Ce este întărirea la suprafață a oțelului? Pentru ce se folosește călirea suprafeței?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Arta tratamentului termic al metalelor este cunoscută omenirii de mult timp. Meșterii implicați în fabricarea uneltelor, și mai ales a armelor, l-au stăpânit singuri, sau au studiat mulți ani cu alți specialiști mai experimentați. Secretele au fost ținute secrete, ceea ce, desigur, a încetinit răspândirea tehnologiei, dar a crescut competitivitatea unui anumit producător de produse pentru un anumit scop. Una dintre tehnicile armuririlor medievali a fost călirea suprafeței, care conferă marginilor și vârfurilor tăietoare ale săbiilor și săbiilor o duritate deosebită, combinată cu flexibilitatea lamei. Astăzi, astfel de proprietăți nu mai surprind pe nimeni, tehnologiile au devenit masive și răspândite.

De ce ar ști o persoană obișnuită toate acestea?

Acest articol pentru specialiștii în prelucrarea termică a metalelor va părea cel mai probabil un set de platitudini și fapte binecunoscute. În plus, ei pot găsi unele inexactități în terminologie. Informațiile prezentate nu le sunt destinate, ci se adresează persoanelor care sunt departe de metalurgie, amatorilor,cei care sunt interesați de modul în care o masă obișnuită sau un cuțit pliabil diferă ca rezistență de o lamă bună, întărirea suprafeței de întărirea în volum și probleme similare. Atunci când cumpără unul sau altul articol necesar în gospodărie, consumatorul se confruntă cu o diferență semnificativă de preț. Vânzătorul nu poate explica întotdeauna într-un mod calificat și înțeles de ce o une altă (o cheie, de exemplu) este mult mai scumpă decât alta cu o similitudine externă generală. Cel mai probabil, el va încerca să-și „pudreze creierul” cu concepte și termeni care sunt de neînțeles pentru profanul obișnuit. Traduse în limbajul obișnuit, aceste explicații vor însemna că cheia reglabilă nu se va rupe sau nu va dura mai mult, iar ascuțirea va fi necesară mult mai rar (dacă clientul dorește să achiziționeze un cuțit). „Întărirea suprafeței!” - vânzătorul va indica în mod misterios motivul, dând ochii peste cap cu o încântare imaginară. Ce este?

Proprietăți opuse într-un singur produs

După cum reiese din frază, în acest caz numai stratul exterior subțire al produsului este supus unui tratament termic. Faptul că oțelul necesită călire este vag ghicit de toată lumea, chiar și de cei care nu știu deloc ce este. Acesta este ceea ce diferă de obișnuita „bucata de fier”, moale și casantă. Dar de ce este superficialul care se bucură de o asemenea onoare? Călirea este folosită pentru a modifica proprietățile metalului și nu de dragul unui fel de îmbunătățire, așa cum se spune adesea. Calitatea, utilă în unele cazuri, devine dăunătoare în altele. Pila este grea, pentru că le este ușor să prelucreze fierul, aluminiul sau bronzul, dar dacă încerci să-l îndoițisau lovește-l cu un ciocan, se va crăpa. Același lucru este valabil și pentru lama de ferăstrău, care se rupe adesea la unghiul de tăiere greșit. Pentru a conferi duritate combinată cu flexibilitate sau ductilitate, se aplică întărirea suprafeței. După aceasta, proprietățile produsului pot combina calități, uneori opuse, caracteristice diferitelor structuri cristaline. Acum trebuie să aprofundăm câteva detalii despre știința materialelor.

