Τι είναι η επιφανειακή σκλήρυνση του χάλυβα; Σε τι χρησιμεύει η επιφανειακή σκλήρυνση;

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η τέχνη της θερμικής επεξεργασίας μετάλλων είναι γνωστή στην ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό. Οι τεχνίτες που ασχολούνταν με την κατασκευή εργαλείων, και ιδιαίτερα όπλων, το κατακτούσαν μόνοι τους ή μελετούσαν για πολλά χρόνια με άλλους πιο έμπειρους ειδικούς. Τα μυστικά κρατήθηκαν μυστικά, τα οποία, φυσικά, επιβράδυναν τη διάδοση της τεχνολογίας, αλλά αύξησαν την ανταγωνιστικότητα ενός συγκεκριμένου κατασκευαστή προϊόντων για συγκεκριμένο σκοπό. Μία από τις τεχνικές των μεσαιωνικών τεθωρακισμένων ήταν η επιφανειακή σκλήρυνση, η οποία δίνει στις κοπτικές άκρες και στα σημεία των σπαθιών και των σπαθιών μια ιδιαίτερη σκληρότητα, σε συνδυασμό με την ευκαμψία της λεπίδας. Σήμερα, τέτοιες ιδιότητες δεν εκπλήσσουν πλέον κανέναν, οι τεχνολογίες έχουν γίνει μαζικές και διαδεδομένες.

Γιατί ένας απλός άνθρωπος να τα ξέρει όλα αυτά;

Αυτό το άρθρο για τους ειδικούς στη θερμική κατεργασία μετάλλων θα φαίνεται πιθανότατα σαν ένα σύνολο κοινοτοπιών και γνωστών γεγονότων. Επιπλέον, μπορεί να βρουν κάποιες ανακρίβειες στην ορολογία. Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται δεν προορίζονται για αυτούς, απευθύνονται σε άτομα που απέχουν πολύ από τη μεταλλουργία, ερασιτέχνες,όσοι ενδιαφέρονται για το πώς ένα συνηθισμένο τραπέζι ή πτυσσόμενο μαχαίρι διαφέρει σε αντοχή από μια καλή λεπίδα, σκλήρυνση επιφάνειας από σκλήρυνση όγκου και παρόμοια θέματα. Όταν αγοράζει ένα ή άλλο είδος που χρειάζεται στο νοικοκυριό, ο καταναλωτής αντιμετωπίζει σημαντική διαφορά τιμής. Ο πωλητής δεν μπορεί πάντα να εξηγήσει με κατάλληλο και κατανοητό τρόπο γιατί ένα εργαλείο (ένα κλειδί, για παράδειγμα) είναι πολύ πιο ακριβό από ένα άλλο με μια γενική εξωτερική ομοιότητα. Πιθανότατα, θα προσπαθήσει να «σκονίσει τα μυαλά του» με έννοιες και όρους ακατανόητους για τον μέσο λαϊκό. Μεταφρασμένες στη συνηθισμένη γλώσσα, αυτές οι επεξηγήσεις θα σημαίνουν ότι το ρυθμιζόμενο κλειδί δεν θα σπάσει ή θα διαρκέσει περισσότερο και ότι το ακόνισμα θα απαιτείται πολύ λιγότερο συχνά (αν ο πελάτης θέλει να αγοράσει ένα μαχαίρι). "Επιφανειακή σκλήρυνση!" - ο πωλητής θα υποδείξει μυστηριωδώς τον λόγο, γουρλώνοντας τα μάτια του με φανταστική απόλαυση. Τι είναι;

