Кіріспе
Белгілі бір материалдық қасиеттерді алу үшін дайындаманы жылдам салқындату. Материалтануда, сөндіру – дайындаманы суда, газда, майда, полимерде, ауада немесе басқа сұйықтықтарда белгілі бір материалдық қасиеттерді алу үшін жылдам салқындату процесі. Жылумен өңдеудің бір түрі болып табылатын сөндіру, фазалық түрлендірулер сияқты қажетсіз төмен температуралық процестердің пайда болуын болдырмайды. Ол бұл процесті термодинамикалық тұрғыдан тиімді және кинетикалық тұрғыдан қолжетімді уақыт аралығын қысқарту арқылы жүзеге асырады; мысалы, сөндіру металл және пластик материалдардың кристалл түйіршіктерінің мөлшерін азайтып, олардың қаттылығын арттырады. Металлургияда, болатты қатайту үшін көбінесе мартенситтік түрлендіру қолданылады, онда болат аустенит тұрақсыз болатын эутектоидтық температурадан жылдам өтуі керек. Жылдам салқындату цементит құрылымының пайда болуын болдырмайды, керісінше, көміртек атомдарын феррит торларында күшпен ерітеді. Никель және марганец сияқты металдар қосылған болаттарда эутектоидтық температура айтарлықтай төмендейді, бірақ фазалық түрлендіруге кедергілер өзгермейді. Бұл процесті төмен температурадан бастауға мүмкіндік береді, осылайша оны оңайлатуға болады. Жоғары жылдамдықты болатқа вольфрам қосылады, ол кинетикалық кедергілерді арттыруға қызмет етеді, бұл материалдың қасиеттерін (қаттылық және тозуға төзімділік) жақсартады, тіпті дайындама нақты салқындатудан гөрі жылдам салқындатылғандай көрінеді. Мұндай қорытпаларды ауада баяу салқындатудың өзі сөндірудің көптеген қажетті әсерлерін береді; жоғары жылдамдықты болат жоғары жылдамдықты кесуден туындайтын жылу циклдарынан аз әлсірейді. Өте жылдам салқындату барлық кристалл құрылымдарының пайда болуын болдырмайды, нәтижесінде аморфты металл немесе "металл әйнегі" пайда болады.
In materials science, quenching is the rapid cooling of a workpiece in water, gas, oil, polymer, air, or other fluids to obtain certain material properties. A type of heat treating, quenching prevents undesired low temperature processes, such as phase transformations, from occurring. It does this by reducing the window of time during which these undesired reactions are both thermodynamically favorable and kinetically accessible; for instance, quenching can reduce the crystal grain size of both metallic and plastic materials, increasing their hardness. In metallurgy, quenching is most commonly used to harden steel by inducing a martensite transformation, where the steel must be rapidly cooled through its eutectoid point, the temperature at which austenite becomes unstable. Rapid cooling prevents the formation of cementite structure, instead forcibly dissolving carbon atoms in the ferrite lattice. In steel alloyed with metals such as nickel and manganese, the eutectoid temperature becomes much lower, but the kinetic barriers to phase transformation remain the same. This allows quenching to start at a lower temperature, making the process much easier. High speed steel also has added tungsten, which serves to raise kinetic barriers, which, among other effects, gives material properties (hardness and abrasion resistance) as though the workpiece had been cooled more rapidly than it really has. Even cooling such alloys slowly in the air has most of the desired effects of quenching; high speed steel weakens much less from heat cycling due to high speed cutting. Extremely rapid cooling can prevent the formation of all crystal structures, resulting in amorphous metal or "metallic glass".
Қаттылауды басу
Квенчтік қатаю – болат және құйма темір қорытпаларын күшейтіп, қатайтатын механикалық процесс. Бұл металдар темір және оның қорытпаларынан тұрады. Материалды оның түріне қарай белгілі бір температураға дейін қыздыру арқылы орындалады. Бұл, материалдың суыту жылдамдығына байланысты, беттік қатайту немесе толық қатайту арқылы қаттырақ материал алуға мүмкіндік береді. Көбінесе материалды квенчтік қатаю процесінен туындаған қатайғыштығын азайту үшін қайтадан қатайтады. Квенчтеуге болатын бұйымдарға тісті шестерлер, біліктер және тозуға қарсы блоктар жатады.
