Kas ir tērauda virsmas sacietēšana? Kam izmanto virsmas sacietēšanu?

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Metālu termiskās apstrādes māksla cilvēcei ir zināma jau sen. Amatnieki, kas nodarbojās ar instrumentu un īpaši ieroču izgatavošanu, to apguva paši, vai arī ilgus gadus mācījās pie citiem pieredzējušākiem speciālistiem. Noslēpumi tika turēti noslēpumā, kas, protams, bremzēja tehnoloģiju izplatību, bet palielināja konkrēta produkta ražotāja konkurētspēju konkrētam mērķim. Viens no viduslaiku bruņumašīnu paņēmieniem bija virsmas rūdīšana, kas zobenu un zobenu griešanas šķautnēm un galiem piešķir īpašu cietību, apvienojumā ar asmens lokanību. Mūsdienās šādi īpašumi nevienu vairs nepārsteidz, tehnoloģijas ir kļuvušas masīvas un plaši izplatītas.

Kāpēc parastam cilvēkam tas viss būtu jāzina?

Šis raksts metāla termiskās apstrādes speciālistiem, visticamāk, šķitīs banalitātes un vispārzināmu faktu kopums. Turklāt viņi var atrast dažas neprecizitātes terminoloģijā. Sniegtā informācija nav paredzēta viņiem, tā ir adresēta cilvēkiem, kuri ir tālu no metalurģijas, amatieriem,tiem, kas interesējas par to, kā parasts galda vai saliekamais nazis pēc stiprības atšķiras no laba asmens, virsmas rūdījums no tilpuma rūdīšanas un tamlīdzīgi jautājumi. Pērkot vienu vai otru mājsaimniecībā nepieciešamo lietu, patērētājs saskaras ar ievērojamu cenu starpību. Pārdevējs ne vienmēr var kvalificēti un saprotami izskaidrot, kāpēc viens instruments (piemēram, uzgriežņu atslēga) ir daudz dārgāks par citu ar vispārēju ārējo līdzību. Viņš, visticamāk, centīsies “piepūderēt savas smadzenes” ar jēdzieniem un terminiem, kas vidusmēra lajam nav saprotami. Pārtulkojot parastajā valodā, šie skaidrojumi nozīmēs, ka regulējamā uzgriežņu atslēga neplīsīs vai kalpos ilgāk, un asināšana būs nepieciešama daudz retāk (ja klients vēlas iegādāties nazi). "Virsmas sacietēšana!" - pārdevējs mistiski norādīs iemeslu, iedomātā sajūsmā izbolīdams acis. Kas tas ir?

Pretējas īpašības vienā produktā

Kā redzams no frāzes, šajā gadījumā termiskai apstrādei tiek pakļauts tikai produkta ārējais plāns slānis. To, ka tēraudam ir nepieciešama rūdīšana, visi neskaidri uzminē, pat tie, kas vispār nezina, kas tas ir. Ar to tas atšķiras no parastā "dzelzs gabala", mīksts un trausls. Bet kāpēc tādu godu bauda virspusējais? Rūdīšana tiek izmantota, lai mainītu metāla īpašības, nevis kaut kādu uzlabojumu dēļ, kā tas bieži tiek deklarēts. Kvalitāte, dažos gadījumos noderīga, citos kļūst kaitīga. Vīle ir cieta, jo viņiem ir viegli apstrādāt dzelzi, alumīniju vai bronzu, bet ja mēģināt to izlocītvai sit ar āmuru, saplaisās. Tas pats attiecas uz zāģa asmeni, kas bieži salūzt nepareizā griešanas leņķī. Lai piešķirtu cietību apvienojumā ar elastību vai elastību, tiek izmantota virsmas sacietēšana. Pēc tam produkta īpašības var apvienot īpašības, dažreiz pretējas, kas raksturīgas dažādām kristāla struktūrām. Tagad mums ir jāiedziļinās materiālzinātnes detaļās.

Vienkāršākās idejas par metālu polimorfismu

Vienam un tam pašam metālam atkarībā no kristāliskā režģa formas var būt dažādas fizikālās īpašības (cietība, viskozitāte, lokanība, lokanība, elastība utt.) Šo spēju mainīt mehāniskos parametrus sauc par polimorfismu. Jau sen, izgatavojot primitīvus ieročus, cilvēki pamanīja, ka viens vai otrs zobens vai skapītis izrādījies veiksmīgāks, tas ilgāk saglabā asumu un neplīst. Protams, mūsu senči nebija pazīstami ar metāla molekulārajām struktūrām, viņi nonāca pie visa intuitīvi un empīriski. Tātad empīriski viņi atklāja, ka, ja uzgalis tiek uzkarsēts, tā temperatūra ir atkarīga no mirdzuma nokrāsām. Ar strauju dzesēšanu metālā kaut kas mainās, tas kļūst vai nu cietāks, vai kļūst elastīgāks. Ja to uzkarsē, tas atkal kļūst tāds pats, un dažreiz pat sliktāk. Līdz tam laikam izveidojās diezgan konkrētas idejas par to, kādam jābūt, piemēram, ideālam medību nazim. Toreiz tika izmantota arī virsmas cietināšana, bet biežāktika izmantots tā sauktais vietējais, tas ir, tāds, kura smaile bija cieta, asmens vidus bija elastīgs, un asmens daļa, kas atrodas blakus rokturim, bija plastmasa (ļaujiet tai nedaudz saliekties, bet ne salūzt)

