Ano ang pagpapatigas sa ibabaw ng bakal? Para saan ginagamit ang surface hardening?

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang sining ng heat treatment ng mga metal ay kilala sa sangkatauhan sa mahabang panahon. Ang mga craftsmen na kasangkot sa paggawa ng mga tool, at lalo na ang mga armas, ay pinagkadalubhasaan ito sa kanilang sarili, o nag-aral ng maraming taon kasama ang iba pang mas may karanasan na mga espesyalista. Ang mga lihim ay pinananatiling lihim, na, siyempre, ay nagpabagal sa pagkalat ng teknolohiya, ngunit nadagdagan ang pagiging mapagkumpitensya ng isang partikular na tagagawa ng mga produkto para sa isang tiyak na layunin. Ang isa sa mga diskarte ng medieval armorers ay ang pagpapatigas sa ibabaw, na nagbibigay sa mga cutting edge at mga punto ng mga espada at saber ng isang espesyal na tigas, na sinamahan ng flexibility ng talim. Sa ngayon, ang mga naturang property ay hindi na nakakagulat sa sinuman, ang mga teknolohiya ay naging napakalaki at laganap.

Bakit alam ng isang ordinaryong tao ang lahat ng ito?

Ang artikulong ito sa mga espesyalista sa thermal metalworking ay malamang na mukhang isang hanay ng mga platitude at kilalang katotohanan. Bilang karagdagan, maaari silang makakita ng ilang mga kamalian sa terminolohiya. Ang impormasyong ipinakita ay hindi inilaan para sa kanila, ito ay para sa mga taong malayo sa metalurhiya, amateurs,ang mga interesado sa kung paano naiiba ang isang ordinaryong mesa o natitiklop na kutsilyo sa lakas mula sa isang mahusay na talim, pagpapatigas sa ibabaw mula sa pagpapatigas ng lakas ng tunog, at mga katulad na isyu. Kapag bumibili ng isa o ibang bagay na kailangan sa sambahayan, ang mamimili ay nahaharap sa isang makabuluhang pagkakaiba sa presyo. Hindi palaging maipaliwanag ng nagbebenta sa isang kwalipikado at naiintindihan na paraan kung bakit ang isang tool (isang wrench, halimbawa) ay mas mahal kaysa sa isa pang may pangkalahatang panlabas na pagkakatulad. Siya, malamang, ay susubukan na "pulbusin ang kanyang mga utak" sa mga konsepto at termino na hindi maintindihan ng karaniwang karaniwang tao. Isinalin sa ordinaryong wika, ang mga paliwanag na ito ay mangangahulugan na ang adjustable wrench ay hindi masisira o magtatagal, at mas madalas na kakailanganin ang hasa (kung ang kliyente ay gustong bumili ng kutsilyo). "Tumigas sa ibabaw!" - ang nagbebenta ay mahiwagang ipahiwatig ang dahilan, lumiligid ang kanyang mga mata na may haka-haka na tuwa. Ano ito?

Kabaligtaran na property sa isang produkto

Gaya ng malinaw sa parirala, sa kasong ito, ang panlabas na manipis na layer lamang ng produkto ang sasailalim sa heat treatment. Ang katotohanan na ang bakal ay nangangailangan ng hardening ay malabong hulaan ng lahat, kahit na ang mga hindi alam kung ano ito. Ito ang pagkakaiba nito sa karaniwang "piraso ng bakal", malambot at malutong. Ngunit bakit ang mababaw ang nagtatamasa ng ganitong karangalan? Ang hardening ay ginagamit upang baguhin ang mga katangian ng metal, at hindi para sa kapakanan ng ilang uri ng pagpapabuti, gaya ng madalas na ipinahayag. Ang kalidad, kapaki-pakinabang sa ilang mga kaso, ay nagiging nakakapinsala sa iba. Mahirap ang file, dahil madali para sa kanila na magproseso ng bakal, aluminyo o tanso, ngunit kung susubukan mong ibaluktot itoo hampasin ng martilyo, mabibitak. Ang parehong naaangkop sa talim ng hacksaw, na madalas na masira sa maling anggulo ng pagputol. Upang makapagbigay ng katigasan na sinamahan ng flexibility o ductility, inilapat ang pagpapatigas sa ibabaw. Pagkatapos nito, ang mga katangian ng produkto ay maaaring pagsamahin ang mga katangian, kung minsan ay kabaligtaran, katangian ng iba't ibang mga istruktura ng kristal. Ngayon ay kailangan nating alamin ang ilang detalye ng materyal na agham.