Мақсаты
Қаттылудан бұрын құйма болаттар мен темір біртекті және қабатты (немесе ламелді) перлиттік дәнді құрылымға ие. Бұл болат немесе құйма темірді өндіріп, баяу салқындату кезінде пайда болатын феррит пен цементиттің қоспасы. Перлит болат қорытпаларының көптеген қолданыс аймақтарында идеалды материал болып табылмайды, себебі ол өте жұмсақ. Перлитті 727 °C эвтектоидтық ауысу температурасынан жоғары қыздырып, содан кейін жылдам салқындату арқылы материалдың кристаллдық құрылымының бір бөлігін мартенсит деп аталатын әлдеқайда қатты құрылымға айналдыруға болады. Мұндай мартензиттік құрылымға ие болаттар көбінесе жұмыс дайындамасы деформацияға жоғары төзімді болуын қажет ететін жағдайларда қолданылады, мысалы, пышақтардың кескіш шеттерінде. Бұл өте тиімді.
Процесс
Суыту процесі үлгіні қыздырудан басталады. Көптеген материалдар 815 және 900 °C (1500 және 1650 °F) аралығында қыздырылады, температураның жұмыс дайындамасының бойымен біркелкі сақталуына ерекше назар аударылады. Материалдың қажетті қасиеттерін беру үшін біркелкі емес қыздырудан және қатты қыздырудан сақтану маңызды. Суыту процесінің екінші қадамы – сору. Дайындамаларды ауада (ауа пешінде), сұйық ваннада немесе вакуумде ұстауға болады. Тұз немесе қорғасын ванналарында ұсынылатын уақыт 6 минутқа дейін. Вакуумде сору уақыты сәл ұзақ болуы мүмкін. Қыздыру кезеңіндегідей, сору кезінде де үлгінің бойымен температура мүмкіндігінше біркелкі сақталуы қажет. Дайындама сорудан кейін салқындату кезеңіне өтеді. Бұл кезеңде дайындама қандай да бір суыту сұйықтығына батырылады; әртүрлі суыту сұйықтықтары суытылған дайындаманың соңғы сипаттамаларына маңызды әсер етеді. Су – максималды қаттылық қажет болғандағы ең тиімді суыту орталарының бірі, бірақ деформация мен ұсақ жарықтар пайда болуының ықтималы бар. Қаттылықтан бас тартуға болатын жағдайда минералды майлар жиі қолданылады. Бұл майлы сұйықтықтар тотығу кезінде шлам түзеді, бұл процестің тиімділігін төмендетеді. Майдың салқындау жылдамдығы суға қарағанда әлдеқайда төмен. Су мен май арасындағы орташа жылдамдықтарды арнайы дайындалған суытқышпен алуға болады, ол кері ерігіштігі бар зат, сондықтан салқындау жылдамдығын баяулату үшін нысанға жабысады. Суытуды азот және инертті газдар сияқты асыл газдарды қолдану арқылы да жүзеге асыруға болады. Азот көбінесе 20 бар абсолюттік қысымға дейін атмосфералық қысымнан жоғары қолданылады. Гелий де қолданылады, өйткені оның жылу сыйымдылығы азоттан жоғары. Аргонды да қолдануға болады, бірақ оның тығыздығы қозғалу үшін әлдеқайда көп энергия қажет етеді, ал оның жылу сыйымдылығы басқаларына қарағанда төмен. Дайындамадағы деформацияны азайту үшін ұзын цилиндрлі дайындамалар тік бойымен суытылады; жалпақ дайындамалар жиегінен суытылады; ал қалың бөліктер алдымен ваннаға енгізілуі керек. Бу көпіршіктерінің пайда болуын болдырмау үшін ванна қозғалтылады. Көбінесе суытудан кейін темір немесе болат қорытпасы мартенситтің көп болуына байланысты тым қатты және хруптты болады. Мұндай жағдайларда, темір негізіндегі қорытпалардың беріктігін арттыру үшін суытылған материалды басқа термоөңдеу әдісімен, яғни қайтару арқылы өңдеу жүргізіледі. Қайтару әдетте қатайтудан кейін, артық қаттылықтың бір бөлігін азайту үшін жүргізіледі және металлды белгілі бір уақыт бойы критикалық температурадан төмен температураға дейін қыздырып, содан кейін ауада салқындатуға мүмкіндік береді.
