Hvad er overfladehærdning af stål? Hvad bruges overfladehærdning til?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Kunsten at varmebehandling af metaller har været kendt af menneskeheden i lang tid. De håndværkere, der var involveret i fremstillingen af værktøj, og især våben, mestrede det på egen hånd eller studerede i mange år med andre mere erfarne specialister. Hemmeligheder blev holdt hemmelige, hvilket naturligvis bremsede teknologiens udbredelse, men øgede konkurrenceevnen for en bestemt producent af produkter til et bestemt formål. En af middelalderpansernes teknikker var overfladehærdning, som giver skærene og spidserne af sværd og sabler en særlig hårdhed kombineret med bladets fleksibilitet. I dag overrasker sådanne ejendomme ikke længere nogen, teknologier er blevet massive og udbredte.

Hvorfor skulle en almindelig person vide alt dette?

Denne artikel til specialister i termisk metalbearbejdning vil højst sandsynligt virke som et sæt floskler og velkendte fakta. Derudover kan de finde nogle unøjagtigheder i terminologien. Den præsenterede information er ikke beregnet til dem, den er rettet til folk, der er langt fra metallurgi, amatører,dem, der interesserer sig for, hvordan en almindelig bord- eller foldekniv adskiller sig i styrke fra en god klinge, overfladehærdning fra volumenhærdning og lignende problemer. Ved køb af en eller anden vare, der er nødvendig i husstanden, står forbrugeren over for en betydelig prisforskel. Sælgeren kan ikke altid forklare på en kvalificeret og forståelig måde, hvorfor et værktøj (f.eks. en skruenøgle) er meget dyrere end et andet med en generel ydre lighed. Han vil højst sandsynligt forsøge at "pudre sine hjerner" med begreber og udtryk, der er uforståelige for den gennemsnitlige lægmand. Oversat til almindeligt sprog vil disse forklaringer betyde, at den justerbare skruenøgle ikke knækker eller holder længere, og slibning vil være påkrævet meget sjældnere (hvis kunden ønsker at købe en kniv). "Overfladehærdning!" - Sælgeren vil på mystisk vis angive årsagen og rulle med øjnene med imaginær glæde. Hvad er det?

Modsatte egenskaber i ét produkt

Som det klart fremgår af sætningen, er det i dette tilfælde kun det yderste tynde lag af produktet, der udsættes for varmebehandling. At stål kræver hærdning, er vagt gættet af alle, også dem der slet ikke ved hvad det er. Dette er, hvad det adskiller sig fra det sædvanlige "stykke jern", blødt og skørt. Men hvorfor er det overfladiske, der nyder en sådan ære? Hærdning bruges til at ændre metallets egenskaber, og ikke for en eller anden form for forbedring, som det ofte erklæres. Kvalitet, nyttig i nogle tilfælde, bliver skadelig i andre. Filen er hård, fordi det er nemt for dem at behandle jern, aluminium eller bronze, men hvis du prøver at bøje deneller slå den med en hammer, så revner den. Det samme gør sig gældende for hacksavklingen, som ofte knækker i den forkerte skærevinkel. For at give hårdhed kombineret med fleksibilitet eller duktilitet påføres overfladehærdning. Efter det kan produktets egenskaber kombinere kvaliteter, nogle gange modsatte, karakteristiske for forskellige krystalstrukturer. Nu skal vi dykke ned i nogle materialevidenskabelige detaljer.