Αντίθετες ιδιότητες σε ένα προϊόν

Όπως προκύπτει από τη φράση, σε αυτή την περίπτωση μόνο το εξωτερικό λεπτό στρώμα του προϊόντος υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία. Το γεγονός ότι ο χάλυβας απαιτεί σκλήρυνση μαντεύεται αόριστα από όλους, ακόμη και εκείνους που δεν γνωρίζουν καθόλου τι είναι. Σε αυτό διαφέρει από το συνηθισμένο «κομμάτι σιδήρου», μαλακό και εύθραυστο. Γιατί όμως είναι το επιφανειακό που χαίρει τέτοιας τιμής; Η σκλήρυνση χρησιμοποιείται για την αλλαγή των ιδιοτήτων του μετάλλου, και όχι για χάρη κάποιου είδους βελτίωσης, όπως συχνά δηλώνεται. Η ποιότητα, χρήσιμη σε ορισμένες περιπτώσεις, γίνεται επιβλαβής σε άλλες. Η λίμα είναι σκληρή, γιατί είναι εύκολο να επεξεργαστούν σίδηρο, αλουμίνιο ή μπρούτζο, αλλά αν προσπαθήσετε να το λυγίσετεή χτυπήστε το με ένα σφυρί, θα σκάσει. Το ίδιο ισχύει και για τη λεπίδα του πριονιού, η οποία συχνά σπάει με λάθος γωνία κοπής. Για να προσδώσει σκληρότητα σε συνδυασμό με ευκαμψία ή ολκιμότητα, εφαρμόζεται επιφανειακή σκλήρυνση. Μετά από αυτό, οι ιδιότητες του προϊόντος μπορούν να συνδυάσουν ιδιότητες, μερικές φορές αντίθετες, χαρακτηριστικές διαφορετικών κρυσταλλικών δομών. Τώρα πρέπει να εμβαθύνουμε σε ορισμένες λεπτομέρειες της επιστήμης των υλικών.

Οι απλούστερες ιδέες για τον πολυμορφισμό των μετάλλων

Το ίδιο μέταλλο μπορεί, ανάλογα με το σχήμα του κρυσταλλικού πλέγματος, να έχει διαφορετικές φυσικές ιδιότητες (σκληρότητα, ιξώδες, πλαστιμότητα, ευκαμψία, ελαστικότητα κ.λπ.) Αυτή η ικανότητα αλλαγής μηχανικών παραμέτρων ονομάζεται πολυμορφισμός. Πριν από πολύ καιρό, όταν κατασκευάζονταν πρωτόγονα όπλα, οι άνθρωποι παρατήρησαν ότι το ένα ή το άλλο σπαθί ή μαχαίρι αποδείχτηκε πιο επιτυχημένο, διατηρεί την ευκρίνειά του περισσότερο και δεν σπάει. Φυσικά, οι πρόγονοί μας δεν ήταν εξοικειωμένοι με τις μοριακές δομές του μετάλλου, κατέληξαν σε όλα διαισθητικά και εμπειρικά. Έτσι, εμπειρικά, ανακάλυψαν ότι αν η άκρη θερμαίνεται, τότε η θερμοκρασία της εξαρτάται από τις αποχρώσεις της λάμψης. Με τη γρήγορη ψύξη, κάτι αλλάζει στο μέταλλο, είτε γίνεται πιο σκληρό είτε γίνεται πιο εύκαμπτο. Αν ξαναζεσταθεί, ξαναγίνεται το ίδιο, και μερικές φορές ακόμα χειρότερα. Μέχρι εκείνη την εποχή, είχαν σχηματιστεί αρκετά συγκεκριμένες ιδέες για το τι θα έπρεπε να είναι, για παράδειγμα, ένα ιδανικό κυνηγετικό μαχαίρι. Τότε χρησιμοποιήθηκε και επιφανειακή σκλήρυνση, αλλά πιο συχνάχρησιμοποιήθηκε το λεγόμενο τοπικό, δηλαδή ένα στο οποίο η αιχμή ήταν συμπαγής, η μέση της λεπίδας ήταν εύκαμπτη και το τμήμα της λεπίδας δίπλα στη λαβή ήταν πλαστικό (ας λυγίσει λίγο, αλλά να μην σπάσει)

