Mitä on teräksen pintakarkaisu? Mihin pintakarkaisua käytetään?

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Metallien lämpökäsittelyn taito on ollut ihmiskunnan tiedossa jo pitkään. Työkalujen ja erityisesti aseiden valmistukseen osallistuvat käsityöläiset hallitsivat sen itse tai opiskelivat vuosia muiden kokeneempien asiantuntijoiden kanssa. Salaisuudet pidettiin salassa, mikä tietysti hidasti teknologian leviämistä, mutta lisäsi tietyn tuotteen valmistajan kilpailukykyä tiettyyn tarkoitukseen. Yksi keskiaikaisten panssarilaitteiden tekniikoista oli pintakarkaisu, joka antaa miekkojen ja sapelien leikkuureunoihin ja kärkiin erityisen kovuuden yhdistettynä terän joustavuuteen. Nykyään tällaiset ominaisuudet eivät enää yllätä ketään, teknologiat ovat tulleet massiiviseksi ja laajalle levinneeksi.

Miksi tavallinen ihminen tietäisi kaiken tämän?

Tämä artikkeli lämpömetallintyöstön asiantuntijoille näyttää todennäköisesti joukolta latteuksia ja tunnettuja tosiasioita. Lisäksi he voivat löytää epätarkkuuksia terminologiassa. Esitettyä tietoa ei ole tarkoitettu heille, se on osoitettu ihmisille, jotka ovat kaukana metallurgiasta, amatööreille,niille, jotka ovat kiinnostuneita siitä, miten tavallinen pöytä- tai taittoveitsi eroaa lujuudessa hyvästä terästä, pintakarkaisulla tilavuuskarkaisusta ja vastaavista asioista. Ostaessaan yhtä tai toista kotitaloudessa tarvittavaa tavaraa kuluttaja kohtaa huomattavan hintaeron. Myyjä ei voi aina selittää pätevästi ja ymmärrettävästi, miksi yksi työkalu (esim. jakoavain) on paljon kalliimpi kuin toinen, jolla on yleinen ulkoinen samank altaisuus. Hän todennäköisesti yrittää "jauhettaa aivonsa" käsitteillä ja termeillä, jotka ovat käsittämättömiä tavalliselle maallikolle. Tavalliseen kieleen käännettynä nämä selitykset tarkoittavat, että säädettävä jakoavain ei katkea tai kestä pidempään, ja teroitusta tarvitaan paljon harvemmin (jos asiakas haluaa ostaa veitsen). "Pintojen kovettuminen!" - myyjä ilmoittaa mystisesti syyn pyöritellen silmiään kuvitteellisella ilolla. Mikä se on?

Päkkäiset ominaisuudet yhdessä tuotteessa

Kuten lauseesta ilmenee, tässä tapauksessa vain tuotteen ohut ulkokerros altistetaan lämpökäsittelylle. Sen, että teräs vaatii karkaisua, arvaavat kaikki epämääräisesti, jopa ne, jotka eivät tiedä mitä se on. Tästä se eroaa tavallisesta "rautapalasta", pehmeä ja hauras. Mutta miksi pinnallinen nauttii sellaisesta kunniasta? Karkaisua käytetään metallin ominaisuuksien muuttamiseksi, ei jonkinlaisen parannuksen vuoksi, kuten usein väitetään. Joissain tapauksissa hyödyllinen laatu muuttuu toisissa haitalliseksi. Viila on kova, koska heidän on helppo käsitellä rautaa, alumiinia tai pronssia, mutta jos yrität taivuttaa sitätai lyö vasaralla, se halkeilee. Sama koskee rautasahan terää, joka usein katkeaa väärässä leikkauskulmassa. Kovuuden lisäämiseksi yhdessä joustavuuden tai taipuisuuden kanssa käytetään pintakarkaisua. Sen jälkeen tuotteen ominaisuudet voivat yhdistää eri kiderakenteille ominaisia, joskus päinvastaisia ominaisuuksia. Nyt meidän on perehdyttävä joihinkin materiaalitieteen yksityiskohtiin.