Cele mai simple idei despre polimorfismul metalelor

Același metal poate, în funcție de forma rețelei cristaline, să aibă proprietăți fizice diferite (duritate, vâscozitate, ductilitate, flexibilitate, elasticitate etc.) Această capacitate de a modifica parametrii mecanici se numește polimorfism. Cu mult timp în urmă, când făceau arme primitive, oamenii au observat că una sau alta sabie sau satar s-a dovedit a avea mai mult succes, își păstrează ascuțimea mai mult timp și nu se rupe. Desigur, strămoșii noștri nu erau familiarizați cu structurile moleculare ale metalului, au ajuns la totul intuitiv și empiric. Deci, empiric, au descoperit că dacă vârful este încălzit, atunci temperatura acestuia depinde de nuanțele strălucirii. Odată cu răcirea rapidă, ceva se schimbă în metal, fie devine mai dur, fie devine mai flexibil. Dacă este reîncălzit, devine din nou la fel, și uneori chiar mai rău. Până atunci, s-au format idei destul de specifice despre ceea ce ar trebui să fie, de exemplu, un cuțit de vânătoare ideal. Întărirea la suprafață a fost folosită și atunci, dar mai dess-a folosit așa-numitul local, adică unul în care vârful era solid, mijlocul lamei era flexibil, iar partea lamei adiacentă mânerului era din plastic (se lasă să se îndoaie puțin, dar să nu se rupă).

Ce se întâmplă în interior

Fără a intra în detalii deosebite, trebuie menționat că structura oțelului călit este de trei tipuri principale: martensitic, troostitic și sorbitic. Caracteristicile mecanice depind de raportul dintre aceste formațiuni cristaline. În acest caz, nu contează care dintre ele și cum afectează duritatea. Rezultatul depinde de cât de fierbinte este metalul și cât de repede se răcește. Astfel, întărirea suprafeței poate apărea odată cu creșterea temperaturii stratului superior și răcirea ulterioară, fie ca urmare a transferului de căldură către mediul extern (lichide, cel mai adesea ulei, apă și saramură, aer sau alți agenți), fie datorită la evacuarea parțială a acestuia în produs. În acest caz, transformările polimorfe apar în straturi, în funcție de gradul de atingere a temperaturii critice, ceea ce afectează formarea unei noi structuri cristaline.

Ca urmare, are loc o schimbare în următoarele zone:

- Întărit superior.

- Intermediar, parțial întărit. Se mai numește și zonă afectată de căldură.

- Zona cu duritate redusă.

- Interior nemodificat.

Metode de întărire a suprafeței

Creează un strat superior cuduritate crescută, în mai multe moduri. Arcurile vagoanelor de cale ferată sunt pur și simplu împușcate cu bile mici de metal (împușcat) care creează o etanșare a suprafeței, în timp ce volumul intern al metalului rămâne suficient de plastic pentru a rezista la stres mecanic pe termen lung. Cea mai veche metodă este considerată a fi încălzirea rapidă a unui obiect pe foc deschis, însoțită de pulverizare sau flux cu jet. Prin această tehnologie este realizat un cuțit curbat oriental tradițional (karambit). Întărirea suprafeței poate fi realizată și prin intermediul răcirii intensive. De asemenea, sunt cunoscute metode de gaz-plasmă, inducție, laser și alte metode. Unele dintre ele merită să insiste.

HDTV

La mijlocul anilor 1930, omul de știință sovietic V. P. Vologdin a inventat o metodă pentru a conferi o anumită structură moleculară neuniformă pieselor mari folosind curenți de în altă frecvență. Ingineria mecanică s-a dezvoltat rapid, industria avea nevoie de tehnologii care să asigure producția de masă fără a sacrifica calitatea. Întărirea suprafeței HDTV se bazează pe fenomenul de inducție. Particularitatea metodei constă în dependența grosimii stratului încălzit de frecvența și mărimea curentului în bucla radiantă. În acest caz, rezultatul este previzibil cu un grad ridicat de probabilitate, prin urmare, controlul calității este mult simplificat. În plus, metoda este aplicabilă procesării produselor și ansamblurilor generale, cum ar fi arborele cotit și alte obiecte mari care pot fi deplasate de-a lungul inductorului, secvențial.expunând întreaga lungime. Cu această tehnologie, este dificil să alegeți parametrii pentru prelucrarea obiectelor mici și plate, cum ar fi un cuțit. Întărirea suprafeței cu curenți de în altă frecvență este aplicabilă produselor relativ voluminoase, a căror rezistență și rezistență la uzură depind de proprietățile mecanice ale stratului superior.

