Hva er overflateherding av stål? Hva brukes overflateherding til?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Kunsten å varmebehandling av metaller har vært kjent for menneskeheten i lang tid. Håndverkerne som var involvert i produksjon av verktøy, og spesielt våpen, mestret det på egen hånd, eller studerte i mange år med andre mer erfarne spesialister. Hemmeligheter ble holdt hemmelig, noe som selvfølgelig bremset spredningen av teknologi, men økte konkurranseevnen til en bestemt produsent av produkter for et bestemt formål. En av teknikkene til middelalderske pansere var overflateherding, som gir skjærekantene og spissene til sverd og sabler en spesiell hardhet, kombinert med bladets fleksibilitet. I dag overrasker ikke slike eiendommer lenger noen, teknologier har blitt massive og utbredte.

Hvorfor skulle en vanlig person vite alt dette?

Denne artikkelen til spesialister innen termisk metallbearbeiding vil mest sannsynlig virke som et sett med floskler og velkjente fakta. I tillegg kan de finne noen unøyaktigheter i terminologien. Informasjonen som presenteres er ikke ment for dem, den er rettet til personer som er langt fra metallurgi, amatører,de som er interessert i hvordan en vanlig bord- eller foldekniv skiller seg i styrke fra et godt blad, overflateherding fra volumherding og lignende problemer. Ved kjøp av en eller annen vare som trengs i husholdningen, står forbrukeren overfor en betydelig prisforskjell. Selgeren kan ikke alltid forklare på en kvalifisert og forståelig måte hvorfor ett verktøy (for eksempel en skiftenøkkel) er mye dyrere enn et annet med en generell ekstern likhet. Han vil mest sannsynlig prøve å "pudre hjernen" med konsepter og begreper som er uforståelige for den gjennomsnittlige lekmann. Oversatt til vanlig språk vil disse forklaringene bety at den justerbare skiftenøkkelen ikke vil knekke eller vare lenger, og sliping vil være nødvendig mye sjeldnere (hvis kunden ønsker å kjøpe en kniv). "Overflateherding!" - Selgeren vil på mystisk vis angi årsaken, og himler med øynene med imaginær glede. Hva er det?

Motstående egenskaper i ett produkt

Som det fremgår av setningen, er det i dette tilfellet kun det ytre tynne laget av produktet som blir utsatt for varmebehandling. At stål krever herding gjettes vagt av alle, også de som ikke vet hva det er i det hele tatt. Dette er hva det skiller seg fra det vanlige "jernstykket", mykt og sprøtt. Men hvorfor er det overfladiske som nyter en slik ære? Herding brukes for å endre egenskapene til metallet, og ikke for en eller annen form for forbedring, som ofte erklæres. Kvalitet, nyttig i noen tilfeller, blir skadelig i andre. Filen er hard, fordi det er lett for dem å behandle jern, aluminium eller bronse, men hvis du prøver å bøye deneller slå den med en hammer, vil den sprekke. Det samme gjelder baufilbladet, som ofte knekker ved feil skjærevinkel. For å gi hardhet kombinert med fleksibilitet eller duktilitet påføres overflateherding. Etter det kan egenskapene til produktet kombinere kvaliteter, noen ganger motsatte, karakteristiske for forskjellige krystallstrukturer. Nå må vi fordype oss i noen materialvitenskapelige detaljer.