Τι συμβαίνει μέσα

Χωρίς να υπεισέλθουμε σε ιδιαίτερες λεπτομέρειες, πρέπει να σημειωθεί ότι η δομή του σκληρυμένου χάλυβα είναι τριών βασικών τύπων: μαρτενσιτικός, τρωστίτης και σορβιτικός. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά εξαρτώνται από την αναλογία αυτών των κρυσταλλικών σχηματισμών. Σε αυτή την περίπτωση, δεν έχει σημασία ποιο από αυτά και πώς επηρεάζει τη σκληρότητα. Το αποτέλεσμα εξαρτάται από το πόσο ζεστό είναι το μέταλλο και πόσο γρήγορα κρυώνει. Έτσι, η επιφανειακή σκλήρυνση μπορεί να συμβεί με αύξηση της θερμοκρασίας του ανώτερου στρώματος και επακόλουθη ψύξη, είτε ως αποτέλεσμα μεταφοράς θερμότητας στο εξωτερικό περιβάλλον (υγρά, πιο συχνά λάδι, νερό και άλμη, αέρας ή άλλοι παράγοντες) είτε λόγω στη μερική διαφυγή του στο προϊόν. Σε αυτή την περίπτωση, πολυμορφικοί μετασχηματισμοί συμβαίνουν σε στρώματα, ανάλογα με τον βαθμό επίτευξης της κρίσιμης θερμοκρασίας, η οποία επηρεάζει το σχηματισμό μιας νέας κρυσταλλικής δομής.

Σαν αποτέλεσμα, υπάρχει μια αλλαγή στις ακόλουθες ζώνες:

- Πάνω σκληρυμένο.

- Ενδιάμεσο, μερικώς σκληρυμένο. Ονομάζεται επίσης ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα.

- Περιοχή μειωμένης σκληρότητας.

- Μη τροποποιημένο εσωτερικό.

Μέθοδοι σκλήρυνσης επιφανειών

Δημιουργήστε ένα ανώτερο στρώμα μεαυξημένη σκληρότητα, με διάφορους τρόπους. Τα ελατήρια του σιδηροδρομικού αυτοκινήτου πυροβολούνται απλά με μικρές μεταλλικές μπάλες (βολή) που δημιουργούν μια επιφανειακή στεγανοποίηση, ενώ ο εσωτερικός όγκος του μετάλλου παραμένει αρκετά πλαστικός ώστε να αντέχει τη μακροχρόνια μηχανική καταπόνηση. Η αρχαιότερη μέθοδος θεωρείται η ταχεία θέρμανση ενός αντικειμένου σε ανοιχτή φωτιά, συνοδευόμενη από ψεκασμό ή ροή πίδακα. Με αυτήν την τεχνολογία κατασκευάζεται ένα παραδοσιακό ανατολίτικο καμπύλο μαχαίρι (karambit). Η επιφανειακή σκλήρυνση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με εντατική ψύξη. Είναι επίσης γνωστές μέθοδοι αέριο-πλάσμα, επαγωγή, λέιζερ και άλλες. Μερικά από αυτά αξίζει να σταθούμε.

HDTV

Στα μέσα της δεκαετίας του 1930, ο Σοβιετικός επιστήμονας V. P. Vologdin εφηύρε μια μέθοδο για τη μετάδοση μιας δεδομένης μη ομοιόμορφης μοριακής δομής σε μεγάλα μέρη χρησιμοποιώντας ρεύματα υψηλής συχνότητας. Η μηχανολογία αναπτύχθηκε γρήγορα, η βιομηχανία χρειαζόταν τεχνολογίες που εξασφάλιζαν μαζική παραγωγή χωρίς να θυσιάζει την ποιότητα. Η επιφανειακή σκλήρυνση της HDTV βασίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής. Η ιδιαιτερότητα της μεθόδου έγκειται στην εξάρτηση του πάχους του θερμαινόμενου στρώματος από τη συχνότητα και το μέγεθος του ρεύματος στον βρόχο ακτινοβολίας. Σε αυτή την περίπτωση, το αποτέλεσμα είναι προβλέψιμο με υψηλό βαθμό πιθανότητας, επομένως, ο ποιοτικός έλεγχος απλοποιείται σημαντικά. Επιπλέον, η μέθοδος εφαρμόζεται στην επεξεργασία συνολικών προϊόντων και συγκροτημάτων, όπως στροφαλοφόροι άξονες και άλλα μεγάλα αντικείμενα που μπορούν να μετακινηθούν κατά μήκος του επαγωγέα, διαδοχικά.εκθέτοντας σε όλο το μήκος. Με αυτήν την τεχνολογία, είναι δύσκολο να επιλέξετε τις παραμέτρους για την επεξεργασία μικρών και επίπεδων αντικειμένων, όπως ένα μαχαίρι. Η επιφανειακή σκλήρυνση με ρεύματα υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται σε σχετικά ογκώδη προϊόντα, των οποίων η αντοχή και η αντοχή στη φθορά εξαρτώνται από τις μηχανικές ιδιότητες του ανώτερου στρώματος.