Ang pinakasimpleng ideya tungkol sa polymorphism ng mga metal

Ang parehong metal na lata, depende sa hugis ng kristal na sala-sala, ay may iba't ibang pisikal na katangian (tigas, lagkit, ductility, flexibility, elasticity, atbp.) Ang kakayahang ito na baguhin ang mga mekanikal na parameter ay tinatawag na polymorphism. Matagal na ang nakalipas, kapag gumagawa ng mga primitive na armas, napansin ng mga tao na ang isa o isa pang espada o cleaver ay naging mas matagumpay, pinapanatili nito ang talas nito nang mas mahaba at hindi nasira. Siyempre, ang aming mga ninuno ay hindi pamilyar sa mga molekular na istruktura ng metal, dumating sila sa lahat ng intuitively at empirically. Kaya, sa empirically, natuklasan nila na kung ang tip ay pinainit, kung gayon ang temperatura nito ay nakasalalay sa mga lilim ng glow. Sa mabilis na paglamig, may nagbabago sa metal, nagiging mas mahirap o nagiging mas nababaluktot. Kung ito ay pinainit muli, ito ay nagiging pareho, at kung minsan ay mas malala pa. Sa oras na iyon, medyo tiyak na mga ideya ang nabuo tungkol sa kung ano, halimbawa, ang isang perpektong kutsilyo sa pangangaso. Ginamit din noon ang pagpapatigas sa ibabaw, ngunit mas madalasginamit ang tinatawag na lokal, iyon ay, ang isa kung saan ang punto ay solid, ang gitna ng talim ay nababaluktot, at ang bahagi ng talim na katabi ng hawakan ay plastik (hayaan itong yumuko nang kaunti, ngunit huwag masira).

Ano ang nangyayari sa loob

Kung hindi naglalagay ng mga partikular na detalye, dapat tandaan na ang istraktura ng tumigas na bakal ay may tatlong pangunahing uri: martensitic, troostite at sorbitic. Ang mga mekanikal na katangian ay nakasalalay sa ratio ng mga kristal na pormasyon na ito. Sa kasong ito, hindi mahalaga kung alin sa kanila at kung paano nakakaapekto sa katigasan. Ang resulta ay depende sa kung gaano kainit ang metal at kung gaano ito kabilis lumamig. Kaya, ang pagpapatigas sa ibabaw ay maaaring mangyari sa pagtaas ng temperatura ng itaas na layer at kasunod na paglamig, alinman bilang resulta ng paglipat ng init sa panlabas na kapaligiran (mga likido, kadalasang langis, tubig at brine, hangin o iba pang mga ahente), o dahil sa bahagyang pagtakas nito sa produkto. Sa kasong ito, ang mga polymorphic transformation ay nangyayari sa mga layer, depende sa antas ng pag-abot sa kritikal na temperatura, na nakakaapekto sa pagbuo ng isang bagong kristal na istraktura.

Bilang resulta, may pagbabago sa mga sumusunod na zone:

- Tumigas ang itaas.

- Intermediate, bahagyang tumigas. Tinatawag din itong heat affected zone.

- Lugar ng nabawasang tigas.

- Hindi binagong interior.