Funcțiile utilizării metodei HDTV

Metoda a fost dezvoltată în condițiile dezvoltării rapide a industriei constructoare de mașini, principala pentru potențialul de apărare al URSS, care s-a manifestat în specificul aplicării acesteia. Cele mai importante părți ale tractoarelor, tancurilor, automobile sau avioanelor nu sunt suficient de mari pentru a fi plasate în cadrul unui inductor compact, era prea scump să se fabrice echipamente pentru fiecare dintre ele și, dacă era făcută pe baza celor mai mari dimensiuni, atunci costurile cu energia au devenit enorme. Cu toate acestea, cementarea prin inducție se aplică oricăror produse, de la relativ mici la cele uriașe. De exemplu, angrenajele sunt expuse secvenţial la HDTV, întorcându-se dinte cu dinte. Elementele arborilor cotit și arborilor cardanici sunt încălzite continuu și secvenţial, deplasându-se în interiorul cadrului fix al inductorului, în timp ce răcitorul (pulverizatorul) este inclus în procesul tehnologic imediat după acesta. La sfârșitul mașinii, piesa de prelucrat este imediat pulverizată cu apă (de unde și numele, în consonanță cu „spray”).

Ei bine, produsele cu o suprafață de întărire mică sunt plasate în inductor ca întreg și răcite în același mod.

Laser

Acest dispozitivîn vremea noastră, folosit destul de larg în diverse domenii ale activității umane, și-a găsit aplicație în prelucrarea metalelor. Metoda nu necesită răcire ulterioară, deoarece impactul fasciculului este pe termen scurt și afectează stratul superior al metalului, provocând modificările dorite în structura cristalului. „Ascuțirea cu laser” asigură într-adevăr că nu este nevoie să ascuți instrumentul de tăiere pentru o lungă perioadă de timp (este folosit în principal pentru ele), dacă această metodă este într-adevăr utilizată la fabricarea sa. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că în epoca noastră contrafăcută, inscripția de pe produs nu corespunde întotdeauna adevărului. Uneori, un cuțit ieftin „fluture” vândut la un stand stradal este, de asemenea, decorat cu o astfel de marcă. Întărirea suprafeței cu un fascicul laser este o tehnologie costisitoare, este disponibilă numai producătorilor de top de scule.

Rece

Baza fizică a metodei a fost descoperirea fenomenului de creștere a durității oțelului ca urmare a trecerii structurii austenitice la martensitică în timpul înghețului. O astfel de întărire a suprafeței se realizează conform metodei dezvoltate de A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich și S. S. Shtenberg în URSS. Se aplică la carbon (conținând mai mult de 0,5 la sută C) și la oțel aliat pentru scopuri speciale, cum ar fi cele produse pentru fabricarea frezelor de mare viteză și a altor produse de scule speciale.

Încălzire electrică

În general, este construit pe același principiu ca și călirea prin inducție, cu singura diferență că încălzirea este rezistivă, datorităcurent de trecere de valori mari și rezistența piesei. Frecvența tensiunii de intrare afectează în același mod adâncimea stratului încălzit, iar cu cât este mai mare, cu atât este mai subțire. Suprafața cu duritate crescută poate varia de la fracțiuni de milimetru până la câteva dintre unitățile sale. Depinde de cerințele pentru produs și de dimensiunile acestuia. În comparație cu HDTV, metoda electrorezistivă are o gamă mai largă de curenți, temperaturi și adâncimi de strat. Cu ajutorul acestuia, de exemplu, se poate realiza un articol atât de masiv și care necesită o calitate specială precum un cuțit de baionetă de soldat. Întărirea suprafeței prin încălzire electrică necesită un regim de răcire verificat tehnologic în ulei, apă sau alți agenți de primire a căldurii.

Concluzii

Așadar, sarcina principală a întăririi suprafeței este o astfel de distribuție a structurii cristaline în interiorul produsului, în care soiurile de sorbită sau troostită rămân în interiorul acestuia, iar în exterior se formează un strat de martensită. Acest lucru se poate realiza prin mai multe metode, de la cele mai simple și mai vechi până la cele mai avansate și moderne din punct de vedere tehnologic. În orice caz, călirea de în altă calitate a oțelului necesită o calificare ridicată și precizie în conformitate cu reglementările de producție. Un produs realizat după toate regulile nu poate fi ieftin. Din acest motiv, atât un cuțit de bucătărie bun, cât și karambitul sunt scumpe. Întărirea suprafeței cu raza laser este cea mai comună doar pentru uneltele de tăiere.