De enkleste ideene om metallers polymorfisme

Det samme metallet kan, avhengig av formen på krystallgitteret, ha ulike fysiske egenskaper (hardhet, viskositet, duktilitet, fleksibilitet, elastisitet osv.) Denne evnen til å endre mekaniske parametere kalles polymorfisme. For lenge siden, når de lagde primitive våpen, la folk merke til at et eller annet sverd eller klyve viste seg å være mer vellykket, det beholder skarpheten lenger og går ikke i stykker. Selvfølgelig var våre forfedre ikke kjent med metallets molekylære strukturer, de kom til alt intuitivt og empirisk. Så empirisk oppdaget de at hvis spissen er oppvarmet, avhenger temperaturen av glødens nyanser. Ved rask avkjøling endres noe i metallet, det blir enten hardere eller mer fleksibelt. Hvis det varmes opp igjen, blir det det samme igjen, og noen ganger enda verre. På den tiden ble det dannet ganske spesifikke ideer om hva for eksempel en ideell jaktkniv skulle være. Overflateherding ble også brukt da, men oftereden såk alte lokale ble brukt, det vil si en der spissen var solid, midten av bladet var fleksibel, og delen av bladet ved siden av håndtaket var plast (la det bøye seg litt, men ikke knekke).

Hva skjer på innsiden

Uten å gå inn på spesielle detaljer, bør det bemerkes at strukturen til herdet stål er av tre hovedtyper: martensittisk, troostitt og sorbittisk. De mekaniske egenskapene avhenger av forholdet mellom disse krystallinske formasjonene. I dette tilfellet spiller det ingen rolle hvilken av dem og hvordan påvirker hardheten. Resultatet avhenger av hvor varmt metallet er og hvor raskt det avkjøles. Overflateherding kan således oppstå ved temperaturøkning i det øvre laget og påfølgende avkjøling, enten som følge av varmeoverføring til det ytre miljø (væsker, oftest olje, vann og s altlake, luft eller andre midler), eller pga. til dens delvise rømming inn i produktet. I dette tilfellet skjer polymorfe transformasjoner i lag, avhengig av graden av å nå den kritiske temperaturen, noe som påvirker dannelsen av en ny krystallstruktur.

Som et resultat er det en endring i følgende soner:

- Overdel herdet.

- Middels, delvis herdet. Det kalles også den varmepåvirkede sonen.

- Område med redusert hardhet.

- Umodifisert interiør.

Overflateherdingsmetoder

Lag et topplag medøkt hardhet, på flere måter. Jernbanevognfjærer beskytes ganske enkelt med små metallkuler (skudd) som skaper en overflatetetning, mens det indre volumet i metallet forblir plastisk nok til å tåle langvarig mekanisk påkjenning. Den eldste metoden anses å være rask oppvarming av en gjenstand på åpen ild, ledsaget av sprøyting eller jetstrøm. Det er ved denne teknologien at en tradisjonell orientalsk buet kniv (karambit) lages. Overflateherding kan også utføres ved hjelp av intensiv kjøling. Gass-plasma, induksjon, laser og andre metoder er også kjent. Noen av dem er verdt å dvele ved.

HDTV

På midten av 1930-tallet oppfant den sovjetiske forskeren V. P. Vologdin en metode for å formidle en gitt ujevn molekylstruktur til store deler ved hjelp av høyfrekvente strømmer. Maskinteknikk utviklet seg raskt, industrien trengte teknologier som sikret masseproduksjon uten å ofre kvaliteten. Overflateherding av HDTV er basert på fenomenet induksjon. Det særegne ved metoden ligger i avhengigheten av tykkelsen på det oppvarmede laget av frekvensen og størrelsen på strømmen i den utstrålende sløyfen. I dette tilfellet er resultatet forutsigbart med høy grad av sannsynlighet, derfor er kvalitetskontrollen betydelig forenklet. I tillegg er metoden anvendelig for behandling av overordnede produkter og sammenstillinger, slik som veivaksler og andre store gjenstander som kan flyttes langs induktoren, sekvensielt.eksponerer hele lengden. Med denne teknologien er det vanskelig å velge parametere for å behandle små og flate gjenstander, for eksempel en kniv. Overflateherding med høyfrekvente strømmer kan brukes på relativt store produkter, hvis styrke og slitestyrke avhenger av de mekaniske egenskapene til topplaget.

