכים את המתכות ליותר רצויות. הטמפרטורות בהן מתכות מחוממות, ושיעור הקירור לאחר טיפול בחום יכול לשנות את תכונות המתכת באופן משמעותי.
הסיבות השכיחות ביותר לכך שמתכות עוברות טיפול בחום הן שיפור חוזקן, קשיותן, קשיחותן, משיכותן ועמידותן בפני קורוזיה. טכניקות נפוצות לטיפול בחום כוללות את הדברים הבאים:
- חישול היא סוג של טיפול בחום שמקרב מתכת למצב שיווי המשקל שלה. זה מרכך מתכת, הופך אותו לעבודה יותר ומאפשר משיכות רבה יותר. בתהליך זה המתכת מחוממת מעל הטמפרטורה הקריטית העליונה שלה כדי לשנות את המיקרו-מבנה שלה. לאחר מכן המתכת מקוררת באטיות.
- פחות יקר מחישול, מרווה היא שיטת טיפול בחום שמחזירה במהירות מתכת לטמפרטורת החדר לאחר שהיא מחוממת מעל הטמפרטורה הקריטית העליונה שלה. תהליך ההרגעה מונע את תהליך הקירור לשנות את מבנה המיקרו של המתכת. מרווה, שניתן לעשות במים, נפט ומדיות אחרות, מקשה פלדה באותה טמפרטורה שעושה חישול מלא.
- התקשות משקעים ידוע גם בשם התקשות גיל. זה יוצר אחידות במבנה התבואה של מתכת, מה שהופך את החומר לחזק יותר. התהליך כולל חימום של טיפול בתמיסות לטמפרטורות גבוהות לאחר תהליך קירור מהיר. התקשות משקעים מבוצעות בדרך כלל באטמוספרה אינרטית בטמפרטורות הנעות בין 900 מעלות פרנהייט ל -1,150 מעלות פרנהייט. זה יכול לקחת בין שעה לארבע שעות לבצע את התהליך. משך הזמן בדרך כלל תלוי בעובי המתכת ובגורמים דומים.
- נפוץ בייצור פלדה כיום, מזג הוא טיפול בחום המשמש לשיפור הקשיחות והקשיחות בפלדה כמו גם להפחתת שבירות. התהליך יוצר מבנה רקיע ויציב יותר. מטרת הרפיה היא להשיג את השילוב הטוב ביותר של תכונות מכניות במתכות.
- הקלה במתח הוא תהליך לטיפול בחום שמוריד את הלחץ במתכות לאחר שהן מרותקות, יצוקות, מנורמללות וכן הלאה. מתח משוחרר על ידי חימום מתכת לטמפרטורה נמוכה מזו הנדרשת לשינוי. לאחר תהליך זה, המתכת מתקררת לאט.
- מנרמל היא סוג של טיפול בחום המבטל זיהומים ומשפר את חוזק והקשיות על ידי שינוי גודל התבואה להיות אחיד יותר בכל המתכת. הדבר מושג על ידי קירור המתכת באוויר לאחר שחומם לטמפרטורה מדויקת.
- כאשר הוא חלק מתכת טופלו בקריוגנית, הוא מקורר לאט עם חנקן נוזלי. תהליך הקירור האיטי מסייע במניעת לחץ תרמי של המתכת. בשלב הבא, חלק המתכת נשמר בטמפרטורה של בערך מינוס 190 מעלות צלזיוס למשך כיממה. כאשר מאוחר יותר מחום חום, חלק המתכת עובר עליית הטמפרטורה עד לכ 149- מעלות צלזיוס. זה עוזר להוריד את כמות שבירות העשויה להיגרם כאשר נוצרים מרטנסייט במהלך טיפול קריוגני.