Kas notiek iekšā

Neiedziļinoties īpašās detaļās, jāatzīmē, ka rūdītajam tēraudam ir trīs galvenie veidi: martensīts, troostīts un sorbīts. Mehāniskās īpašības ir atkarīgas no šo kristālisko veidojumu attiecības. Šajā gadījumā nav svarīgi, kurš no tiem un kā ietekmē cietību. Rezultāts ir atkarīgs no tā, cik karsts ir metāls un cik ātri tas atdziest. Tādējādi virsmas sacietēšana var notikt ar augšējā slāņa temperatūras paaugstināšanos un tai sekojošu atdzišanu vai nu siltuma pārneses rezultātā uz ārējo vidi (šķidrumi, visbiežāk eļļa, ūdens un sālījums, gaiss vai citi līdzekļi), vai arī līdz tā daļējai izkļūšanai produktā. Šajā gadījumā polimorfās pārvērtības notiek slāņos, atkarībā no kritiskās temperatūras sasniegšanas pakāpes, kas ietekmē jaunas kristāla struktūras veidošanos.

Tā rezultātā notiek izmaiņas šādās zonās:

- Augšējais rūdīts.

- Vidējs, daļēji rūdīts. To sauc arī par karstuma ietekmēto zonu.

- Samazinātas cietības laukums.

- Nepārveidots interjers.

Virsmas sacietēšanas metodes

Izveidojiet augšējo slāni arpalielināta cietība, vairākos veidos. Dzelzceļa vagonu atsperes tiek vienkārši nošautas ar mazām metāla lodītēm (shot), kas rada virsmas blīvējumu, savukārt metāla iekšējais tilpums paliek pietiekami plastisks, lai izturētu ilgstošu mehānisko spriegumu. Senākā metode tiek uzskatīta par objekta strauju karsēšanu uz atklātas uguns, ko pavada izsmidzināšana vai strūklas plūsma. Tieši ar šo tehnoloģiju tiek izgatavots tradicionālais austrumu izliektais nazis (karambits). Virsmas sacietēšanu var veikt arī ar intensīvas dzesēšanas palīdzību. Ir zināmas arī gāzes-plazmas, indukcijas, lāzera un citas metodes. Pie dažiem no tiem ir vērts pakavēties.

HDTV

30. gadu vidū padomju zinātnieks V. P. Vologdins izgudroja metodi, kā ar augstfrekvences strāvu palīdzību piešķirt noteiktu nevienmērīgu molekulāro struktūru lielām daļām. Mašīnbūve strauji attīstījās, nozarei bija vajadzīgas tehnoloģijas, kas nodrošināja masveida ražošanu, nezaudējot kvalitāti. HDTV virsmas sacietēšana balstās uz indukcijas fenomenu. Metodes īpatnība ir apsildāmā slāņa biezuma atkarība no strāvas frekvences un lieluma izstarojošā cilpā. Šajā gadījumā rezultāts ir paredzams ar lielu varbūtības pakāpi, tāpēc kvalitātes kontrole ir ievērojami vienkāršota. Turklāt šī metode ir piemērojama kopējo produktu un mezglu apstrādei, piemēram, kloķvārpstas un citi lieli priekšmeti, kurus var secīgi pārvietot pa induktors.atsedzot visu garumu. Izmantojot šo tehnoloģiju, ir grūti izvēlēties parametrus mazu un plakanu priekšmetu, piemēram, naža, apstrādei. Virsmas sacietēšana ar augstfrekvences strāvām ir piemērojama salīdzinoši lielgabarīta izstrādājumiem, kuru izturība un nodilumizturība ir atkarīga no virsējā slāņa mehāniskajām īpašībām.

