Metalleja käytetään monissa erilaisissa tuotteissa, ja haluttujen ominaisuuksien luomiseksi metalleja on yleensä tarpeellista muokata, jotta ne olisivat ominaisuuksiltaan sellaisia kuin kussakin sovelluksessa tarvitaan. Metallien käsittely suoritetaan yleensä lämmön avulla, toisin sanoen muovattavaa metallikappaletta lämmitetään, jolloin sen rakenteessa tapahtuu muutoksia. Metallin mikrorakenteessa tapahtuvat muutokset johtavat metallin ominaisuuksien muuttumiseen halutulla tavalla, ja lopputuloksena syntyvä metalli sopii käyttökohteeseensa alkuperäistä paremmin. Erityisesti lämpökäsittely vaikuttaa käsitellyn metallin lujuuteen, sitkeyteen, kulutuskestävyyteen ja kovuuteen.

Lämpökäsittelyn hyödyntäminen eri sovelluksissa

Lämpökäsittelyä voidaan käyttää koko metallikappaleeseen tai vaihtoehtoisesti vain sen rajattuun osaan, esimerkiksi pintaan. Lämpökäsittelyä hyödynnetään esimerkiksi hammaspyörissä, puukon terissä sekä vaativien akselien valmistuksessa.

Lämpökäsittelyn monet menetelmät

Lämpökäsittely voidaan tehdä monilla menetelmillä. Karkaisu on lämpökäsittelyn menetelmä, jossa käsiteltävä kappale ensin kuumennetaan ja sen jälkeen jäähdytetään hyvin nopeasti. Karkaisussa käsiteltävän metallin kovuus voi parhaimmillaan jopa nelinkertaistua.

Päästöhehkutuksella tarkoitetaan menetelmää, jossa karkaisuvaiheen jälkeen teräskappaletta hehkutetaan. Hehkutuksessa kappaleen kovuus ja myötöraja nousevat. Päästöhehkutuksen ajatellaan kuuluvan karkaisuprosessiin, ja käytetyllä lämpötilalla on merkittävä vaikutus käsiteltävän kappaleen ominaisuuksiin.

Liuotushehkutuksessa sen sijaan muovattavaa metallia hehkutetaan niin sanotun solvus-lämpötilan yläpuolelle. Tällöin metallin aiemmissa käsittelyissä toisistaan erkautuneet faasit liukenevat ja metallin rakenne muuttuu homogeeniseksi, jähmeäksi liuokseksi. Liuoshehkutusta käytetään esimerkiksi teräksen valmistuksessa.

Jos metallikappaletta muokataan kylmämuokkauksella, sen rakenne litistyy ja kappaleen muokkauslujuus lisääntyy. Niin sanotussa rekristallisaatiohehkutuksessa metallikappaleen kiderakenne saadaan järjestymään uudelleen, jolloin kappaleen venymä ja kovuusominaisuudet palaavat arvoihin, jotka sillä oli ennen kylmämuokkausta.

Metallien ominaisuudet eivät aina käsittelyjen aikana muutu homogeeniseksi, ja toisinaan metallia joudutaan käsittelemään useampaan kertaan haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Esimerkiksi sellaisessa tapauksessa, jossa käytettyjen kaasujen osapaineet ovat olleet korkeita, on kohonnut riski siihen, että kaasut rikastuvat prosessissa metallirakenteen raerajoille aiheuttaen haurautta metallin rakenteeseen. Tämän vuoksi esimerkiksi kovakromauksen jälkeen on välttämätöntä suorittaa niin sanottu kaasunpoistohehkutus, joka yleensä suoritetaan 200 °C:n lämpötilassa.

Niin sanotussa sintraushehkutuksessa tietty metallijauheesta puristettu kappale (niin sanottu vihreä kappale) saavuttaa halutun kiinteän ja tiheän rakenteen. Jauhemaiset partikkelit sulautuvat toisiinsa, mutta ne eivät kuitenkaan sula prosessin aikana.