Mga Paraan ng Pagpapatigas ng Ibabaw

Gumawa ng tuktok na layer na maynadagdagan ang katigasan, sa maraming paraan. Ang mga bukal ng riles ng kotse ay kinunan lamang gamit ang maliliit na bolang metal (shot) na lumilikha ng isang selyo sa ibabaw, habang ang panloob na dami ng metal ay nananatiling sapat na plastik upang mapaglabanan ang pangmatagalang mekanikal na stress. Ang pinaka sinaunang paraan ay itinuturing na mabilis na pag-init ng isang bagay sa isang bukas na apoy, na sinamahan ng pag-spray o jet flow. Ito ay sa pamamagitan ng teknolohiyang ito na ang isang tradisyonal na oriental curved na kutsilyo (karambit) ay ginawa. Ang pagpapatigas sa ibabaw ay maaari ding isagawa sa pamamagitan ng intensive cooling. Ang gas-plasma, induction, laser at iba pang mga pamamaraan ay kilala rin. Ang ilan sa mga ito ay nararapat pag-isipan.

HDTV

Noong kalagitnaan ng 1930s, ang siyentipikong Sobyet na si V. P. Vologdin ay nag-imbento ng isang paraan para sa pagbibigay ng isang hindi pare-parehong istruktura ng molekular sa malalaking bahagi gamit ang mga high-frequency na alon. Mabilis na umunlad ang mechanical engineering, ang industriya ay nangangailangan ng mga teknolohiya na nagsisiguro ng mass production nang hindi sinasakripisyo ang kalidad. Ang surface hardening ng HDTV ay batay sa phenomenon ng induction. Ang kakaiba ng pamamaraan ay nakasalalay sa pagtitiwala sa kapal ng pinainit na layer sa dalas at magnitude ng kasalukuyang sa radiating loop. Sa kasong ito, ang resulta ay mahuhulaan na may mataas na antas ng posibilidad, samakatuwid, ang kontrol sa kalidad ay lubos na pinasimple. Bilang karagdagan, ang pamamaraan ay naaangkop sa pagproseso ng mga pangkalahatang produkto at pagtitipon, tulad ng mga crankshaft at iba pang malalaking bagay na maaaring ilipat sa kahabaan ng inductor, nang sunud-sunod.inilalantad ang buong haba. Sa teknolohiyang ito, mahirap piliin ang mga parameter upang iproseso ang maliliit at patag na mga bagay, tulad ng kutsilyo. Naaangkop ang pagpapatigas sa ibabaw na may mataas na dalas ng mga agos sa medyo malalaking produkto, ang lakas at resistensya ng pagsusuot nito ay nakadepende sa mga mekanikal na katangian ng tuktok na layer.

Mga tampok ng paggamit ng paraan ng HDTV

Ang pamamaraan ay binuo sa mga kondisyon ng mabilis na pag-unlad ng industriya ng paggawa ng makina, ang pangunahing isa para sa potensyal na pagtatanggol ng USSR, na ipinakita sa mga detalye ng aplikasyon nito. Ang pinakamahalagang bahagi ng mga traktora, tangke, sasakyan o eroplano ay hindi sapat na malaki upang mailagay sa frame ng isang compact inductor, masyadong mahal ang paggawa ng kagamitan para sa bawat isa sa kanila, at kung ginawa ito batay sa pinakamalaking sukat, pagkatapos ay ang mga gastos sa enerhiya ay naging napakalaking. Gayunpaman, ang induction case hardening ay inilalapat sa anumang mga produkto, mula sa medyo maliit hanggang sa malalaking produkto. Halimbawa, ang mga gear ay nakalantad sa HDTV nang sunud-sunod, na nagpapaikot ng ngipin. Ang mga elemento ng crankshafts at cardan shafts ay patuloy at sunud-sunod na pinainit, na gumagalaw sa loob ng nakapirming frame ng inductor, habang ang cooler (sprayer) ay kasama sa teknolohikal na proseso pagkatapos nito. Sa dulo ng makina, ang workpiece ay agad na sinabugan ng tubig (kaya ang pangalan, katinig ng “spray”).

Well, ang mga produktong may maliit na hardening surface ay inilalagay sa inductor sa kabuuan at pinalamig sa parehong paraan.