Δυνατότητες χρήσης της μεθόδου HDTV

Η μέθοδος αναπτύχθηκε στις συνθήκες ταχείας ανάπτυξης της μηχανουργικής βιομηχανίας, η κύρια για το αμυντικό δυναμικό της ΕΣΣΔ, η οποία εκδηλώθηκε στις ιδιαιτερότητες της εφαρμογής της. Τα πιο σημαντικά μέρη των τρακτέρ, των δεξαμενών, των αυτοκινήτων ή των αεροπλάνων δεν είναι αρκετά μεγάλα για να τοποθετηθούν στο πλαίσιο ενός συμπαγούς επαγωγέα, ήταν πολύ ακριβό να κατασκευαστεί εξοπλισμός για καθένα από αυτά και εάν κατασκευαζόταν με βάση τις μεγαλύτερες διαστάσεις, τότε το κόστος ενέργειας έγινε τεράστιο. Ωστόσο, η σκλήρυνση με επαγωγική θήκη εφαρμόζεται σε οποιαδήποτε προϊόντα, από σχετικά μικρά έως τεράστια. Για παράδειγμα, τα γρανάζια εκτίθενται σε HDTV διαδοχικά, γυρίζοντας δόντι προς δόντι. Τα στοιχεία των στροφαλοφόρων αξόνων και των αξόνων καρδανίου θερμαίνονται συνεχώς και διαδοχικά, κινούνται εντός του σταθερού πλαισίου του επαγωγέα, ενώ ο ψύκτης (ψεκαστήρας) εντάσσεται στην τεχνολογική διαδικασία αμέσως μετά. Στο τέλος της μηχανής, το τεμάχιο εργασίας ψεκάζεται αμέσως με νερό (εξ ου και το όνομα, σύμφωνα με το "σπρέι").

Λοιπόν, προϊόντα με μικρή επιφάνεια σκλήρυνσης τοποθετούνται στο πηνίο ως σύνολο και ψύχονται με τον ίδιο τρόπο.

Λέιζερ

Αυτή η συσκευήστην εποχή μας, που χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας, έχει βρει εφαρμογή στη μεταλλουργία. Η μέθοδος δεν απαιτεί μετέπειτα ψύξη, καθώς η κρούση της δοκού είναι βραχυπρόθεσμη και επηρεάζει το ανώτερο στρώμα του μετάλλου, προκαλώντας τις επιθυμητές αλλαγές στην κρυσταλλική δομή. Το "ακόνισμα λέιζερ" διασφαλίζει πραγματικά ότι δεν χρειάζεται να ακονίσετε το εργαλείο κοπής για μεγάλο χρονικό διάστημα (χρησιμοποιείται κυρίως για αυτά), εάν αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται πραγματικά στην κατασκευή του. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στην εποχή μας για την απομίμηση, η επιγραφή στο προϊόν δεν ανταποκρίνεται πάντα στην αλήθεια. Μερικές φορές κάποιο φτηνό μαχαίρι «πεταλούδας» που πωλείται σε έναν πάγκο στο δρόμο είναι επίσης διακοσμημένο με μια τέτοια μάρκα. Η επιφανειακή σκλήρυνση με ακτίνα λέιζερ είναι μια δαπανηρή τεχνολογία, είναι διαθέσιμη μόνο σε κορυφαίους κατασκευαστές εργαλείων.

