Què és l'enduriment superficial de l'acer? Per a què serveix l'enduriment superficial?

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'art del tractament tèrmic dels metalls és conegut per la humanitat des de fa molt de temps. Els artesans implicats en la fabricació d'eines, i sobretot d'armes, ho van dominar pel seu compte, o van estudiar durant molts anys amb altres especialistes més experimentats. Els secrets es van mantenir en secret, cosa que, per descomptat, va frenar la propagació de la tecnologia, però va augmentar la competitivitat d'un fabricant determinat de productes per a un propòsit específic. Una de les tècniques dels armers medievals era l'enduriment superficial, que dóna als talls i puntes de les espases i els sabres una duresa especial, combinada amb la flexibilitat de la fulla. Avui, aquestes propietats ja no sorprenen a ningú, les tecnologies s'han fet massives i s'han generalitzat.

Per què una persona normal sabria tot això?

Aquest article per als especialistes en metal·lúrgia tèrmica probablement semblarà un conjunt de tòpics i fets coneguts. A més, poden trobar algunes imprecisions en la terminologia. La informació presentada no està destinada a ells, va adreçada a persones allunyades de la metal·lúrgia, aficionats,aquells que estiguin interessats en com una taula normal o un ganivet plegable difereix en força d'una bona fulla, enduriment superficial de l'enduriment de volum i problemes similars. En comprar un o altre article necessari a la llar, el consumidor s'enfronta a una diferència de preu important. El venedor no sempre pot explicar d'una manera qualificada i entenedora per què una eina (una clau anglesa, per exemple) és molt més cara que una altra amb una similitud externa general. Ell, molt probablement, intentarà "empolvorar-se el cervell" amb conceptes i termes que són incomprensibles per al profà mitjà. Traduïdes al llenguatge habitual, aquestes explicacions significaran que la clau anglesa no es trencarà ni durarà més, i caldrà esmolar amb molta menys freqüència (si el client vol comprar un ganivet). "Enduriment superficial!" - el venedor indicarà misteriosament el motiu, fent girar els ulls amb un plaer imaginari. Què és?

Propietats oposades en un producte

Com es desprèn de la frase, en aquest cas només se sotmet a tractament tèrmic la capa fina exterior del producte. El fet que l'acer requereixi enduriment és vagament endevinat per tothom, fins i tot aquells que no saben què és. Això és el que es diferencia de la "peça de ferro" habitual, suau i trencadissa. Però, per què és el superficial el que gaudeix d'aquest honor? L'enduriment s'utilitza per canviar les propietats del metall, i no pel bé d'algun tipus de millora, com sovint es declara. La qualitat, útil en alguns casos, esdevé perjudicial en altres. La llima és dura, perquè els és fàcil processar ferro, alumini o bronze, però si intentes doblegar-lao colpejar-lo amb un martell, s'esquerdarà. El mateix s'aplica a la fulla de la serra, que sovint es trenca amb l'angle de tall incorrecte. Per tal d'impartir duresa combinada amb flexibilitat o ductilitat, s'aplica l'enduriment superficial. Després d'això, les propietats del producte poden combinar qualitats, de vegades oposades, característiques de diferents estructures cristal·lines. Ara hem d'aprofundir en alguns detalls de la ciència dels materials.

