Mi az acél felületi edzése? Mire használják a felületkeményítést?

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A fémek hőkezelésének művészete régóta ismert az emberiség előtt. A szerszámok és különösen a fegyverek gyártásával foglalkozó mesteremberek önállóan sajátították el, vagy sok éven át tanultak más tapaszt altabb szakemberekkel. A titkokat titokban tartották, ami természetesen lassította a technológia terjedését, de növelte egy-egy meghatározott célú termékek gyártójának versenyképességét. A középkori páncélosok egyik technikája a felületi keményítés volt, amely a kardok, szablyák vágóéleinek és hegyeinek különleges keménységet ad, a penge rugalmasságával kombinálva. Manapság az ilyen tulajdonságok már senkit sem lepnek meg, a technológiák tömegessé és elterjedtté váltak.

Miért tudná mindezt egy hétköznapi ember?

Ez a cikk nagy valószínűséggel közhelyek és jól ismert tények halmazának fog tűnni a fém hőkezeléssel foglalkozó szakemberek számára. Ezenkívül találhatnak néhány pontatlanságot a terminológiában. A bemutatott információk nem nekik szólnak, azoknak szól, akik távol állnak a kohászattól, amatőröktől,akit érdekel, hogy miben különbözik egy közönséges asztali vagy összecsukható kés szilárdságában a jó pengétől, a felületi keményedés a térfogatedzéstől és hasonló kérdések. A háztartásban szükséges egyik vagy másik tárgy vásárlásakor a fogyasztó jelentős árkülönbséggel szembesül. Az eladó nem mindig tudja minősített és érthető módon elmagyarázni, hogy egy szerszám (például egy csavarkulcs) miért sokkal drágább, mint egy másik, általános külső hasonlósággal. Valószínűleg megpróbálja „púderezni az agyát” olyan fogalmakkal és kifejezésekkel, amelyek az átlagos laikus számára érthetetlenek. A hétköznapi nyelvre lefordítva ezek a magyarázatok azt jelentik, hogy az állítható csavarkulcs nem törik el, és nem tart tovább, és sokkal ritkábban lesz szükség élezésre (ha az ügyfél kést szeretne vásárolni). "Felületi keményedés!" - az eladó rejtélyesen jelzi az okot, képzeletbeli örömtől forgatva a szemét. Mi az?

ellentétes tulajdonságok egy termékben

Amint az a mondatból kiderül, ebben az esetben a terméknek csak a külső vékony rétegét vetjük alá hőkezelésnek. Azt, hogy az acél edzést igényel, mindenki homályosan sejti, még azok is, akik egyáltalán nem tudják, mi az. Ebben különbözik a szokásos "vasdarabtól", puha és törékeny. De miért a felszínes örvend ilyen megtiszteltetésnek? A keményítést a fém tulajdonságainak megváltoztatására használják, és nem valamiféle javítás érdekében, ahogyan azt gyakran mondják. A minőség, amely bizonyos esetekben hasznos, más esetekben káros lesz. A reszelő kemény, mert könnyen megmunkálják a vasat, alumíniumot vagy bronzot, de ha megpróbálják meghajlítanivagy üsd meg kalapáccsal, megreped. Ugyanez vonatkozik a fémfűrészlapra is, amely gyakran rossz vágási szögnél eltörik. A rugalmassággal vagy hajlékonysággal kombinált keménység biztosítása érdekében felületkeményítést alkalmaznak. Ezt követően a termék tulajdonságai egyesíthetik a különböző kristályszerkezetekre jellemző, esetenként ellentétes tulajdonságokat. Most elmélyülnünk kell néhány anyagtudományi részletben.

