การดับคืออะไร?

ในทางโลหะวิทยา การชุบแข็งหมายถึง "การสกัดความร้อนแบบควบคุม" คำที่สำคัญที่สุดในคำจำกัดความนี้คือ "ควบคุม" การชุบแข็งเป็นวิธีการที่รวดเร็วในการทำให้โลหะกลับคืนสู่อุณหภูมิห้องหลังจากการอบชุบด้วยความร้อน เพื่อป้องกันกระบวนการทำความเย็นจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของโลหะอย่างมีนัยสำคัญ โดยการจุ่มวัตถุโลหะลงในน้ำมันหรือน้ำ การเลือกของเหลวหรืออากาศบังคับจะเรียกว่าตัวกลาง หลังจากนั้นโลหะจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิสูงเมื่อก่อตัวขึ้น มักใช้เพื่อรักษาสมบัติทางกลที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึกหรือการกระจายเฟส ซึ่งจะสูญเสียไปเมื่อเย็นตัวช้า เทคนิคนี้มักใช้กับวัตถุเหล็กที่ให้ความแข็ง ในทางกลับกัน วัตถุทองแดงที่ชุบแข็งโดยการตอกหรือการเสียรูปอื่นๆ ที่อุณหภูมิปกติสามารถกลับคืนสู่สภาพที่อ่อนตัวได้โดยการให้ความร้อนและดับ

วิธีการดับ

สารให้ความเย็นที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีเมอร์สำหรับวัตถุประสงค์พิเศษ การพาอากาศแบบบังคับ น้ำจืด น้ำเกลือ และน้ำมัน น้ำเป็นตัวกลางที่มีประสิทธิภาพเมื่อมีเป้าหมายเพื่อให้ได้ความแข็งสูงสุดในเหล็ก อย่างไรก็ตาม การใช้น้ำอาจทำให้โลหะแตกหรือเสียรูปได้

หากไม่ต้องการความแข็งสูง สามารถใช้น้ำมันแร่ น้ำมันวาฬ หรือน้ำมันเมล็ดฝ้ายได้ในกระบวนการดับ สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด กระบวนการดับอาจดูน่าทึ่ง ในขณะที่คนงานโลหะถ่ายโอนโลหะร้อนไปยังสื่อที่เลือก จะมีไอน้ำจำนวนมากพุ่งออกมาจากโลหะ

สื่อดับ

มีสื่อดับที่หลากหลายสำหรับกระบวนการดับ สื่อแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะในการดับ ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับประเภทของสื่อที่ใช้ ได้แก่ ความเร็วในการดับ ปัญหาสิ่งแวดล้อมของสื่อดับ การเปลี่ยนวัสดุทดแทน และการลดค่าใช้จ่ายสื่อ ต่อไปนี้เป็นสื่อดับประเภทหลัก:

อากาศ

น้ำมัน

น้ำ

น้ำเค็ม

อากาศ

อากาศเป็นสื่อดับที่นิยมใช้ในการหล่อเย็นโลหะเพื่อการชุบแข็ง ความสามารถในการจ่ายได้ถือเป็นหนึ่งในประโยชน์หลักของอากาศ ความสามารถในการจ่ายได้เป็นผลมาจากความอุดมสมบูรณ์ของโลก อันที่จริง วัสดุใดๆ ที่ถูกทำให้ร้อนและเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องโดยเพียงแค่ยืนอยู่คนเดียวจะถือว่าอากาศดับ การดับด้วยลมนั้นมีเจตนามากกว่าเมื่อถูกบีบอัดและบังคับรอบๆ โลหะที่กำลังดับ ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนเย็นลงได้เร็วกว่าอากาศที่นิ่ง แม้ว่าอากาศอัดอาจยังทำให้โลหะจำนวนมากเย็นลงช้าเกินไปที่จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกล

น้ำมัน

น้ำมันสามารถดับโลหะที่ร้อนได้เร็วกว่าอากาศอัด ในการดับน้ำมัน ให้วางส่วนที่ร้อนไว้ในถังที่เติมน้ำมันบางชนิด สามารถล้างน้ำมันผ่านชิ้นส่วนต่างๆ ได้ เนื่องจากอัตราการหล่อเย็นและจุดวาบไฟต่างกัน มักใช้น้ำมันประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อย่างไรก็ตามอัตราการดับน้ำมันนั้นน้อยกว่าน้ำมาก เฟอร์ไรท์และทรอสไทต์สามารถก่อตัวได้แม้ในส่วนเล็กๆ อัตราปานกลางระหว่างน้ำและน้ำมันสามารถทำได้ด้วยน้ำที่มี 10-30 เปอร์เซ็นต์ Ucon ซึ่งเป็นสารที่มีความสามารถในการละลายแบบผกผัน ดังนั้นจึงไปเกาะกับวัตถุเพื่อชะลออัตราการทำความเย็น เพื่อลดการเสียรูป วัตถุทรงกระบอกยาวควรดับในแนวตั้ง โดยให้ขอบของชิ้นส่วนเรียบและชิ้นส่วนหนาเข้าไปในสระหลอมเหลวก่อน เพื่อป้องกันไม่ให้ฟองไอน้ำก่อตัวเป็นจุดอ่อน ควรกวนอ่างดับน้ำ