Laser

Ang device na itosa ating panahon, na malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan ng aktibidad ng tao, ay nakahanap ng aplikasyon sa paggawa ng metal. Ang pamamaraan ay hindi nangangailangan ng kasunod na paglamig, dahil ang epekto ng sinag ay panandalian at ito ay nakakaapekto sa pinakamataas na layer ng metal, na nagiging sanhi ng nais na mga pagbabago sa istraktura ng kristal. Talagang tinitiyak ng "Laser sharpening" na hindi na kailangang patalasin ang cutting tool sa mahabang panahon (pangunahin itong ginagamit para sa kanila), kung ang pamamaraang ito ay talagang ginagamit sa paggawa nito. Gayunpaman, dapat tandaan na sa ating huwad na edad, ang inskripsiyon sa produkto ay hindi palaging tumutugma sa katotohanan. Minsan ang ilang murang "butterfly" na kutsilyo na ibinebenta sa isang stall sa kalye ay pinalamutian din ng gayong tatak. Ang pagpapatigas sa ibabaw gamit ang isang laser beam ay isang mamahaling teknolohiya, ito ay magagamit lamang sa mga nangungunang tagagawa ng tool.

Malamig

Ang pisikal na batayan ng pamamaraan ay ang pagtuklas ng hindi pangkaraniwang bagay ng pagtaas ng tigas ng bakal bilang resulta ng paglipat ng austenitic na istraktura sa martensitic sa panahon ng malalim na pagyeyelo. Ang nasabing pagpapatigas sa ibabaw ay isinasagawa ayon sa pamamaraan na binuo ni A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich at S. S. Shtenberg sa USSR. Naaangkop ito sa carbon (naglalaman ng higit sa 0.5 porsiyento C) at haluang metal na bakal para sa mga espesyal na layunin, tulad ng mga ginawa para sa paggawa ng mga high-speed cutter at iba pang espesyal na produkto ng tool.

Electric heating

Sa pangkalahatan, ito ay binuo sa parehong prinsipyo tulad ng induction hardening, na may pagkakaiba lamang na ang pag-init ay resistive, dahil sapagpasa ng kasalukuyang ng malalaking halaga at ang paglaban ng bahagi. Ang dalas ng input boltahe sa parehong paraan ay nakakaapekto sa lalim ng pinainit na layer, at mas mataas ito, mas payat ito. Ang ibabaw ng tumaas na katigasan ay maaaring mula sa mga fraction ng isang milimetro hanggang sa ilang mga yunit nito. Depende ito sa mga kinakailangan para sa produkto at mga sukat nito. Kung ikukumpara sa HDTV, ang electroresistive na paraan ay may mas malawak na hanay ng mga alon, temperatura, at lalim ng layer. Sa tulong nito, halimbawa, ang isang napakalaking at nangangailangan ng espesyal na kalidad na item bilang bayonet-kutsilyo ng sundalo ay maaaring gawin. Ang pagpapatigas sa ibabaw sa pamamagitan ng electric heating ay nangangailangan ng teknolohikal na na-verify na cooling regime sa langis, tubig, o iba pang mga ahente na tumatanggap ng init.

Mga Konklusyon

Kaya, ang pangunahing gawain ng pagpapatigas sa ibabaw ay ang pamamahagi ng istrukturang kristal sa loob ng produkto, kung saan nananatili sa loob nito ang mga uri ng sorbite o troostite, at ang isang layer ng martensite ay nabuo sa labas. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng ilang mga pamamaraan, mula sa pinakasimple at pinakasinaunang hanggang sa pinaka advanced at moderno sa teknolohiya. Sa anumang kaso, ang mataas na kalidad na hardening ng bakal ay nangangailangan ng mataas na kwalipikasyon at katumpakan sa pagsunod sa mga regulasyon sa produksyon. Ang isang produkto na ginawa ayon sa lahat ng mga patakaran ay hindi maaaring mura. Para sa kadahilanang ito, parehong mahal ang isang mahusay na kutsilyo sa kusina at karambit. Ang pagpapatigas sa ibabaw gamit ang isang laser beam ay pinakakaraniwan para lamang sa mga cutting tool.