Mis on terase pinnakarastamine? Milleks pinnakarastamist kasutatakse?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Metallide kuumtöötlemise kunst on inimkonnale tuntud juba pikka aega. Tööriistade ja eriti relvade valmistamisega tegelevad käsitöölised meisterdasid seda ise või õppisid aastaid koos teiste kogenumate spetsialistidega. Saladusi hoiti saladuses, mis muidugi pidurdas tehnoloogia levikut, kuid suurendas konkreetse kindla eesmärgiga toodete tootja konkurentsivõimet. Keskaegsete soomukite üheks võtteks oli pinnakarastamine, mis annab mõõkade ja mõõkade lõikeservadele ja -otstele erilise kõvaduse, mis on kombineeritud tera painduvusega. Tänapäeval ei üllata sellised omadused enam kedagi, tehnoloogiad on muutunud massiliseks ja lai alt levinud.

Miks peaks tavaline inimene seda kõike teadma?

See artikkel termilise metallitöötlemise spetsialistidele tundub suure tõenäosusega tühiste faktide ja üldtuntud faktidena. Lisaks võivad nad leida mõningaid ebatäpsusi terminoloogias. Esitatav teave ei ole neile mõeldud, see on suunatud inimestele, kes on metallurgiast kaugel, amatööridele,neid, keda huvitab, mille poolest erineb tavaline laud- või klappnuga tugevuse poolest heast noast, pinnakõvastus mahukarastusest jms. Ostes üht või teist majapidamises vajalikku eset, seisab tarbija silmitsi olulise hinnavahega. Müüja ei suuda alati kvalifitseeritult ja arusaadav alt selgitada, miks üks tööriist (näiteks mutrivõti) on üldise välise sarnasusega teisest palju kallim. Tõenäoliselt püüab ta "ajusid puuderdada" mõistete ja terminitega, mis on keskmisele võhikule arusaamatud. Tavakeelde tõlgituna tähendavad need selgitused, et reguleeritav mutrivõti ei purune ega kesta kauem ning teritamist on vaja palju harvemini (kui klient soovib nuga osta). "Pinna kõvenemine!" - annab müüja kujuteldavast rõõmust silmi pööritades mõistatuslikult teada põhjuse. Mis see on?

Vastupidised omadused ühes tootes

Nagu lausest selgub, kuumtöödeldakse sel juhul ainult toote välimist õhukest kihti. Seda, et teras nõuab karastamist, arvavad ähmaselt kõik, isegi need, kes ei tea, mis see üldse on. Selle poolest erineb see tavalisest "rauatükist", pehme ja rabe. Aga miks just pealiskaudsus naudib sellist au? Karastamist kasutatakse metalli omaduste muutmiseks, mitte mingisuguse parandamise eesmärgil, nagu sageli deklareeritakse. Kvaliteet, mis on mõnel juhul kasulik, muutub mõnel juhul kahjulikuks. Viil on kõva, kuna neil on lihtne töödelda rauda, alumiiniumi või pronksi, kuid kui proovite seda painutadavõi löö haamriga, läheb pragu. Sama kehtib ka rauasae tera kohta, mis sageli vale lõikenurga all puruneb. Kõvaduse andmiseks koos painduvuse või plastilisusega rakendatakse pinnakarastamist. Pärast seda võivad toote omadused kombineerida erinevatele kristallstruktuuridele iseloomulikke, mõnikord vastupidiseid omadusi. Nüüd peame süvenema mõningatesse materjaliteaduse üksikasjadesse.

Lihtsaimad ideed metallide polümorfismi kohta

Samal metallil võivad olenev alt kristallvõre kujust olla erinevad füüsikalised omadused (kõvadus, viskoossus, plastilisus, painduvus, elastsus jne) Sellist mehaaniliste parameetrite muutmise võimet nimetatakse polümorfismiks. Ammu aega tagasi märkasid inimesed primitiivseid relvi valmistades, et üks või teine mõõk või kiriv osutus edukamaks, see säilitab oma teravuse kauem ega purune. Muidugi polnud meie esivanemad metalli molekulaarstruktuuridega tuttavad, nad jõudsid kõigeni intuitiivselt ja empiiriliselt. Nii avastasid nad empiiriliselt, et kui ots on kuumutatud, sõltub selle temperatuur hõõgumise varjunditest. Kiirel jahutamisel metallis midagi muutub, see muutub kas kõvemaks või painduvamaks. Kui seda uuesti soojendada, muutub see uuesti samaks ja mõnikord veelgi hullemaks. Selleks ajaks kujunesid välja üsna konkreetsed ideed, milline peaks olema näiteks ideaalne jahinuga. Siis kasutati ka pinnakarastamist, kuid sagedaminikasutati nn kohalikku, see tähendab sellist, mille ots oli kindel, tera keskosa oli painduv ja tera käepidemega külgnev osa oli plastikust (lase veidi painduda, kuid mitte murda)