Les idees més senzilles sobre el polimorfisme dels metalls

Un mateix metall pot, segons la forma de la xarxa cristal·lina, tenir diferents propietats físiques (duresa, viscositat, ductilitat, flexibilitat, elasticitat, etc.) Aquesta capacitat de modificar paràmetres mecànics s'anomena polimorfisme. Fa molt de temps, quan es feia armes primitives, la gent es va adonar que una o altra espasa o espada tenia més èxit, conserva la seva agudesa més temps i no es trenca. Per descomptat, els nostres avantpassats no estaven familiaritzats amb les estructures moleculars del metall, van arribar a tot de manera intuïtiva i empírica. Així, empíricament, van descobrir que si la punta s'escalfa, aleshores la seva temperatura depèn dels tons de la resplendor. Amb un refredament ràpid, alguna cosa canvia al metall, es torna més dur o es torna més flexible. Si es torna a escalfar, torna a ser el mateix, i de vegades fins i tot pitjor. En aquell moment, es van formar idees força específiques sobre què hauria de ser, per exemple, un ganivet de caça ideal. Aleshores també s'utilitzava l'enduriment superficial, però amb més freqüènciaes va utilitzar l'anomenat local, és a dir, aquell en què la punta era sòlida, el mig de la fulla era flexible i la part de la fulla adjacent al mànec era de plàstic (deixeu-la doblegar una mica, però no trencar-la).

Què passa dins

Sense entrar en detalls particulars, cal destacar que l'estructura de l'acer endurit és de tres tipus principals: martensític, troostitic i sorbític. Les característiques mecàniques depenen de la proporció d'aquestes formacions cristal·lines. En aquest cas, no importa quina d'elles i com afecta la duresa. El resultat depèn de la calor que estigui el metall i de la rapidesa amb què es refreda. Així, l'enduriment superficial es pot produir amb un augment de la temperatura de la capa superior i el posterior refredament, ja sigui com a conseqüència de la transferència de calor al medi extern (líquids, la majoria de les vegades oli, aigua i salmorra, aire o altres agents), o bé per a la seva escapada parcial al producte. En aquest cas, les transformacions polimòrfiques es produeixen en capes, en funció del grau d'assoliment de la temperatura crítica, que afecta la formació d'una nova estructura cristal·lina.

Com a resultat, hi ha un canvi a les zones següents:

- Part superior endurida.

- Intermedi, parcialment endurit. També s'anomena zona afectada per la calor.

- Àrea de duresa reduïda.

: interior sense modificar.

Mètodes d'enduriment superficial

Crea una capa superior ambaugment de la duresa, de diverses maneres. Les molles dels vagons de ferrocarril simplement es disparen amb petites boles metàl·liques (trets) que creen un segell superficial, mentre que el volum intern del metall segueix sent prou plàstic per suportar l'estrès mecànic a llarg termini. Es considera que el mètode més antic és l'escalfament ràpid d'un objecte a foc obert, acompanyat de ruixat o flux de raig. És amb aquesta tecnologia que es fa un ganivet corbat oriental tradicional (karambit). L'enduriment superficial també es pot dur a terme mitjançant un refredament intensiu. També es coneixen mètodes de gas-plasma, inducció, làser i altres. Val la pena insistir en alguns d'ells.

HDTV

A mitjans de la dècada de 1930, el científic soviètic V. P. Vologdin va inventar un mètode per impartir una determinada estructura molecular no uniforme a grans peces mitjançant corrents d' alta freqüència. L'enginyeria mecànica es va desenvolupar ràpidament, la indústria necessitava tecnologies que asseguressin la producció en massa sense sacrificar la qualitat. L'enduriment superficial de HDTV es basa en el fenomen de la inducció. La peculiaritat del mètode rau en la dependència del gruix de la capa escalfada de la freqüència i la magnitud del corrent en el bucle radiant. En aquest cas, el resultat és previsible amb un alt grau de probabilitat, per tant, el control de qualitat es simplifica molt. A més, el mètode és aplicable al processament de productes i conjunts globals, com ara cigonyals i altres objectes grans que es poden moure al llarg de l'inductor, de manera seqüencial.exposant tota la longitud. Amb aquesta tecnologia, és difícil triar els paràmetres per processar objectes petits i plans, com ara un ganivet. L'enduriment superficial amb corrents d' alta freqüència s'aplica a productes relativament voluminosos, la força i la resistència al desgast dels quals depenen de les propietats mecàniques de la capa superior.