Тарих
Темір дәуірінің ортасына дейінгі теміршілердің суыту процестерін қолданғаны туралы дәлелдер бар, бірақ осы техникалардың дамуы және ертедегі теміршілердің қолданған әдістері туралы егжей-тегжейлі ақпарат аз. Ертедегі теміршілер суыту процестері темірдің беріктігі мен сынуына әсер ететінін тез байқаған болуы керек, ал болатты жылумен өңдеу Ежелгі әлемде б.з.д. II мыңжылдықтың соңынан бері белгілі болған, бірақ археологиялық тұрғыдан қасақана суытуды анықтау қиын. Сонымен қатар, кем дегенде Еуропада "жеке-жеке суыту мен қатаю 15 ғасырға дейін кең таралмаған сияқты"; болаттан "толық суыту" (суыту өте тез, тек мартензит пайда болады) және "жұмсақ суыту" (суыту баяу немесе үзіліске ұшырайды, бұл перлиттің қалыптасуына мүмкіндік береді және өнімнің сынықтығы төмендейді) арасын ажырату пайдалы. Суытылған болаттың ең ерте мысалдары ежелгі Месопотамиядан, б.з.д. IV ғасырдан Түркиядағы Аль-Минадан алынған қатайтылған кескіштен табылды. Гомердің "Одиссея" кітабының 9-кітабында 389-94-жолдары қасақана суытуға қатысты алғашқы, мүмкін алғашқы жазба сілтеме ретінде жиі келтіріледі: «дегендей, темірші болып жұмыс істейтін адам қатты айқайлаған үлкен балтаның немесе балтаның жағын суық суға батырып, оны қатаю үшін өңдейді, себебі осылай болат мықты болады, тіпті Циклоптың көзі зәйтүн ағашының діңгесінен қызып тұрды». Алайда, бұл үзіндіде жай ғана салқындату емес, қасақана суыту қатаюы сипатталатыны күмәнді. Сол сияқты, "Махабхарата" темір жебелердің ұштарын маймен суытуға сілтеме жасайды деген болжам бар, бірақ бұл дәлел сенімсіз. Егде Плиний әр түрлі өзендердің суын ажыратып, суыту сұйықтықтары тақырыбына тоқталды. Он екінші ғасырдағы "De diversis artis" кітабының 18-21 тарауларында Теофил Пресвитер «құралдарды қарапайым суға қарағанда кішкентай, қызылшақ баланың зәрінен қаттырақ қатаю керек» деген ұсыныс жасайды.
as when a man who works as a blacksmith plunges a screaming great axe blade or adze into cold water, treating it for temper, since this is the way steel is made strong, even so Cyclops' eye sizzled about the beam of the olive. However, it is not beyond doubt that the passage describes deliberate quench hardening, rather than simply cooling. Likewise, there is a prospect that the Mahabharata refers to the oil quenching of iron arrowheads, but the evidence is problematic. Pliny the Elder addressed the topic of quenchants, distinguishing the water of different rivers. Chapters 18 21 of the twelfth century De diversis artis by Theophilus Presbyter mentions quenching, recommending amongst other things that 'tools are also given a harder tempering in the urine of a small, red headed boy than in ordinary water'.