Kaj je površinsko utrjevanje jekla? Za kaj se uporablja površinsko utrjevanje?

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Umetnost toplotne obdelave kovin je človeštvu znana že dolgo. Obrtniki, ki so se ukvarjali z izdelavo orodja, predvsem pa orožja, so ga obvladali sami ali pa se dolga leta učili pri drugih izkušenejših strokovnjakih. Skrivnosti so bile skrivnost, kar je seveda upočasnilo širjenje tehnologije, povečalo pa konkurenčnost določenega proizvajalca izdelkov za določen namen. Ena od tehnik srednjeveških oklepnikov je bilo površinsko utrjevanje, ki daje rezalnim robom in konicam mečev in sabl posebno trdoto, združeno s prožnostjo rezila. Danes takšne nepremičnine nikogar več ne presenečajo, tehnologije so postale množične in razširjene.

Zakaj bi navaden človek vedel vse to?

Ta članek se bo strokovnjakom za termično obdelavo kovin najverjetneje zdel kot niz floskula in dobro znanih dejstev. Poleg tega lahko najdejo nekaj netočnosti v terminologiji. Predstavljene informacije niso namenjene njim, namenjene so ljudem, ki so daleč od metalurgije, amaterjem,tiste, ki jih zanima, kako se navaden namizni ali zložljivi nož razlikuje po moči od dobrega rezila, površinski utrjenosti od volumskega kaljenja in podobnih vprašanjih. Pri nakupu enega ali drugega predmeta, potrebnega v gospodinjstvu, se potrošnik sooča s precejšnjo razliko v ceni. Prodajalec ne more vedno na kvalificiran in razumljiv način razložiti, zakaj je eno orodje (na primer ključ) veliko dražje od drugega s splošno zunanjo podobnostjo. Najverjetneje si bo poskušal "naprašiti možgane" s pojmi in izrazi, ki so povprečnemu laiku nerazumljivi. V običajnem jeziku bodo te razlage pomenile, da se nastavljivi ključ ne bo zlomil ali trajal dlje, ostrenje pa bo potrebno veliko manj pogosto (če želi stranka kupiti nož). "Površinsko utrjevanje!" - bo prodajalec skrivnostno navedel razlog in zavil z očmi od namišljenega veselja. Kaj je?

Nasprotne lastnosti v enem izdelku

Kot je razvidno iz fraze, je v tem primeru toplotno obdelana samo zunanja tanka plast izdelka. O tem, da jeklo zahteva kaljenje, nejasno ugibajo vsi, tudi tisti, ki sploh ne vedo, kaj je. Po tem se razlikuje od običajnega "kosa železa", mehkega in krhkega. Toda zakaj ravno površinsko uživa takšno čast? Utrjevanje se uporablja za spreminjanje lastnosti kovine in ne zaradi nekakšnega izboljšanja, kot se pogosto razglaša. Kakovost, ki je v nekaterih primerih koristna, v drugih postane škodljiva. Pila je trda, ker zlahka obdelajo železo, aluminij ali bron, če pa jo poskušate upognitiali udarite s kladivom, bo počilo. Enako velja za list nožne žage, ki se pogosto zlomi pri napačnem kotu rezanja. Za dodajanje trdote v kombinaciji s prožnostjo ali duktilnostjo se uporablja površinsko utrjevanje. Po njem lahko lastnosti izdelka združujejo lastnosti, včasih nasprotne, značilne za različne kristalne strukture. Zdaj se moramo poglobiti v nekaj podrobnosti o materialnih znanostih.

