สรุปความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการอบชุบโลหะ

การอบชุบด้วยความร้อนด้วยโลหะเป็นหนึ่งในกระบวนการสำคัญในการผลิตเครื่องจักรกล เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการแปรรูปอื่น ๆ การรักษาความร้อนโดยทั่วไปจะไม่เปลี่ยนรูปร่างและองค์ประกอบทางเคมีโดยรวมของผลิตภัณฑ์เหล็ก แต่เปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคภายในรายการหรือเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิว จึงทำให้หรือปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ วัตถุประสงค์ของการบำบัดความร้อนของโลหะคือการปรับปรุงคุณภาพที่แท้จริงของโลหะเพื่อให้มีคุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ และคุณสมบัติทางเคมีที่ต้องการ นอกเหนือจากการเลือกสรรวัสดุและกระบวนการขึ้นรูปต่างๆ อย่างสมเหตุสมผลแล้ว กระบวนการบำบัดความร้อนยังมีความสำคัญอีกด้วย เหล็กเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเครื่องจักรกล โครงสร้างจุลภาคของเหล็กมีความซับซ้อนและสามารถควบคุมได้ด้วยการบำบัดความร้อน ดังนั้นการอบชุบด้วยความร้อนของเหล็กจึงเป็นเนื้อหาหลักของการอบชุบด้วยความร้อนของโลหะ

กระบวนการบำบัดความร้อน

โดยทั่วไปกระบวนการบำบัดความร้อนประกอบด้วยสามกระบวนการ: การทำความร้อน ฉนวน และการทำความเย็น บางครั้งมีเพียงสองกระบวนการเท่านั้น: การทำความร้อนและการทำความเย็น กระบวนการเหล่านี้เชื่อมโยงถึงกันและไม่สามารถขัดจังหวะได้ การทำความร้อนเป็นกระบวนการสำคัญประการหนึ่งของการบำบัดความร้อน มีวิธีการให้ความร้อนหลายวิธีสำหรับการบำบัดความร้อนด้วยโลหะ ถ่านและถ่านหินถูกใช้เป็นแหล่งความร้อนเป็นครั้งแรก และเมื่อเร็วๆ นี้มีการใช้เชื้อเพลิงเหลวและก๊าซ การใช้ไฟฟ้าทำให้ควบคุมความร้อนได้ง่ายและไม่มีมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม แหล่งความร้อนเหล่านี้สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนโดยตรง หรือการให้ความร้อนโดยอ้อมผ่านเกลือหรือโลหะหลอมเหลว หรือแม้แต่อนุภาคที่ลอยอยู่

อุณหภูมิความร้อนเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญของกระบวนการบำบัดความร้อน การเลือกและการควบคุมอุณหภูมิความร้อนเป็นประเด็นหลักในการรับรองคุณภาพของการบำบัดความร้อน อุณหภูมิการให้ความร้อนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุโลหะที่กำลังแปรรูปและวัตถุประสงค์ของการบำบัดความร้อน แต่โดยทั่วไปจะถูกให้ความร้อนจนสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสเพื่อให้ได้โครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงยังต้องใช้เวลาพอสมควร ดังนั้นเมื่อพื้นผิวของโลหะถึงอุณหภูมิความร้อนที่ต้องการ จะต้องคงไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้อุณหภูมิภายในและภายนอกมีความสม่ำเสมอและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคจะเสร็จสมบูรณ์ ช่วงเวลานี้เรียกว่าฉนวน เมื่อใช้การทำความร้อนความหนาแน่นพลังงานสูงและการบำบัดความร้อนที่พื้นผิว ความเร็วในการทำความร้อนจะรวดเร็วและโดยทั่วไปไม่มีเวลาในการเป็นฉนวน ในขณะที่เวลาของฉนวนสำหรับการบำบัดความร้อนด้วยสารเคมีมักจะนานกว่า

การทำความเย็นยังเป็นขั้นตอนที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการบำบัดความร้อน วิธีการทำความเย็นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระบวนการ โดยส่วนใหญ่จะควบคุมอัตราการทำความเย็น โดยทั่วไป การหลอมจะมีอัตราการเย็นตัวที่ช้าที่สุด การทำให้เป็นมาตรฐานจะมีอัตราการเย็นตัวที่เร็วกว่า และการดับจะมีอัตราการเย็นตัวที่เร็วกว่าการทำให้เป็นมาตรฐาน แต่ยังมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันเนื่องจากเหล็กประเภทต่างๆ

การรักษาความร้อนพื้นผิว เป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนของโลหะที่ให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวของโลหะเท่านั้นเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางกลของชั้นผิว เพื่อให้ความร้อนเฉพาะพื้นผิวโลหะโดยไม่ถ่ายเทความร้อนเข้าสู่ภายในโลหะมากเกินไป แหล่งความร้อนที่ใช้ต้องมีความหนาแน่นของพลังงานสูง กล่าวคือ จะมีการจ่ายพลังงานความร้อนจำนวนมากให้กับโลหะต่อหน่วยพื้นที่ เพื่อให้พื้นผิวหรือส่วนของโลหะสามารถเข้าถึงอุณหภูมิสูงได้ในระยะเวลาอันสั้น วิธีการหลักในการรักษาความร้อนที่พื้นผิว ได้แก่ การดับเปลวไฟและการบำบัดความร้อนด้วยความร้อนแบบเหนี่ยวนำ แหล่งความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ออกซิเจนอะเซทิลีน ออกซิเจนโพรเพน กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ลำแสงเลเซอร์และอิเล็กตรอน

การบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี เป็นกระบวนการบำบัดความร้อนของโลหะที่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของพื้นผิวของโลหะ การบำบัดความร้อนด้วยสารเคมีคือการให้ความร้อนแก่โลหะในตัวกลาง (แก๊ส ของเหลว ของแข็ง) ที่ประกอบด้วยคาร์บอน ตัวกลางเกลือ หรือองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ และทำให้มันอุ่นเป็นเวลานาน เพื่อให้พื้นผิวของโลหะสามารถทะลุผ่านองค์ประกอบต่างๆ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน โบรอน และโครเมียม หลังจากที่องค์ประกอบถูกแทรกซึมเข้าไปแล้ว บางครั้งอาจดำเนินการกระบวนการบำบัดความร้อนอื่นๆ เช่น การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทา วิธีการหลักในการบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี ได้แก่ การทำคาร์บูไรซิ่ง ไนไตรด์ และการทำให้เป็นโลหะ

โดยรวมแล้ว การอบชุบด้วยความร้อนด้วยโลหะถือเป็นกระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เครื่องมือ และแม่พิมพ์ สามารถมั่นใจและปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของโลหะ เช่น ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน ฯลฯ ในทางกลับกัน ยังปรับปรุงโครงสร้างและสถานะความเค้นของช่องว่างเพื่ออำนวยความสะดวกในการแปรรูปแบบเย็นและร้อนต่างๆ