Пре него што су изумене савремене технике обраде метала, ковачи су користили топлоту да би метал учинили обрадивим. Једном када је метал формиран у жељени облик, загрејани метал се брзо хлади. Брзо хлађење учинило је метал тврђим и мање ломљивим. Савремена обрада метала постала је много софистициранија и прецизнија, омогућавајући употребу различитих техника у различите сврхе.
Утицај топлоте на метал
Излагање метала екстремној топлоти узрокује да се шири, осим што утиче на његову структуру, електрични отпор и магнетизам. Топлинско ширење је прилично саморазумљиво. Метали се шире када су изложени одређеним температурама, које варирају у зависности од метала. Стварна структура метала се такође мења са топлином. Наведено као алотропна фазна трансформација, топлота обично метал чини мекшима, слабијима и дуктилнијима. Дуктилност је способност истезања метала у жицу или нешто слично.
Такође топлота може да утиче на електрични отпор метала. Што је метал топлији, то се електрони распршују, што чини метал отпорнијим на струју. Метали загревани на одређене температуре такође могу изгубити свој магнетизам. Подизањем температуре на између 626 степени Фаренхајта и 2.012 степени Фаренхајта, у зависности од метала, магнетизам ће нестати. Температура на којој се то догађа у одређеном металу позната је и као његова температура Цурие.
Термичка обрада
Термичка обрада је процес загревања и хлађења метала да би променили њихову микроструктуру и изнијели физичке и механичке карактеристике због којих су метали пожељнији. Температура метала се загрева на, а брзина хлађења након термичке обраде може значајно да промени својства метала.
Најчешћи разлози због којих се метали подвргавају термичкој обради су за побољшање њихове чврстоће, тврдоће, жилавости, дуктилности и отпорности на корозију. Уобичајене технике термичке обраде укључују следеће:
- Запаљивање је облик топлотне обраде који металу приближава равнотежно стање. Омекшава метал, чинећи га изводљивијим и пружајући већу пластичност. У овом процесу, метал се загрева изнад своје горње критичне температуре да би променио своју микроструктуру. Након тога, метал се полако хлади.
- Мање скупо од жарења, гашење је метода топлотне обраде која брзо враћа метал на собну температуру након што се загрева изнад његове горње критичне температуре. Процес гашења зауставља процес хлађења од промене микроструктуре метала. Хлађењем, које се може учинити водом, уљем и другим медијумима, челик очвршћује на истој температури као и потпуно жарење.
- Отало каљење је такође познат као отврдњавање узраста. Ствара уједначеност у металној зрну структуре, чинећи материјал јачим. Процес укључује загревање третмана раствора на високе температуре након брзог процеса хлађења. Каљење падавина се обично изводи у инертној атмосфери на температурама од 900 степени Фаренхајта до 1,150 степени Фаренхеита. Процес може проћи од сат до четири сата. Дужина времена обично зависи од дебљине метала и сличних фактора.
- Данас се најчешће користи у производњи челика, каљење је термичка обрада која се користи за побољшање тврдоће и жилавости челика као и за смањење крхкости. Процесом се ствара дуктилнија и стабилнија структура. Циљ каљења је постизање најбоље комбинације механичких својстава метала.
- Стрес ослобађа је поступак топлотне обраде који смањује стрес метала након што су они угашени, ливени, нормализовани и тако даље. Стрес се ублажава загревањем метала на температуру нижу од оне која је потребна за трансформацију. Након овог поступка метал се полако хлади.
- Нормализовање је облик топлотне обраде који елиминише нечистоће и побољшава чврстоћу и тврдоћу мењајући величину зрна како би био уједначенији у целом металу. То се постиже хлађењем метала ваздухом након што се загрева до тачне температуре.
- Кад је метални део криогено третирано, споро се хлади течним азотом. Поступак спорог хлађења помаже у спречавању топлотног напрезања метала. Затим се метални део одржава на температури отприлике минус 190 степени Целзијуса око један дан. Када се касније темперира, метални део подвргава се повећању температуре до приближно 149 степени Целзијуса. То помаже да се смањи количина крхкости која може настати када се мартензит формира током криогеног третмана.