Definicja obróbki cieplnej

Obróbka cieplna metali polega na kontrolowanym podgrzewaniu i schładzaniu materiału w celu osiągnięcia pożądanych właściwości fizycznych i mechanicznych. Proces ten wpływa na strukturę krystaliczną metalu, co z kolei determinuje jego twardość, wytrzymałość czy plastyczność.

Obróbka cieplna zwykła

Wyrzażanie:

Cel: Zmniejszenie naprężeń wewnętrznych, poprawa obrabialności, przygotowanie do dalszej obróbki cieplnej.
Opis: Proces polega na podgrzewaniu metalu do określonej temperatury, utrzymaniu go w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie powolnym schładzaniu, zazwyczaj w piecu.

Hartowanie:

Cel: Zwiększenie twardości i wytrzymałości metalu.
Opis: Metal jest podgrzewany do określonej temperatury, a następnie szybko schładzany w wodzie, oleju lub innym medium chłodniczym.

Odpuszczanie:

Cel: Zmniejszenie nadmiernej twardości po hartowaniu, zwiększenie ciągliwości i żaroodporności.
Opis: Metal po hartowaniu jest podgrzewany do niższej niż podczas hartowania temperatury, a następnie powoli schładzany.

Przesycanie i starzenie:

Cel: Zwiększenie twardości i wytrzymałości metali nieżelaznych, takich jak aluminium czy stopy miedzi.
Opis: Po podgrzewaniu metalu do określonej temperatury i szybkim schładzaniu (przesycanie), jest on pozostawiany w temperaturze pokojowej lub podgrzewany do niższej temperatury, co prowadzi do wytrącania się faz międzymetalicznych (starzenie).

Obróbka cieplno-plastyczna

Niskotemperaturowa:

Cel: Formowanie metalu przy temperaturze poniżej temperatury przemiany austenitu w ferryt.
Opis: Metal jest podgrzewany do temperatury, która pozwala na plastyczne deformowanie, ale nie prowadzi do dużych zmian w strukturze krystalicznej.

Wysokotemperaturowa:

Cel: Formowanie metalu w temperaturach wyższych niż temperatura przemiany.
Opis: Stosowana w przypadku metali trudno obrabialnych. Dzięki wysokiej temperaturze uzyskuje się dużą plastyczność.

Z przemianą izotermiczną:

Cel: Połączenie zalet niskotemperaturowej i wysokotemperaturowej obróbki cieplno-plastycznej.
Opis: Metal jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie schładzany do temperatury izotermicznej, w której zachodzi kontrolowana przemiana fazowa.

Obróbka cieplno-chemiczna

Nasycanie jednym pierwiastkiem:

Cel: Wzbogacenie powierzchni metalu o jeden pierwiastek, np. węgiel w procesie nawęglania.
Opis: Metal jest podgrzewany w środowisku bogatym w dany pierwiastek. Dzięki temu pierwiastek ten wnika w strukturę metalu, zmieniając jego właściwości.

Nasycanie wieloma pierwiastkami:

Cel: Zmiana właściwości powierzchniowych metalu przez wzbogacenie go o kilka pierwiastków jednocześnie.
Opis: Proces podobny do nasycania jednym pierwiastkiem, ale środowisko podgrzewania jest bogate w kilka pierwiastków.

Obróbka cieplno-magnetyczna

Cel: Zmiana właściwości magnetycznych metalu poprzez kontrolowane podgrzewanie w obecności pola magnetycznego.
Opis: Proces ten jest stosowany głównie w przypadku materiałów magnetycznych, takich jak niektóre stopy żelaza. Poprzez kombinację podgrzewania i ekspozycji na pole magnetyczne można uzyskać specyficzne właściwości magnetyczne.

Zarys historyczny

Historia obróbki cieplnej sięga starożytności, kiedy to kowale odkryli, że podgrzewanie i odpowiednie schładzanie żelaza może znacząco zmienić jego właściwości. W średniowieczu, techniki hartowania były tajemnicą mistrzów kowalskich, którzy przekazywali je z pokolenia na pokolenie. Współczesna nauka o obróbce cieplnej rozpoczęła się w XIX wieku dzięki pracom takich naukowców jak Dmitrij Czernow.

Słynny miecz samurajski, katana, jest przykładem mistrzowskiego zastosowania technik obróbki cieplnej, które nadają mu unikalne właściwości.
Nawęglanie było znane już w starożytnym Rzymie i było stosowane do produkcji twardych, ale jednocześnie elastycznych ostrzy.

Nowoczesne technologie obróbki cieplnej pozwalają na stworzenie materiałów o niemal nadnaturalnych właściwościach. Na przykład, dzięki skomplikowanym procesom obróbki cieplnej, możliwe jest stworzenie stali o twardości zbliżonej do diamentu.