Mis sees toimub

Eriti üksikasjadesse laskumata tuleb märkida, et karastatud terase struktuur on kolme põhitüüpi: martensiitne, troostiitne ja sorbiitne. Mehaanilised omadused sõltuvad nende kristalsete moodustiste suhtest. Sel juhul pole vahet, milline neist ja kuidas kõvadust mõjutab. Tulemus sõltub sellest, kui kuum metall on ja kui kiiresti see jahtub. Seega võib pinna kõvenemine toimuda ülemise kihi temperatuuri tõusuga ja sellele järgneva jahtumisega kas soojusülekande tulemusena väliskeskkonda (vedelikud, enamasti õli, vesi ja soolvesi, õhk või muud ained) või selle osaliseks tootesse pääsemiseks. Sel juhul toimuvad polümorfsed transformatsioonid kihtidena, olenev alt kriitilise temperatuuri saavutamise astmest, mis mõjutab uue kristallstruktuuri teket.

Selle tulemusena on muudatused järgmistes tsoonides:

- Pe alt karastatud.

- Vahetase, osaliselt karastatud. Seda nimetatakse ka kuumusest mõjutatud tsooniks.

- Vähendatud kõvadusega ala.

- Muutmata interjöör.

Pinna kõvenemise meetodid

Looge pealmine kihtsuurenenud kõvadus, mitmel viisil. Raudteevagunite vedrud lastakse lihts alt pihta väikeste metallkuulikestega (shot), mis loovad pinnatihendi, samas kui metalli siseruumala jääb piisav alt plastiliseks, et taluda pikaajalist mehaanilist pinget. Kõige iidsemaks meetodiks peetakse eseme kiiret kuumutamist lahtisel tulel, millega kaasneb pihustamine või joavool. Selle tehnoloogia abil valmistatakse traditsiooniline idamaine kumer nuga (karambit). Pinna karastamine võib toimuda ka intensiivse jahutamise abil. Tuntud on ka gaasiplasma, induktsiooni, laseri ja muud meetodid. Mõnel neist tasub pikem alt peatuda.

HDTV

1930. aastate keskel leiutas Nõukogude teadlane V. P. Vologdin meetodi antud ebaühtlase molekulaarstruktuuri andmiseks suurtele osadele kõrgsagedusvoolude abil. Masinaehitus arenes kiiresti, tööstus vajas tehnoloogiaid, mis tagasid masstootmise kvaliteeti ohverdamata. HDTV pinna kõvenemine põhineb induktsiooni nähtusel. Meetodi eripära seisneb kuumutatud kihi paksuse sõltuvuses kiirgusahela voolu sagedusest ja suurusest. Sel juhul on tulemus suure tõenäosusega ennustatav, seetõttu on kvaliteedikontroll oluliselt lihtsustatud. Lisaks on meetod rakendatav üldiste toodete ja koostude, näiteks väntvõllide ja muude suurte esemete töötlemisel, mida saab mööda induktiivpooli järjestikku liigutada.paljastades kogu pikkuses. Selle tehnoloogiaga on raske valida parameetreid väikeste ja lamedate esemete, näiteks noa töötlemiseks. Pinna karastamine kõrgsagedusvooludega on rakendatav suhteliselt suuremahuliste toodete puhul, mille tugevus ja kulumiskindlus sõltuvad pealiskihi mehaanilistest omadustest.