De enkleste ideer om metallers polymorfi

Det samme metal kan, afhængig af krystalgitterets form, have forskellige fysiske egenskaber (hårdhed, viskositet, duktilitet, fleksibilitet, elasticitet osv.) Denne evne til at ændre mekaniske parametre kaldes polymorfi. For lang tid siden, da folk lavede primitive våben, lagde folk mærke til, at et eller andet sværd eller kløft viste sig at være mere vellykket, det bevarer sin skarphed længere og knækker ikke. Selvfølgelig var vores forfædre ikke bekendt med metallets molekylære strukturer, de kom til alt intuitivt og empirisk. Så empirisk opdagede de, at hvis spidsen er opvarmet, afhænger dens temperatur af glødens nuancer. Ved hurtig afkøling ændres noget i metallet, det bliver enten hårdere eller mere fleksibelt. Hvis det genopvarmes, bliver det det samme igen, og nogle gange endda værre. På det tidspunkt blev der dannet helt konkrete ideer om, hvad for eksempel en ideel jagtkniv skulle være. Overfladehærdning blev også brugt dengang, men oftereden såkaldte lokale blev brugt, det vil sige en, hvor spidsen var solid, midten af bladet var fleksibel, og den del af bladet, der stødte op til håndtaget, var plastik (lad det bøje lidt, men ikke knække)

Hvad sker der indeni

Uden at gå i særlige detaljer, skal det bemærkes, at strukturen af hærdet stål er af tre hovedtyper: martensitisk, troostit og sorbitisk. De mekaniske egenskaber afhænger af forholdet mellem disse krystallinske formationer. I dette tilfælde er det lige meget, hvilken af dem og hvordan påvirker hårdheden. Resultatet afhænger af, hvor varmt metallet er, og hvor hurtigt det afkøles. Der kan således opstå overfladehærdning ved en stigning i det øverste lags temperatur og efterfølgende afkøling, enten som følge af varmeoverførsel til det ydre miljø (væsker, oftest olie, vand og s altlage, luft eller andre midler), eller pga. til dets delvise flugt ind i produktet. I dette tilfælde forekommer polymorfe transformationer i lag, afhængigt af graden af at nå den kritiske temperatur, hvilket påvirker dannelsen af en ny krystalstruktur.

Som et resultat er der en ændring i følgende zoner:

- Overdel hærdet.

- Mellem, delvist hærdet. Det kaldes også den varmepåvirkede zone.

- Område med reduceret hårdhed.

- Uændret interiør.

Overfladehærdningsmetoder

Opret et toplag medøget hårdhed på flere måder. Jernbanevognsfjedre beskydes ganske enkelt med små metalkugler (skud), der skaber en overfladeforsegling, mens metallets indre volumen forbliver plastisk nok til at modstå langvarig mekanisk belastning. Den ældste metode anses for at være hurtig opvarmning af en genstand på åben ild, ledsaget af sprøjtning eller jetflow. Det er ved denne teknologi, at en traditionel orientalsk buet kniv (karambit) fremstilles. Overfladehærdning kan også udføres ved hjælp af intensiv køling. Gas-plasma, induktion, laser og andre metoder er også kendte. Nogle af dem er værd at dvæle ved.

HDTV

I midten af 1930'erne opfandt den sovjetiske videnskabsmand V. P. Vologdin en metode til at bibringe en given uensartet molekylær struktur til store dele ved hjælp af højfrekvente strømme. Maskinteknik udviklede sig hurtigt, industrien havde brug for teknologier, der sikrede masseproduktion uden at ofre kvaliteten. Overfladehærdning af HDTV er baseret på fænomenet induktion. Det særlige ved metoden ligger i afhængigheden af tykkelsen af det opvarmede lag af frekvensen og størrelsen af strømmen i den udstrålende sløjfe. I dette tilfælde er resultatet forudsigeligt med en høj grad af sandsynlighed, derfor er kvalitetskontrollen meget forenklet. Derudover er metoden anvendelig til bearbejdning af overordnede produkter og samlinger, såsom krumtapaksler og andre store genstande, der kan flyttes langs induktoren sekventielt.blotlægge hele længden. Med denne teknologi er det svært at vælge parametrene til at behandle små og flade genstande, såsom en kniv. Overfladehærdning med højfrekvente strømme er anvendelig til relativt omfangsrige produkter, hvis styrke og slidstyrke afhænger af det øverste lags mekaniske egenskaber.