Yksinkertaisimmat ideat metallien polymorfismista

Samalla metallilla voi kidehilan muodosta riippuen olla erilaisia fysikaalisia ominaisuuksia (kovuus, viskositeetti, sitkeys, joustavuus, elastisuus jne.) Tätä kykyä muuttaa mekaanisia parametreja kutsutaan polymorfismiksi. Kauan sitten primitiivisiä aseita tehdessään ihmiset huomasivat, että yksi tai toinen miekka tai hakkuri osoittautui menestyneemmäksi, se säilyttää terävyyden pidempään eikä rikkoudu. Esi-isämme eivät tietenkään tunteneet metallin molekyylirakenteita, he tulivat kaikkeen intuitiivisesti ja empiirisesti. Joten empiirisesti he havaitsivat, että jos kärki kuumennetaan, sen lämpötila riippuu hehkun sävyistä. Nopean jäähtymisen myötä metallissa jokin muuttuu, siitä tulee joko kovempaa tai joustavampaa. Jos se lämmitetään uudelleen, siitä tulee uudelleen sama ja joskus vielä pahempi. Siihen mennessä muodostui varsin konkreettisia ajatuksia siitä, millainen esimerkiksi ihanteellinen metsästysveitsi pitäisi olla. Pintakarkaisua käytettiin myös silloin, mutta useamminkäytettiin ns. paikallista, eli sellaista, jossa kärki oli kiinteä, terän keskiosa joustava ja terän kahvan vieressä oleva osa muovia (anna sen taivuttaa hieman, mutta ei murtua)

Mitä sisällä tapahtuu

Erityisiin yksityiskohtiin menemättä on huomattava, että karkaistun teräksen rakenne on kolmea päätyyppiä: martensiittista, troostiittia ja sorbiittista. Mekaaniset ominaisuudet riippuvat näiden kiteisten muodostumien suhteesta. Tässä tapauksessa ei ole väliä mikä niistä ja miten vaikuttaa kovuuteen. Tulos riippuu siitä, kuinka kuuma metalli on ja kuinka nopeasti se jäähtyy. Siten pinnan kovettuminen voi tapahtua yläkerroksen lämpötilan nousun ja sitä seuraavan jäähtymisen seurauksena joko lämmön siirtymisen seurauksena ulkoiseen ympäristöön (nesteet, useimmiten öljy, vesi ja suolaliuos, ilma tai muut aineet), tai johtuen sen osittaiseen vuotamiseen tuotteeseen. Tässä tapauksessa polymorfisia muutoksia tapahtuu kerroksittain kriittisen lämpötilan saavuttamisasteesta riippuen, mikä vaikuttaa uuden kiderakenteen muodostumiseen.

Tämän seurauksena seuraavilla vyöhykkeillä on tapahtunut muutos:

- Päällinen karkaistu.

- Keskitaso, osittain karkaistu. Sitä kutsutaan myös lämmön vaikutukseksi.

- Alennettu kovuus.

- muokkaamaton sisustus.

Pintojen kovetusmenetelmät

Luo ylätaso käyttämällälisääntynyt kovuus useilla tavoilla. Junavaunun jousia ammutaan yksinkertaisesti pienillä metallipalloilla (shot), jotka muodostavat pintatiivisteen, kun taas metallin sisätilavuus pysyy riittävän muovina kestämään pitkäaikaista mekaanista rasitusta. Vanhimpana menetelmänä pidetään esineen nopeaa kuumennusta avotulella, johon liittyy suihkutusta tai suihkuvirtausta. Tällä tekniikalla valmistetaan perinteinen itämainen kaareva veitsi (karambit). Pintakarkaisu voidaan tehdä myös intensiivisellä jäähdytyksellä. Tunnetaan myös kaasuplasma, induktio, laser ja muut menetelmät. Joihinkin niistä kannattaa keskittyä.

HDTV

Neuvostoliiton tiedemies V. P. Vologdin keksi 1930-luvun puolivälissä menetelmän tietyn epäyhtenäisen molekyylirakenteen siirtämiseksi suuriin osiin käyttämällä suurtaajuisia virtoja. Konetekniikka kehittyi nopeasti, teollisuus tarvitsi teknologioita, jotka takasivat massatuotannon laadusta tinkimättä. HDTV:n pintakarkaisu perustuu induktioilmiöön. Menetelmän erikoisuus on lämmitetyn kerroksen paksuuden riippuvuus säteilevän silmukan virran taajuudesta ja suuruudesta. Tässä tapauksessa tulos on ennustettavissa suurella todennäköisyydellä, joten laadunvalvonta yksinkertaistuu huomattavasti. Lisäksi menetelmä soveltuu kokonaistuotteiden ja kokoonpanojen, kuten kampiakselien ja muiden suurten esineiden, joita voidaan liikuttaa kelaa pitkin, käsittelyyn peräkkäin.paljastaa koko pituuden. Tällä tekniikalla on vaikea valita parametreja pienten ja litteiden esineiden, kuten veitsen, käsittelyyn. Pintakarkaisu suurtaajuusvirroilla soveltuu suhteellisen isokokoisille tuotteille, joiden lujuus ja kulutuskestävyys riippuvat pintakerroksen mekaanisista ominaisuuksista.