Najenostavnejše ideje o polimorfizmu kovin

Ista kovina ima lahko, odvisno od oblike kristalne mreže, različne fizikalne lastnosti (trdota, viskoznost, duktilnost, prožnost, elastičnost itd.) Ta sposobnost spreminjanja mehanskih parametrov se imenuje polimorfizem. Že dolgo nazaj so ljudje pri izdelavi primitivnega orožja opazili, da se je en ali drugi meč ali sekač izkazal za uspešnejšega, dlje ohranja ostrino in se ne zlomi. Seveda naši predniki niso bili seznanjeni z molekularnimi strukturami kovine, do vsega so prišli intuitivno in empirično. Tako so empirično odkrili, da če se konica segreje, je njena temperatura odvisna od odtenkov sijaja. S hitrim hlajenjem se v kovini nekaj spremeni, postane bodisi trša bodisi postane bolj prožna. Če se ponovno segreje, postane spet enako, včasih pa še slabše. Do takrat so se oblikovale precej specifične ideje o tem, kaj bi moral biti na primer idealen lovski nož. Takrat so uporabljali tudi površinsko utrjevanje, vendar pogostejeuporabljen je bil tako imenovani lokalni, to je tisti, pri katerem je bila konica trdna, sredina rezila je bila prožna, del rezila, ki meji na ročaj, pa je bil plastičen (naj se malo upogne, vendar se ne zlomi)

Kaj se dogaja v notranjosti

Ne da bi se spuščali v posebne podrobnosti, je treba omeniti, da je struktura kaljenega jekla tri glavne vrste: martenzitna, troostitna in sorbitna. Mehanske lastnosti so odvisne od razmerja teh kristalnih tvorb. V tem primeru ni pomembno, kateri od njih in kako vpliva na trdoto. Rezultat je odvisen od tega, kako vroča je kovina in kako hitro se ohladi. Tako lahko pride do površinskega utrjevanja ob povišanju temperature zgornje plasti in kasnejšem ohlajanju bodisi kot posledica prenosa toplote v zunanje okolje (tekočine, največkrat olje, voda in slanica, zrak ali druga sredstva) bodisi zaradi do njegovega delnega uhajanja v izdelek. V tem primeru se polimorfne transformacije pojavljajo v plasteh, odvisno od stopnje doseganja kritične temperature, kar vpliva na nastanek nove kristalne strukture.

Zaradi tega pride do spremembe v naslednjih območjih:

- zgornji del utrjen.

- Vmesno, delno utrjeno. Imenuje se tudi toplotno prizadeto območje.

- Območje zmanjšane trdote.

- Nespremenjena notranjost.

Metode površinskega utrjevanja

Ustvarite zgornji sloj zpovečana trdota na več načinov. Vzmeti železniških vagonov se preprosto streljajo z majhnimi kovinskimi kroglicami (strel), ki ustvarijo površinsko tesnilo, medtem ko notranji volumen kovine ostane dovolj plastičen, da prenese dolgotrajne mehanske obremenitve. Najstarejša metoda se šteje za hitro segrevanje predmeta na odprtem ognju, ki ga spremlja škropljenje ali curek. Po tej tehnologiji je izdelan tradicionalni orientalski ukrivljen nož (karambit). Površinsko utrjevanje lahko izvedemo tudi z intenzivnim hlajenjem. Poznane so tudi plinsko-plazemske, indukcijske, laserske in druge metode. Na nekatere od njih se je vredno posvetiti.

HDTV

Sredi tridesetih let prejšnjega stoletja je sovjetski znanstvenik V. P. Vologdin izumil metodo za prenos dane neenakomerne molekularne strukture na velike dele z uporabo visokofrekvenčnih tokov. Strojništvo se je hitro razvijalo, industrija je potrebovala tehnologije, ki so zagotavljale množično proizvodnjo brez žrtvovanja kakovosti. Površinsko utrjevanje HDTV temelji na pojavu indukcije. Posebnost metode je v odvisnosti debeline segrete plasti od frekvence in velikosti toka v sevalni zanki. V tem primeru je rezultat predvidljiv z visoko stopnjo verjetnosti, zato je nadzor kakovosti močno poenostavljen. Poleg tega je metoda uporabna za obdelavo celotnih izdelkov in sklopov, kot so ročične gredi in drugi veliki predmeti, ki jih je mogoče zaporedno premikati vzdolž induktorja.razkrivajo celotno dolžino. S to tehnologijo je težko izbrati parametre za obdelavo majhnih in ravnih predmetov, kot je nož. Površinsko utrjevanje z visokofrekvenčnimi tokovi se uporablja za razmeroma obsežne izdelke, katerih trdnost in odpornost proti obrabi sta odvisni od mehanskih lastnosti zgornje plasti.