Funktioner ved brug af HDTV-metoden

Metoden blev udviklet under betingelserne for hurtig udvikling af maskinbygningsindustrien, den vigtigste for USSR's forsvarspotentiale, hvilket blev manifesteret i dets specifikationer. De vigtigste dele af traktorer, tanke, biler eller fly er ikke store nok til at blive placeret i rammen af en kompakt induktor, det var for dyrt at fremstille udstyr til hver af dem, og hvis det blev lavet ud fra de største dimensioner, så blev energiomkostningerne enorme. Imidlertid anvendes induktionshærdning på alle produkter, fra relativt små til store. For eksempel bliver gear udsat for HDTV sekventielt, og drejer tand for tand. Elementerne i krumtapakslerne og kardanakslerne opvarmes kontinuerligt og sekventielt og bevæger sig inde i induktorens faste ramme, mens køleren (sprøjten) er inkluderet i den teknologiske proces umiddelbart efter den. For enden af maskinen sprøjtes emnet straks med vand (deraf navnet, konsonant med "spray").

Nå, produkter med en lille hærdende overflade placeres i induktoren som helhed og afkøles på samme måde.

Laser

Denne enhedi vores tid, brugt ret bredt i forskellige områder af menneskelig aktivitet, har fundet anvendelse i metalbearbejdning. Metoden kræver ikke efterfølgende afkøling, da strålens påvirkning er kortvarig, og den påvirker det øverste lag af metallet, hvilket forårsager de ønskede ændringer i krystalstrukturen. "Laserslibning" sikrer virkelig, at der ikke er behov for at skærpe skæreværktøjet i lang tid (det bruges hovedsageligt til dem), hvis denne metode virkelig bruges til fremstillingen. Det skal dog huskes, at i vores forfalskningstid svarer inskriptionen på produktet ikke altid til sandheden. Nogle gange er en billig "sommerfugle"-kniv, der sælges i en gadebod, også dekoreret med et sådant mærke. Overfladehærdning med en laserstråle er en dyr teknologi, den er kun tilgængelig for førende værktøjsproducenter.

Cold

Det fysiske grundlag for metoden var opdagelsen af fænomenet at øge hårdheden af stål som følge af overgangen af den austenitiske struktur til martensitisk under dybfrysning. Sådan overfladehærdning udføres i overensstemmelse med metoden udviklet af A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich og S. S. Shtenberg i USSR. Den er anvendelig til kulstof (indeholdende mere end 0,5 procent C) og legeret stål til specielle formål, såsom dem, der produceres til fremstilling af højhastighedsfræsere og andre specialværktøjsprodukter.

Elvarme

Generelt er den bygget efter samme princip som induktionshærdning, med den eneste forskel at opvarmningen er resistiv, pga.passerende strøm af store værdier og delens modstand. Frekvensen af indgangsspændingen påvirker på samme måde dybden af det opvarmede lag, og jo højere det er, jo tyndere er det. Overfladen med øget hårdhed kan variere fra brøkdele af en millimeter til flere af dens enheder. Det afhænger af kravene til produktet og dets dimensioner. Sammenlignet med HDTV har den elektroresistive metode et bredere udvalg af strømme, temperaturer og lagdybder. Ved hjælp af den kan man for eksempel lave en så massiv og krævende særlig kvalitetsgenstand som en soldats bajonetkniv. Overfladehærdning ved elektrisk opvarmning kræver et teknologisk verificeret køleregime i olie, vand eller andre varmemodtagende midler.

Konklusioner

Så hovedopgaven med overfladehærdning er en sådan fordeling af krystalstrukturen inde i produktet, hvor varianter af sorbit eller troostit forbliver inde i det, og et lag martensit dannes udenfor. Dette kan opnås ved adskillige metoder, fra den enkleste og mest ældgamle til den mest teknologisk avancerede og moderne. Under alle omstændigheder kræver højkvalitetshærdning af stål høj kvalifikation og nøjagtighed i overensstemmelse med produktionsbestemmelserne. Et produkt lavet efter alle regler kan ikke være billigt. Af denne grund er både en god køkkenkniv og karambit dyre. Overfladehærdning med en laserstråle er mest almindelig kun for skærende værktøjer.