A legegyszerűbb ötletek a fémek polimorfizmusáról

Ugyanazon fém a kristályrács alakjától függően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezhet (keménység, viszkozitás, hajlékonyság, hajlékonyság, rugalmasság stb.) Ezt a mechanikai paraméterek megváltoztatásának képességét polimorfizmusnak nevezzük. Réges-régen, a primitív fegyverek készítése során az emberek észrevették, hogy egyik-másik kard vagy bárd sikeresebbnek bizonyult, tovább megőrzi élességét és nem törik el. Természetesen őseink nem ismerték a fém molekulaszerkezetét, mindenhez intuitívan és tapasztalati úton jutottak. Empirikusan tehát felfedezték, hogy ha a hegyet felmelegítik, akkor a hőmérséklete a ragyogás árnyalataitól függ. Gyors lehűléssel valami megváltozik a fémben, vagy keményebbé válik, vagy rugalmasabbá válik. Ha újra felmelegítik, akkor újra ugyanaz lesz, és néha még rosszabb is. Addigra egészen konkrét elképzelések születtek arról, hogy milyen legyen például egy ideális vadászkés. Felületi keményítést is alkalmaztak akkor, de gyakrabbanúgynevezett lokálist használtak, vagyis olyat, amelyben a hegye tömör volt, a penge közepe rugalmas, a penge nyél melletti része pedig műanyag (hadd hajoljon egy kicsit, de ne törjön)

Mi történik odabent

Anélkül, hogy részletekbe mennénk, meg kell jegyezni, hogy az edzett acél szerkezete három fő típusból áll: martenzites, troosztit és szorbit. A mechanikai jellemzők ezeknek a kristályos képződményeknek az arányától függenek. Ebben az esetben nem mindegy, hogy melyikük és hogyan befolyásolja a keménységet. Az eredmény attól függ, hogy a fém mennyire meleg, és milyen gyorsan hűl le. Így a felületi keményedés a felső réteg hőmérsékletének emelkedésével és az azt követő lehűléssel fordulhat elő, akár a külső környezetbe (folyadékok, leggyakrabban olaj, víz és sóoldat, levegő vagy egyéb szerek) történő hőátadás eredményeként, részleges kijutását a termékbe. Ebben az esetben a kritikus hőmérséklet elérésének mértékétől függően rétegekben mennek végbe a polimorf átalakulások, amelyek befolyásolják az új kristályszerkezet kialakulását.

Ennek eredményeként a következő zónákban változás történt:

- Felső edzett.

- Köztes, részben edzett. Hő által érintett zónának is nevezik.

- Csökkentett keménységű terület.

- Változatlan belső tér.

Felületi keményedési módszerek

Hozzon létre egy felső réteget a következővelfokozott keménység, többféle módon. A vasúti kocsirugókat egyszerűen kis fémgolyókkal (lövésekkel) lövik, amelyek felületi tömítést hoznak létre, miközben a fém belső térfogata eléggé műanyag marad ahhoz, hogy ellenálljon a hosszú távú mechanikai igénybevételnek. A legősibb módszernek egy tárgy gyors felmelegítése nyílt tűzön, permetezéssel vagy sugáráramlással kísérve. Ezzel a technológiával készül a hagyományos keleti hajlított kés (karambit). A felületi edzés intenzív hűtéssel is elvégezhető. Ismeretesek a gázplazma, indukciós, lézeres és egyéb módszerek is. Néhányukon érdemes elidőzni.

HDTV

Az 1930-as évek közepén a szovjet tudós, V. P. Vologdin feltalált egy módszert, amellyel egy adott nem egységes molekulaszerkezetet adnak át nagy részeknek nagyfrekvenciás árammal. A gépészet gyorsan fejlődött, az iparnak olyan technológiákra volt szüksége, amelyek a minőség feláldozása nélkül biztosították a tömegtermelést. A HDTV felületi keményedése az indukció jelenségén alapul. A módszer sajátossága abban rejlik, hogy a fűtött réteg vastagsága függ a sugárzó hurok áramának frekvenciájától és nagyságától. Ebben az esetben az eredmény nagy valószínűséggel megjósolható, ezért a minőségellenőrzés jelentősen leegyszerűsödik. Ezenkívül a módszer alkalmazható a teljes termékek és szerelvények feldolgozására, például főtengelyekre és más nagy tárgyakra, amelyek egymás után mozgathatók az induktor mentén.teljes hosszában feltárva. Ezzel a technológiával nehéz kiválasztani a paramétereket a kis és lapos tárgyak, például a kések feldolgozásához. A nagyfrekvenciás áramokkal történő felületedzés viszonylag terjedelmes termékeknél alkalmazható, amelyek szilárdsága és kopásállósága a felső réteg mechanikai tulajdonságaitól függ.