Značilnosti uporabe metode HDTV

Metoda je bila razvita v pogojih hitrega razvoja strojne industrije, glavnega za obrambni potencial ZSSR, kar se je pokazalo v posebnostih njene uporabe. Najpomembnejši deli traktorjev, tankov, avtomobilov ali letal niso dovolj veliki, da bi jih lahko postavili v okvir kompaktnega induktorja, je bila izdelava opreme za vsakega od njih predraga, in če je bila izdelana po največjih dimenzijah, potem so stroški energije postali enormni. Vendar pa se indukcijsko utrjevanje uporablja za vse izdelke, od relativno majhnih do velikih. Na primer, zobniki so zaporedoma izpostavljeni HDTV in se vrtijo zob za zobom. Elementi ročične in kardanske gredi se neprekinjeno in zaporedno segrevajo, premikajo se znotraj fiksnega okvirja induktorja, medtem ko je hladilnik (razpršilec) vključen v tehnološki proces takoj za njim. Na koncu stroja se obdelovanec takoj poškropi z vodo (od tod tudi ime, skladno z "spray").

No, izdelki z majhno utrjevalno površino so postavljeni v induktor kot celota in ohlajeni na enak način.

Laser

Ta napravav našem času, ki se precej pogosto uporablja na različnih področjih človeške dejavnosti, je našel uporabo v obdelavi kovin. Metoda ne zahteva naknadnega hlajenja, saj je vpliv žarka kratkotrajen in vpliva na najvišjo plast kovine, kar povzroči želene spremembe v kristalni strukturi. "Lasersko ostrenje" resnično zagotavlja, da rezalnega orodja ni treba dlje časa brusiti (večina se uporablja zanje), če se ta način res uporablja pri njegovi izdelavi. Vendar je treba upoštevati, da v naši ponarejeni dobi napis na izdelku ne ustreza vedno resnici. Včasih je s takšno blagovno znamko okrašen tudi kakšen poceni nož "metulj", ki se prodaja na ulični stojnici. Površinsko utrjevanje z laserskim žarkom je draga tehnologija, na voljo je samo vodilnim proizvajalcem orodij.

hladno

Fizična osnova metode je bilo odkritje pojava povečanja trdote jekla kot posledica prehoda avstenitne strukture v martenzitno med globokim zamrzovanjem. Takšno površinsko utrjevanje se izvaja po metodi, ki so jo razvili A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich in S. S. Shtenberg v ZSSR. Uporablja se za ogljik (vsebuje več kot 0,5 odstotka C) in legirana jekla za posebne namene, kot so tista, proizvedena za proizvodnjo visokohitrostnih rezil in drugih izdelkov posebnega orodja.

električno ogrevanje

Na splošno je zgrajen po enakem principu kot indukcijsko kaljenje, z edino razliko, da je segrevanje uporovno, zaradiprehodni tok velikih vrednosti in upor dela. Frekvenca vhodne napetosti na enak način vpliva na globino segrete plasti in višja kot je, tanjša je. Površina povečane trdote se lahko giblje od delcev milimetra do več njenih enot. Odvisno je od zahtev za izdelek in njegovih dimenzij. V primerjavi s HDTV ima elektroresistivna metoda širši razpon tokov, temperatur in globin plasti. Z njim je na primer mogoče izdelati tako masiven in zahtevan posebno kakovosten predmet, kot je vojaški bajonetni nož. Za površinsko utrjevanje z električnim ogrevanjem je potreben tehnološko preverjen hladilni režim v olju, vodi ali drugih sredstvih za sprejem toplote.

Sklepi

Torej, glavna naloga površinskega utrjevanja je taka porazdelitev kristalne strukture znotraj izdelka, pri kateri v njem ostanejo sorte sorbita ali troostita, zunaj pa nastane plast martenzita. To je mogoče doseči z več metodami, od najpreprostejših in najstarejših do tehnološko najnaprednejših in sodobnih. Vsekakor pa je za kakovostno kaljenje jekla potrebna visoka usposobljenost in natančnost v skladu s proizvodnimi predpisi. Izdelek, narejen po vseh pravilih, ne more biti poceni. Zaradi tega sta tako dober kuhinjski nož kot karambit draga. Površinsko utrjevanje z laserskim žarkom je najpogostejše samo za rezalna orodja.