HDTV-menetelmän käytön ominaisuudet

Menetelmä kehitettiin Neuvostoliiton puolustuspotentiaalin pääasiallisen koneenrakennusteollisuuden nopean kehityksen olosuhteissa, mikä ilmeni sen soveltamisen erityispiirteissä. Traktorien, tankkien, autojen tai lentokoneiden tärkeimmät osat eivät ole tarpeeksi suuria sijoitettavaksi kompaktin induktorirunkoon, jokaiseen oli liian kallista valmistaa laitteita ja jos se tehtiin suurimpien mittojen mukaan, sitten energiakustannukset kasvoivat v altaviksi. Induktiokotelokarkaisua sovelletaan kuitenkin kaikkiin tuotteisiin, suhteellisen pienistä suuriin. Esimerkiksi vaihteet altistetaan HDTV:lle peräkkäin, hammas hampa alta kääntäen. Kampiakselien ja kardaaniakseleiden elementit lämmitetään jatkuvasti ja peräkkäin liikkuen kelan kiinteän kehyksen sisällä, kun taas jäähdytin (sumutin) sisällytetään teknologiseen prosessiin välittömästi sen jälkeen. Koneen lopussa työkappale ruiskutetaan välittömästi vedellä (tästä nimi, joka vastaa sanaa "spray").

No, tuotteet, joissa on pieni kovettumispinta, asetetaan kelaan kokonaisuutena ja jäähdytetään samalla tavalla.

Laser

Tämä laitemeidän aikanamme käytetty melko laaj alti erilaisilla ihmisen toiminnan aloilla, on löytänyt sovelluksen metallintyöstössä. Menetelmä ei vaadi jälkijäähdytystä, koska säteen isku on lyhytaikainen ja se vaikuttaa metallin ylimpään kerrokseen aiheuttaen haluttuja muutoksia kiderakenteessa. "Laserteroitus" todella varmistaa, että leikkaustyökalua ei tarvitse teroittaa pitkään (sitä käytetään pääasiassa heille), jos tätä menetelmää todella käytetään sen valmistuksessa. On kuitenkin pidettävä mielessä, että väärennösaikanamme tuotteen merkintä ei aina vastaa totuutta. Joskus joku halpa "perhos"-veitsi, joka myydään katukojuissa, on myös koristeltu tällaisella merkillä. Pintakarkaisu lasersäteellä on kallis tekniikka, se on vain johtavien työkaluvalmistajien saatavilla.

kylmä

Menetelmän fysikaalinen perusta oli teräksen kovuuden lisääntymisen ilmiö, joka johtuu austeniittisen rakenteen muuttumisesta martensiittiseksi syväjäädytyksen aikana. Tällainen pinnan karkaisu suoritetaan menetelmällä, jonka A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich ja S. S. Shtenberg ovat kehittäneet Neuvostoliitossa. Sitä voidaan soveltaa hiilelle (joka sisältää yli 0,5 prosenttia C) ja seosteräkselle erikoistarkoituksiin, kuten teräksiin, jotka on valmistettu nopean jyrsimen ja muiden erikoistyökalutuotteiden valmistukseen.

Sähkölämmitys

Yleensä se on rakennettu samalle periaatteelle kuin induktiokarkaisu, sillä ainoalla erolla, että lämmitys on resistiivinen, johtuensuurten arvojen ohitusvirta ja osan vastus. Tulojännitteen taajuus vaikuttaa samalla tavalla lämmitettävän kerroksen syvyyteen, ja mitä korkeampi se on, sitä ohuempi se on. Lisääntyneen kovuuden pinta voi vaihdella millimetrin murto-osista useisiin sen yksikköihin. Se riippuu tuotteen vaatimuksista ja sen mitoista. Teräväpiirtotelevisioon verrattuna sähköresistiivisellä menetelmällä on laajempi virtojen, lämpötilojen ja kerrosten syvyysalue. Sen avulla voidaan valmistaa esimerkiksi niin massiivinen ja erityistä laatua vaativa esine kuin sotilaan pistin. Pinnan kovettaminen sähkölämmityksellä vaatii teknisesti varmennettua jäähdytysjärjestelmää öljyssä, vedessä tai muissa lämpöä vastaanottavissa aineissa.

Johtopäätökset

Pintojen kovettamisen päätehtävä on siis sellainen kiderakenteen jakautuminen tuotteen sisällä, jossa sen sisälle jää erilaisia sorbiittia tai troostiittia ja ulkopuolelle muodostuu martensiittikerros. Tämä voidaan saavuttaa useilla menetelmillä, yksinkertaisimmasta ja vanhimmasta teknisesti edistyneimpään ja nykyaikaisimpaan. Joka tapauksessa teräksen laadukas karkaisu vaatii korkeaa pätevyyttä ja tuotantomääräysten mukaista tarkkuutta. Kaikkien sääntöjen mukaan valmistettu tuote ei voi olla halpa. Tästä syystä sekä hyvä keittiöveitsi että karambit ovat kalliita. Pintakarkaisu lasersäteellä on yleisintä vain leikkaustyökaluissa.