Как нагревание металла влияет на его свойства?
Тепло может влиять на электрические, магнитные и структурные свойства металлов. Поскольку металл имеет широкий спектр применения, различные условия подчеркивают различные атрибуты. Жесткость требуется в промышленных приложениях, в то время как низкая электрическая плотность важна в электронных приложениях.
Существует множество методов нагрева металла, которые широко используются для изменения этих свойств. Для получения желаемого результата необходимо тщательно регулировать температуру нагрева металла и скорость его охлаждения.
Ниже перечислены наиболее важные способы преобразования металлов под воздействием тепла:
Магнетизм
электрическое сопротивление
Тепловое расширение
Магнетизм
Железо, никель и кобальт - это три металла, обладающие магнитными свойствами. Их называют ферромагнитными металлами. Нагревание этих металлов уменьшает их магнетизм до такой степени, что магнетизма больше нет. Температура Кюри - это температура, при которой это происходит. Эта температура составляет 626 ° по Фаренгейту для никеля, 2 012 ° по Фаренгейту для кобальта и 1 418 ° по Фаренгейту для железа.
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление металла - это показатель того, насколько сильно он препятствует прохождению электрического тока. Электроны рассеиваются при столкновении с металлической структурой, когда они проходят через металл. Электроны потребляют больше энергии и движутся быстрее, когда металл нагревается. Это вызывает дальнейшее рассеяние, что увеличивает сумму сопротивления. Термометры обычно рассчитывают температуру, измеряя разницу электрического сопротивления в куске провода.
Тепловое расширение
При нагревании металл расширяется. Температура вызывает увеличение длины, площади поверхности и толщины. Тепловое расширение - это техническое название этого явления. Степень теплового расширения зависит от металла. Тепловое расширение происходит в результате того, что тепло усиливает движение атомов металла. При строительстве металлических конструкций очень важно учитывать тепловое расширение. Простой пример - строительство бытовых труб, которые должны учитывать расширение и сжатие при смене времен года.
Термическая обработка металлов
Термическая обработка - это метод изменения характеристик металла для того, чтобы сделать его более пригодным для желаемого применения. Ниже перечислены наиболее распространенные методы термической обработки:
Отжиг
Нормализация
Закалка
Отпуск
Отжиг
Такие материалы, как железо, сталь, медь, латунь и серебро, обычно размягчаются путем отжига. При этом материал нагревается до определенной температуры, а затем медленно и неуклонно охлаждается. Отжиг изменяет физические и химические характеристики металла, делая его более пластичным и менее жестким. Это позволяет упростить методы резьбы, штамповки и формовки, а также облегчить резку металла. Отжиг также улучшает электропроводность.
Нормализация
Нормализация, также известная как нормализация, - это процесс, используемый для достижения однородности размера и состава зерен в сплавах. Металл нагревается до определенной степени, а затем охлаждается воздухом. Полученный металл не содержит примесей и обладает повышенной прочностью и твердостью. Нормализация часто используется для производства более твердой и жесткой стали, но она менее пластична, чем отжиг. Поскольку процедура улучшает этот атрибут, нормализации обычно подвергаются изделия, которые могут быть подвергнуты механической обработке.
Закалка
Сталь и другие сплавы закаливают для улучшения их механических свойств. При закалке металл нагревают до высокой температуры и выдерживают до тех пор, пока часть углерода не расплавится. Затем металл гасят, то есть быстро охлаждают в масле или воде. В результате закалки получается сплав с высокой прочностью и износостойкостью. Закалка, с другой стороны, делает его более хрупким и поэтому непригодным для промышленного применения. Поверхностная закалка используется в тех случаях, когда поверхность детали должна быть достаточно твердой для предотвращения износа и разрушения, сохраняя при этом пластичность и упругость, чтобы выдерживать ударные и толчковые нагрузки.
Закалка
Закалка используется для повышения пластичности стали. Незакаленная сталь очень прочна, но она слишком пористая для большинства практических применений. Отпуск - это метод низкотемпературной термообработки, используемый для достижения желаемого соотношения твердости и жесткости после закалки (нейтральной закалки, двойной закалки, науглероживания в среде, карбонитрирования или индукционной закалки). Чтобы уменьшить часть избыточной твердости, сталь нагревают до более низкой температуры. После этого металл охлаждается на воздухе, в результате чего получается более твердый и менее хрупкий материал.