HDTV metodes izmantošanas iespējas

Metode tika izstrādāta PSRS aizsardzības potenciālam galvenās mašīnbūves nozares straujas attīstības apstākļos, kas izpaudās tās pielietojuma specifikā. Traktoru, cisternu, automašīnu vai lidmašīnu svarīgākās daļas nav pietiekami lielas, lai tās ievietotu kompakta induktora karkasā, katrai no tām bija pārāk dārgi izgatavot aprīkojumu, un, ja tas tika izgatavots pēc lielākajiem izmēriem, tad enerģijas izmaksas kļuva milzīgas. Tomēr indukcijas rūdīšana tiek piemērota jebkuram izstrādājumam, sākot no salīdzinoši maziem līdz milzīgiem. Piemēram, zobrati tiek pakļauti HDTV secīgi, griežot zobu pa zobam. Kloķvārpstu un kardānvārpstu elementi tiek nepārtraukti un secīgi uzkarsēti, pārvietojoties induktora fiksētā rāmja iekšpusē, savukārt dzesētājs (smidzinātājs) tiek iekļauts tehnoloģiskajā procesā uzreiz pēc tā. Mašīnas beigās apstrādājamo detaļu nekavējoties apsmidzina ar ūdeni (tātad nosaukums, kas līdzinās vārdam “smidzinātājs”).

Nu produkti ar nelielu cietēšanas virsmu tiek ievietoti induktors kopumā un atdzesēti tāpat.

Lāzers

Šī ierīcemūsu laikos diezgan plaši izmantots dažādās cilvēka darbības jomās, ir atradis pielietojumu metālapstrādē. Metode neprasa vēlāku dzesēšanu, jo stara trieciens ir īslaicīgs un ietekmē metāla augšējo slāni, izraisot vēlamās izmaiņas kristāla struktūrā. "Lāzera asināšana" patiešām nodrošina, ka nav nepieciešams ilgstoši asināt griezējinstrumentu (to galvenokārt izmanto tiem), ja šī metode patiešām tiek izmantota tā ražošanā. Taču jāņem vērā, ka mūsu viltojumu laikmetā uzraksts uz preces ne vienmēr atbilst patiesībai. Dažreiz ar šādu zīmolu tiek dekorēts arī kāds lēts "tauriņu" nazis, kas tiek pārdots ielas stendā. Virsmas cietināšana ar lāzera staru ir dārga tehnoloģija, tā ir pieejama tikai vadošajiem instrumentu ražotājiem.

Auksts

Metodes fizikālais pamats bija tērauda cietības palielināšanās fenomena atklāšana, ko izraisa austenīta struktūras pāreja uz martensītu dziļās sasalšanas laikā. Šāda virsmas sacietēšana tiek veikta pēc A. P. Guļajeva, N. A. Minkeviča un S. S. Štenberga PSRS izstrādātās metodes. Tas ir piemērojams oglekļa (kas satur vairāk nekā 0,5 procentus C) un leģēto tēraudu īpašiem nolūkiem, piemēram, tiem, kas ražoti ātrgaitas griezēju un citu īpašu instrumentu izstrādājumu ražošanai.

Elektriskā apkure

Kopumā tas ir veidots pēc tāda paša principa kā indukcijas rūdīšana, ar vienīgo atšķirību, ka apkure ir pretestīga, jolielu vērtību caurlaides strāva un daļas pretestība. Ieejas sprieguma frekvence tādā pašā veidā ietekmē apsildāmā slāņa dziļumu, un jo augstāks tas ir, jo plānāks tas ir. Paaugstinātas cietības virsma var svārstīties no milimetra daļām līdz vairākām tās vienībām. Tas ir atkarīgs no produkta prasībām un tā izmēriem. Salīdzinot ar HDTV, elektrorezistīvajai metodei ir plašāks strāvu, temperatūru un slāņu dziļuma diapazons. Ar tā palīdzību, piemēram, var izgatavot tik masīvu un īpašu kvalitāti prasošu priekšmetu kā karavīra bajoneti-nazis. Virsmas sacietēšanai ar elektrisko apsildi nepieciešams tehnoloģiski pārbaudīts dzesēšanas režīms eļļā, ūdenī vai citos siltumu uztverošos līdzekļos.

Secinājumi

Tātad, virsmas cietināšanas galvenais uzdevums ir tāds kristāla struktūras sadalījums izstrādājuma iekšpusē, kurā tā iekšpusē paliek sorbīta vai troostīta šķirnes, bet ārpusē veidojas martensīta slānis. To var panākt ar vairākām metodēm, sākot no vienkāršākajām un senākajām līdz tehnoloģiski progresīvākajām un modernākajām. Jebkurā gadījumā kvalitatīvai tērauda rūdīšanai nepieciešama augsta kvalifikācija un precizitāte atbilstoši ražošanas noteikumiem. Prece, kas izgatavota saskaņā ar visiem noteikumiem, nevar būt lēta. Šī iemesla dēļ gan labs virtuves nazis, gan karambits ir dārgi. Virsmas sacietēšana ar lāzera staru ir visizplatītākā tikai griešanas instrumentiem.