น้ำ

น้ำยังสามารถดับโลหะร้อนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้โลหะเย็นลงได้เร็วกว่าน้ำมัน ในลักษณะที่คล้ายกับการดับน้ำมัน ถังจะเติมน้ำและจุ่มโลหะร้อนลงไป นอกจากนี้ยังสามารถล้างผ่านชิ้นส่วนต่างๆ ประโยชน์อย่างหนึ่งของน้ำคือความไวไฟของตัวกลางไม่เป็นปัญหา นอกจากนี้ น้ำยังเป็นตัวกลางในการดับที่มีประสิทธิภาพที่สุดตัวหนึ่งซึ่งต้องการความแข็งสูงสุด แต่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนรูปและแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ได้ ในกรณีที่สามารถเสียสละความกระชับได้ ให้ใช้น้ำมันวาฬ เมล็ดฝ้าย และน้ำมันแร่ สิ่งเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะออกซิไดซ์และก่อตัวเป็นตะกอนซึ่งลดประสิทธิภาพลง

น้ำเค็ม

น้ำเกลือเป็นส่วนผสมของน้ำและเกลือ น้ำเกลือเย็นตัวเร็วกว่าอากาศ น้ำ และน้ำมัน เหตุผลก็คือส่วนผสมของเกลือและน้ำจะป้องกันไม่ให้เกิดฟองสบู่เมื่อสัมผัสกับโลหะที่ร้อน ซึ่งหมายความว่าพื้นที่ผิวของโลหะจะถูกปกคลุมด้วยของเหลวมากกว่าที่จะเป็นฟองอากาศ

เหล็กชุบแข็ง

เมื่อพูดถึงกระบวนการชุบแข็ง เหล็กควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษเพราะคุณสมบัติทางกลของเหล็กนั้นไวต่อการชุบแข็งมาก ผ่านกระบวนการชุบแข็งที่เรียกว่า quench hardening เหล็กจะถูกยกขึ้นให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ และเย็นลงอย่างรวดเร็วผ่านกระบวนการชุบแข็ง เมื่อเทียบกับการระบายความร้อนช้า การชุบอย่างรวดเร็วจะเปลี่ยนโครงสร้างผลึกของเหล็ก ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและองค์ประกอบที่เป็นโลหะผสมของเหล็ก เหล็กอาจทิ้งโครงสร้างจุลภาคที่แข็งกว่าและเปราะกว่า เช่น มาร์เทนไซต์หรือไบไนต์ เนื่องจากผ่านกระบวนการชุบแข็งแบบดับ โครงสร้างจุลภาคเหล่านี้นำไปสู่การเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของเหล็ก อย่างไรก็ตาม มันทำให้เหล็กไวต่อการแตกร้าวและลดความเหนียวลงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ เหล็กบางชนิดจึงผ่านการอบอ่อนหรือทำให้เป็นมาตรฐานหลังจากกระบวนการชุบแข็งดับ

กระบวนการดับ

กระบวนการชุบแข็งถูกออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของโลหะร่วมกับกระบวนการทางความร้อน หากทำอย่างถูกต้องจะทำให้เกิดความแข็งแรงสูงสุดและการยืดตัวที่ดีในการหล่อ

การชุบเหล็กมักจะทำได้โดยการแช่ในน้ำ น้ำมัน สารละลายโพลีเมอร์ หรือเกลือ แม้ว่าบางครั้งจะใช้ลมบังคับ เป็นผลมาจากการชุบแข็ง ฮาร์ดแวร์การผลิตต้องพัฒนาโครงสร้างจุลภาคดับที่ยอมรับได้ และในพื้นที่วิกฤต สมบัติทางกลจะต้องตรงตามข้อกำหนดขั้นต่ำหลังจากที่ชิ้นส่วนได้รับการอบคืนตัวแล้ว ประสิทธิผลของการชุบแข็งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการทำความเย็นของตัวกลางในการชุบแข็งที่สัมพันธ์กับความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก ดังนั้น ผลลัพธ์อาจแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบเหล็ก หรือการกวน อุณหภูมิ และชนิดของตัวกลางในการดับ

การออกแบบระบบดับและการบำรุงรักษาระบบอย่างละเอียดถี่ถ้วนช่วยให้กระบวนการประสบความสำเร็จ การออกแบบชิ้นส่วนยังส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลและการบิดเบี้ยวเนื่องจากการชุบแข็ง