Mitä on lämpökäsittely?

Vaikka useimmat ihmiset eivät tiedä, mitä lämpökäsittely on, se on itse asiassa olennainen osa valmistusprosessia. Tämä johtuu siitä, että lämpökäsittelyn avulla metallikappaletta voidaan parantaa, jotta materiaali kestää paremmin kulutusta. Lämpökäsittelyssä metalli tai metalliseos kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan ja jäähdytetään sitten materiaalin kovettamiseksi.

Lämpökäsittelyä voidaan käyttää valmistusprosessin eri vaiheissa kyseisen metallin tai metalliseoksen tiettyjen ominaisuuksien muuttamiseksi. Lämpökäsittelyä voidaan käyttää esimerkiksi tekemään siitä vahvempi, kovempi, kestävämpi tai sitkeämpi riippuen siitä, mitä materiaali tarvitsee toimiakseen oikein.

Joitakin merkittäviä teollisuudenaloja, joilla lämpökäsittelyllä on tärkeä rooli, ovat lentokoneet, autot, laitteistot – kuten sahat ja akselit -, tietokoneet, avaruusalukset, armeija sekä öljy- ja kaasuteollisuus.

Miten lämpökäsittely toimii?

Halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi metallia tai metalliseosta kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, toisinaan jopa 2400 °F:n lämpötilaan, sitä pidetään kyseisessä lämpötilassa tietyn ajan ja jäähdytetään sitten. Kuumana ollessaan metallin fysikaalinen rakenne, jota kutsutaan myös mikrorakenteeksi, muuttuu, jolloin sen fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat. Sitä aikaa, jonka metallia kuumennetaan, kutsutaan ”liotusajaksi”. Liotusaika vaikuttaa merkittävästi metallin ominaisuuksiin, sillä pitkään liotetussa metallissa tapahtuu erilaisia mikrorakenteen muutoksia kuin lyhyemmän aikaa liotetussa metallissa.

Jäähdytysprosessilla liotusajan jälkeen on myös merkitystä metallin tulokseen. Metalli voidaan jäähdyttää nopeasti, mitä kutsutaan sammuttamiseksi, tai hitaasti uunissa, jotta saavutetaan haluttu tulos. Liotuslämpötilan, liotusajan, jäähdytyslämpötilan ja jäähdytyksen keston yhdistelmällä on merkitystä haluttujen ominaisuuksien aikaansaamisessa metallissa tai metalliseoksessa.

Miten metallia lämpökäsitellään valmistusprosessin aikana, määrittää myös sen, mitkä ominaisuudet muuttuvat, ja jotkin metallit saatetaan jopa käsitellä useaan kertaan.

Metallien lämmitys- ja jäähdytyslämpötilojen sekä prosessin kunkin vaiheen keston tietylle metalleille tai metalliseokselle tunteminen on erittäin monimutkaista. Tämän vuoksi metallurgina tunnetut materiaalitutkijat tutkivat lämmön vaikutuksia metalliin ja metalliseoksiin ja antavat tarkkaa tietoa siitä, miten nämä prosessit suoritetaan oikein. Valmistajat luottavat näihin tietoihin varmistaakseen, että heidän metallikappaleillaan on oikeat ominaisuudet prosessin lopussa.

Joitakin yleisiä lämpökäsittelyn muotoja ovat:

• Karkaisu: Kun metallia kovetetaan, se kuumennetaan pisteeseen, jossa materiaalin alkuaineet muuttuvat liuokseksi. Rakenteen viat muuntuvat tällöin luomalla luotettavan liuoksen ja lujittamalla metallia. Tämä lisää metallin tai metalliseoksen kovuutta ja tekee siitä vähemmän muokattavan.
• Hehkutus: Tätä prosessia käytetään metalleille, kuten kuparille, alumiinille, hopealle, teräkselle ja messingille. Nämä materiaalit kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, pidetään tässä lämpötilassa, kunnes muutos tapahtuu, ja sitten ne kuivataan hitaasti ilmakuivaksi. Prosessi pehmentää metallia, jolloin se on paremmin työstettävissä ja murtuu tai halkeilee epätodennäköisemmin.
• Karkaisu: Jotkut materiaalit, kuten rautapohjaiset seokset, ovat hyvin kovia, mikä tekee niistä hauraita. Karkaisu voi vähentää haurautta ja vahvistaa metallia. Karkaisussa metalli kuumennetaan kriittistä pistettä alhaisempaan lämpötilaan haurastumisen vähentämiseksi ja kovuuden säilyttämiseksi.
• Kotelokarkaisu: Materiaalin ulkopuoli karkaistaan, kun taas sisäpuoli pysyy pehmeänä. Koska karkaisu voi aiheuttaa materiaalien haurastumista, kotelokarkaisua käytetään materiaaleissa, jotka vaativat joustavuutta säilyttäen samalla kestävän kulutuskerroksen.
• Normalisointi: Samanlainen kuin hehkutus, tämä prosessi tekee teräksestä sitkeämpää ja sitkeämpää kuumentamalla materiaalia kriittisiin lämpötiloihin ja pitämällä sitä tässä lämpötilassa, kunnes muutos tapahtuu.

Miksi lämpökäsittely on tärkeää?

Ilman metallin, erityisesti teräksen, lämpökäsittelyä metalliosat lentokoneista tietokoneisiin eivät toimisi kunnolla tai niitä ei ehkä edes olisi olemassa. Etenkin värimetalliosat olisivat paljon heikompia. Alumiini- ja titaaniseoksia sekä pronssia ja messinkiä lujitetaan lämpökäsittelyllä. Monia näistä metalleista käytetään autojen, lentokoneiden ja muiden sellaisten tuotteiden valmistuksessa, jotka luottavat vahvoihin metalleihin paitsi suorituskyvyn myös turvallisuuden kannalta.

Koska lämpökäsitellyt metallit ovat usein vahvempia kuin lämpökäsittelemättömät metallit, metallikappaleiden etukäteiskäsittely ehkäisee korroosiota, jolloin kalliita metalliosia ei tarvitse vaihtaa myöhemmin tai yhtä usein. Tämä saa koneet toimimaan edullisemmin ja tehokkaammin ja ehkäisee ongelmia.

Ratkaisuja General Kinematicsilta

General Kinematics tarjoaa optimaalisia laitteita, joilla voidaan parantaa ja lisätä tuottavuutta lämpökäsittelyprosessissa ja muissa valmistusprosesseissa. Metallien lämpökäsittelyssä on erilaisia vaiheita, General Kinematics tarjoaa laitteita, jotka on suunniteltu auttamaan tässä prosessissa ja lisäämään valmistuksen tuottavuutta.

Kuljettimet

General Kinematics SPIRA-FLOW™ -värähtelevä spiraalihissi on ihanteellinen lämpökäsittelyihin, jotka vaativat pitkän kuljetusreitin, mutta se tiivistää sen spiraalin muotoon, jotta se vie vähemmän tilaa. Spiral-Flow sopii erinomaisesti tuotantolaitoksiin, joissa on niukasti tilaa tai jotka haluavat optimoida tilankäytön.

General Kinematics tarjoaa laajan valikoiman lisäkuljettimia moniin erilaisiin lämpökäsittelytarpeisiin. Halusitpa sitten siirtää materiaalia pisteestä A pisteeseen B, lämmittää, jäähdyttää tai muuta GK:lla on laitteet, joita tarvitset käsittelytehosi parantamiseen.

Syöttölaitteet

Materiaalin syöttäminen haluttuun lämpökäsittelyprosessiin tapahtuu ihanteellisesti teollisilla materiaalinsyöttölaitteilla. General Kinematicsin kaksimassaiset tärinäsyöttölaitteet on suunniteltu kestämään kovimpia ja vaativimpia sovelluksia. Ne on varustettu ottamaan vastaan haastavimmat materiaalikuormat, jotta prosessisi etenisi sujuvasti. GK-syöttimet suunnitellaan tilauksesta, ja ne ovat vähän huoltoa vaativia, mikä tarkoittaa vähemmän seisokkiaikaa ja enemmän tuottavuutta.