HDTV meetodi kasutamise omadused

Meetod töötati välja masinaehitustööstuse kiire arengu tingimustes, mis on NSV Liidu kaitsepotentsiaali jaoks peamine, mis väljendus selle rakenduse spetsiifikas. Traktorite, paakide, autode või lennukite olulisemad osad ei ole kompaktse induktiivpooli raami paigutamiseks piisav alt suured, igale neist oli seadmete valmistamine liiga kallis ja kui see oli valmistatud suurimate mõõtmete järgi, siis läksid energiakulud tohutuks. Induktsioonkarastamist rakendatakse aga kõikidele toodetele, alates suhteliselt väikestest kuni suurteni. Näiteks käigud eksponeeritakse HDTV-le järjestikku, hammas hamba haaval keerates. Väntvõllide ja kardaanvõllide elemente kuumutatakse pidev alt ja järjestikku, liikudes induktiivpooli fikseeritud raami sees, samal ajal kui jahuti (pihusti) lülitatakse tehnoloogilisesse protsessi vahetult pärast seda. Masina lõpus pihustatakse töödeldavale detailile kohe vett (sellest ka nimi, mis kaashäälik sõnaga "pihusti").

Noh, väikese kõvastuspinnaga tooted asetatakse tervikuna induktiivpoolisse ja jahutatakse samamoodi.

Laser

See seademeie ajal üsna laialdaselt kasutatav erinevates inimtegevuse valdkondades, on leidnud rakendust metallitöötlemises. Meetod ei vaja järgnevat jahutamist, kuna tala mõju on lühiajaline ja see mõjutab metalli ülemist kihti, põhjustades soovitud muutusi kristalli struktuuris. "Laseri teritamine" tagab tõesti selle, et lõikeriista ei ole vaja pikka aega teritada (seda kasutatakse peamiselt nende jaoks), kui seda meetodit selle valmistamisel tõesti kasutatakse. Siiski tuleb meeles pidada, et meie võltsimisajastul ei vasta tootel olev kiri alati tõele. Mõnikord on sellise kaubamärgiga kaunistatud ka mõni tänavaputkas müüdav odav “liblikas” nuga. Pinna karastamine laserkiirega on kallis tehnoloogia, see on saadaval ainult juhtivatele tööriistatootjatele.

Külm

Meetodi füüsikaliseks aluseks oli terase kõvaduse suurenemise nähtuse avastamine, mis tuleneb austeniitse struktuuri üleminekust martensiidiks sügavkülmutamise ajal. Selline pinna kõvenemine toimub NSVL-is A. P. Guljajevi, N. A. Minkevitši ja S. S. Shtenbergi poolt välja töötatud meetodil. Seda saab kasutada süsiniku (sisaldab üle 0,5 protsendi C) ja legeerterase puhul, mis on ette nähtud eriotstarbeks, näiteks kiirlõikurite ja muude spetsiaalsete tööriistatoodete valmistamiseks.

Elektriküte

Üldiselt on see ehitatud samal põhimõttel nagu induktsioonkarastamine, ainsa erinevusega, et küte on takistuslik.suurte väärtustega läbilaskev vool ja detaili takistus. Sisendpinge sagedus mõjutab samamoodi kuumutatud kihi sügavust ja mida kõrgem see on, seda õhem. Suurenenud kõvadusega pind võib ulatuda millimeetri murdosast mitme ühikuni. See sõltub tootele esitatavatest nõuetest ja selle mõõtmetest. Võrreldes HDTV-ga on elektroresistiivsel meetodil laiem voolude, temperatuuride ja kihi sügavuste vahemik. Selle abil saab valmistada näiteks sellise massiivse ja erilist kvaliteeti nõudva eseme nagu sõduri tääk-nuga. Pinna karastamine elektriküttega nõuab tehnoloogiliselt kontrollitud jahutusrežiimi õlis, vees või muudes soojust vastuvõtvates ainetes.

Järeldused

Niisiis, pinnakarastamise põhiülesanne on selline kristallstruktuuri jaotus toote sees, mille sisse jäävad sorbiidi või troostiidi sordid ning väljapoole moodustub martensiidikiht. Seda on võimalik saavutada mitme meetodi abil, alates kõige lihtsamast ja iidseimast kuni tehnoloogiliselt kõige arenenuma ja moodsamani. Igal juhul nõuab terase kvaliteetne karastamine kõrget kvalifikatsiooni ja täpsust vastav alt tootmiseeskirjadele. Kõikide reeglite järgi valmistatud toode ei saa olla odav. Sel põhjusel on nii hea kööginuga kui ka karambit kallis. Pinna karastamine laserkiirega on kõige tavalisem ainult lõikeriistade puhul.