Funksjoner ved bruk av HDTV-metoden

Metoden ble utviklet under betingelsene for rask utvikling av maskinbyggingsindustrien, den viktigste for forsvarspotensialet til Sovjetunionen, noe som ble manifestert i spesifikasjonene av dens anvendelse. De viktigste delene av traktorer, tanker, biler eller fly er ikke store nok til å plasseres i rammen av en kompakt induktor, det var for dyrt å produsere utstyr for hver av dem, og hvis det ble laget basert på de største dimensjonene, da ble energikostnadene enorme. Imidlertid brukes induksjonsbeholderherding på alle produkter, fra relativt små til store. For eksempel blir tannhjul utsatt for HDTV sekvensielt, og snur tann for tann. Elementene til veivakslene og kardanakslene blir kontinuerlig og sekvensielt oppvarmet, og beveger seg innenfor den faste rammen til induktoren, mens kjøleren (sprøyten) er inkludert i den teknologiske prosessen umiddelbart etter den. På slutten av maskinen sprayes arbeidsstykket umiddelbart med vann (derav navnet, konsonant med "spray").

Vel, produkter med en liten herdende overflate plasseres i induktoren som helhet og avkjøles på samme måte.

Laser

Denne enheteni vår tid, brukt ganske mye i ulike felt av menneskelig aktivitet, har funnet anvendelse i metallbearbeiding. Metoden krever ikke etterfølgende avkjøling, siden påvirkningen av strålen er kortvarig og den påvirker det øverste laget av metallet, og forårsaker de ønskede endringene i krystallstrukturen. "Lasersliping" sikrer virkelig at det ikke er behov for å skjerpe skjæreverktøyet i lang tid (det brukes hovedsakelig for dem), hvis denne metoden virkelig brukes i produksjonen. Imidlertid bør det huskes at i vår forfalskede alder samsvarer ikke inskripsjonen på produktet alltid med sannheten. Noen ganger er en billig "sommerfugl"-kniv som selges i en gatebod også dekorert med et slikt merke. Overflateherding med laserstråle er en kostbar teknologi, den er kun tilgjengelig for ledende verktøyprodusenter.

Cold

Det fysiske grunnlaget for metoden var oppdagelsen av fenomenet å øke hardheten til stål som følge av overgangen av den austenittiske strukturen til martensittisk under dypfrysing. Slik overflateherding utføres i henhold til metoden utviklet av A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich og S. S. Shtenberg i USSR. Den kan brukes på karbon (som inneholder mer enn 0,5 prosent C) og legert stål for spesielle formål, for eksempel de som produseres for produksjon av høyhastighetskuttere og andre spesialverktøyprodukter.

Elektrisk oppvarming

Generelt er den bygget etter samme prinsipp som induksjonsherding, med den eneste forskjellen at oppvarmingen er resistiv, pga.passerende strøm med store verdier og motstanden til delen. Frekvensen til inngangsspenningen påvirker på samme måte dybden på det oppvarmede laget, og jo høyere det er, jo tynnere er det. Overflaten med økt hardhet kan variere fra brøkdeler av en millimeter til flere av enhetene. Det avhenger av kravene til produktet og dets dimensjoner. Sammenlignet med HDTV har den elektroresistive metoden et bredere spekter av strømmer, temperaturer og lagdybder. Ved hjelp av det kan for eksempel en så massiv og krevende gjenstand av spesiell kvalitet som en soldats bajonettkniv lages. Overflateherding ved elektrisk oppvarming krever et teknologisk verifisert kjøleregime i olje, vann eller andre varmemottakende midler.

Konklusjoner

Så, hovedoppgaven med overflateherding er en slik fordeling av krystallstrukturen inne i produktet, der varianter av sorbitt eller troostitt forblir inne i det, og et lag med martensitt dannes utenfor. Dette kan oppnås med flere metoder, fra de enkleste og eldste til de mest teknologisk avanserte og moderne. I alle fall krever høykvalitets herding av stål høy kvalifikasjon og nøyaktighet i samsvar med produksjonsbestemmelsene. Et produkt laget etter alle reglene kan ikke være billig. Av denne grunn er både en god kjøkkenkniv og karambit dyre. Overflateherding med laserstråle er mest vanlig bare for skjærende verktøy.