Κρύο

Η φυσική βάση της μεθόδου ήταν η ανακάλυψη του φαινομένου της αύξησης της σκληρότητας του χάλυβα ως αποτέλεσμα της μετάβασης της ωστενιτικής δομής σε μαρτενσιτικό κατά τη βαθιά κατάψυξη. Αυτή η επιφανειακή σκλήρυνση πραγματοποιείται σύμφωνα με τη μέθοδο που αναπτύχθηκε από τους A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich και S. S. Shtenberg στην ΕΣΣΔ. Ισχύει για άνθρακα (που περιέχει περισσότερο από 0,5 τοις εκατό C) και κράμα χάλυβα για ειδικούς σκοπούς, όπως εκείνους που παράγονται για την κατασκευή κοπτικών υψηλής ταχύτητας και άλλων προϊόντων ειδικών εργαλείων.

Ηλεκτρική θέρμανση

Γενικά, είναι κατασκευασμένο με την ίδια αρχή με την επαγωγική σκλήρυνση, με τη μόνη διαφορά ότι η θέρμανση είναι ανθεκτική, λόγωδιερχόμενο ρεύμα μεγάλων τιμών και την αντίσταση του εξαρτήματος. Η συχνότητα της τάσης εισόδου επηρεάζει με τον ίδιο τρόπο το βάθος του θερμαινόμενου στρώματος και όσο υψηλότερο είναι, τόσο πιο λεπτό είναι. Η επιφάνεια της αυξημένης σκληρότητας μπορεί να κυμαίνεται από κλάσματα του χιλιοστού έως αρκετές από τις μονάδες της. Εξαρτάται από τις απαιτήσεις για το προϊόν και τις διαστάσεις του. Σε σύγκριση με την HDTV, η μέθοδος ηλεκτροαντίστασης έχει μεγαλύτερο εύρος ρευμάτων, θερμοκρασιών και βάθους στρώσης. Με τη βοήθειά του, για παράδειγμα, μπορεί να κατασκευαστεί ένα τόσο τεράστιο και απαιτητικό είδος ειδικής ποιότητας όπως το μαχαίρι ξιφολόγχης στρατιώτη. Η σκλήρυνση της επιφάνειας με ηλεκτρική θέρμανση απαιτεί ένα τεχνολογικά επαληθευμένο καθεστώς ψύξης σε λάδι, νερό ή άλλους παράγοντες λήψης θερμότητας.

Συμπεράσματα

Έτσι, το κύριο καθήκον της επιφανειακής σκλήρυνσης είναι μια τέτοια κατανομή της κρυσταλλικής δομής στο εσωτερικό του προϊόντος, στην οποία ποικιλίες σορβίτη ή τρωστίτη παραμένουν μέσα σε αυτό και σχηματίζεται ένα στρώμα μαρτενσίτη έξω. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με διάφορες μεθόδους, από τις πιο απλές και αρχαίες έως τις πιο προηγμένες τεχνολογικά και σύγχρονες. Σε κάθε περίπτωση, η σκλήρυνση υψηλής ποιότητας του χάλυβα απαιτεί υψηλή ποιότητα και ακρίβεια σε συμμόρφωση με τους κανονισμούς παραγωγής. Ένα προϊόν κατασκευασμένο σύμφωνα με όλους τους κανόνες δεν μπορεί να είναι φθηνό. Για το λόγο αυτό, τόσο ένα καλό κουζινομάχαιρο όσο και το καραμπίτ είναι ακριβά. Η σκλήρυνση της επιφάνειας με ακτίνα λέιζερ είναι πιο συνηθισμένη μόνο για εργαλεία κοπής.