A HDTV-módszer használatának jellemzői

A módszert a gépgyártó ipar gyors fejlődésének körülményei között fejlesztették ki, ami a Szovjetunió védelmi potenciáljának fő szempontja, ami alkalmazásának sajátosságaiban is megnyilvánult. A traktorok, tankok, autók vagy repülők legfontosabb részei nem elég nagyok ahhoz, hogy egy kompakt tekercs keretébe kerüljenek, mindegyikhez túl drága volt a felszerelést legyártani, és ha a legnagyobb méretek alapján készült, akkor az energiaköltségek óriásira nőttek. Az indukciós keményítést azonban minden terméknél alkalmazzák, a viszonylag kicsitől a hatalmasig. Például a fogaskerekeket egymás után tesszük ki a HDTV-nek, fogról fogra forgatva. A főtengelyek és kardántengelyek elemei folyamatosan és szekvenciálisan melegednek, az induktor rögzített keretén belül mozognak, míg a hűtő (permetező) közvetlenül utána kerül a technológiai folyamatba. A gép végén a munkadarabot azonnal vízzel permetezzük (innen ered a név, amely egybecseng a „spray” szóval).

Nos, a kis keményedési felülettel rendelkező termékeket egészében az induktorba helyezzük, és ugyanúgy lehűtjük.

Lézer

Ez az eszközkorunkban meglehetősen széles körben használják az emberi tevékenység különböző területein, és a fémmegmunkálásban is alkalmazásra talált. Az eljárás nem igényel utólagos hűtést, mivel a nyaláb becsapódása rövid távú, és a fém legfelső rétegét érinti, a kristályszerkezetben a kívánt változásokat okozva. A "lézeres élezés" valóban biztosítja, hogy ne kelljen hosszú ideig élesíteni a vágószerszámot (főleg hozzájuk használják), ha valóban ezt a módszert alkalmazzák a gyártás során. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy hamisítási korunkban a terméken lévő felirat nem mindig felel meg az igazságnak. Néha egy utcai bódéban árult olcsó „pillangós” kést is ilyen márkával díszítenek. A lézersugárral történő felületedzés drága technológia, csak a vezető szerszámgyártók számára elérhető.

Hideg

A módszer fizikai alapja annak a jelenségnek a felfedezése volt, hogy az ausztenites szerkezet mélyfagyasztás során martenzitessé válása következtében megnő az acél keménysége. Az ilyen felületi keményítést A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich és S. S. Shtenberg által a Szovjetunióban kifejlesztett módszer szerint hajtják végre. Alkalmazható szénre (több mint 0,5 százalék C-tartalommal) és speciális célokra ötvözött acélra, például a nagysebességű marók és egyéb speciális szerszámtermékek gyártásához.

Elektromos fűtés

Általában ugyanazon az elven épül fel, mint az indukciós edzés, azzal a különbséggel, hogy a fűtés rezisztív, mivelnagy értékű átmenő áram és az alkatrész ellenállása. A bemeneti feszültség frekvenciája ugyanúgy befolyásolja a fűtött réteg mélységét, és minél magasabb, annál vékonyabb. A megnövekedett keménységű felület a milliméter töredékétől a több egységig terjedhet. Ez a termék követelményeitől és méreteitől függ. A HDTV-hez képest az elektrorezisztív módszer az áramok, a hőmérsékletek és a rétegmélységek szélesebb tartományával rendelkezik. Segítségével elkészíthető például egy olyan masszív és különleges minőséget igénylő tárgy, mint a katonabajonett-bicska. Az elektromos fűtéssel történő felületkeményítés technológiailag igazolt hűtési rendszert igényel olajban, vízben vagy más hőbefogadó közegben.

Következtetések

Tehát a felületkeményítés fő feladata a kristályszerkezet olyan eloszlása a terméken belül, amelyben a szorbit vagy troostit fajtái megmaradnak benne, kívül pedig martenzitréteg képződik. Ez többféle módszerrel érhető el, a legegyszerűbbtől és a legősibbtől a technológiailag legfejlettebb és legmodernebbig. Mindenesetre az acél jó minőségű edzése magas képzettséget és pontosságot igényel a gyártási előírásoknak megfelelően. A minden szabály szerint készült termék nem lehet olcsó. Emiatt a jó konyhai kés és a karambit is drága. A lézersugárral végzett felületedzés leggyakrabban csak a vágószerszámoknál használatos.