Característiques de l'ús del mètode HDTV

El mètode es va desenvolupar en les condicions de ràpid desenvolupament de la indústria de la construcció de màquines, la principal pel potencial de defensa de l'URSS, que es va manifestar en les especificitats de la seva aplicació. Les parts més importants de tractors, tancs, automòbils o avions no són prou grans per col·locar-les en el marc d'un inductor compacte, era massa car fabricar equips per a cadascun d'ells, i si es feia a partir de les dimensions més grans, aleshores els costos energètics es van fer enormes. Tanmateix, l'enduriment per inducció s'aplica a qualsevol producte, des dels relativament petits fins als grans. Per exemple, els engranatges s'exposen a la televisió d' alta definició seqüencialment, girant dent per dent. Els elements dels cigonyals i cardans s'escalfen contínuament i seqüencialment, movent-se dins del marc fix de l'inductor, mentre que el refrigerador (polveritzador) s'inclou en el procés tecnològic immediatament després d'aquest. Al final de la màquina, la peça es ruixa immediatament amb aigua (d'aquí el nom, consonant amb "esprai").

Bé, els productes amb una petita superfície d'enduriment es col·loquen a l'inductor en conjunt i es refreden de la mateixa manera.

Laser

Aquest dispositiuen el nostre temps, utilitzat bastant àmpliament en diversos camps de l'activitat humana, ha trobat aplicació en el treball del metall. El mètode no requereix un refredament posterior, ja que l'impacte del feix és a curt termini i afecta la capa més alta del metall, provocant els canvis desitjats en l'estructura cristal·lina. L'"afilat per làser" realment garanteix que no calgui esmolar l'eina de tall durant molt de temps (s'utilitza principalment per a ells), si aquest mètode s'utilitza realment en la seva fabricació. Tanmateix, cal tenir en compte que en la nostra època de falsificació, la inscripció al producte no sempre es correspon amb la veritat. De vegades, un ganivet "papallona" barat que es ven a una parada del carrer també està decorat amb aquesta marca. L'enduriment de superfícies amb un raig làser és una tecnologia cara, només està disponible per als principals fabricants d'eines.

Fred

La base física del mètode va ser el descobriment del fenomen d'augment de la duresa de l'acer com a resultat de la transició de l'estructura austenítica a martensítica durant la congelació profunda. Aquest enduriment superficial es realitza segons el mètode desenvolupat per A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich i S. S. Shtenberg a l'URSS. S'aplica a l'acer al carboni (que conté més d'un 0,5 per cent de C) i a l'aliatge per a finalitats especials, com ara els produïts per a la fabricació de talladores d' alta velocitat i altres productes d'eines especials.

Calefacció elèctrica

En general, es basa en el mateix principi que l'enduriment per inducció, amb l'única diferència que l'escalfament és resistent, a causa decorrent de pas de grans valors i la resistència de la peça. La freqüència de la tensió d'entrada afecta de la mateixa manera la profunditat de la capa escalfada, i com més alta és, més prima és. La superfície de duresa augmentada pot variar des de fraccions d'un mil·límetre fins a diverses de les seves unitats. Depèn dels requisits del producte i les seves dimensions. En comparació amb HDTV, el mètode electroresistiu té una gamma més àmplia de corrents, temperatures i profunditats de capa. Amb l'ajuda d'això, per exemple, es pot fer un article tan gran i que requereixi una qualitat especial com el ganivet de baioneta d'un soldat. L'enduriment superficial mitjançant calefacció elèctrica requereix un règim de refrigeració verificat tecnològicament en oli, aigua o altres agents receptors de calor.

Conclusions

Per tant, la tasca principal de l'enduriment de la superfície és una distribució de l'estructura cristal·lina dins del producte, en la qual es mantenen varietats de sorbita o troostita a l'interior i es forma una capa de martensita a l'exterior. Això es pot aconseguir mitjançant diversos mètodes, des dels més senzills i antics fins als més avançats i moderns tecnològicament. En qualsevol cas, l'enduriment d' alta qualitat de l'acer requereix una alta qualificació i precisió en compliment de la normativa de producció. Un producte fet segons totes les normes no pot ser barat. Per aquest motiu, tant un bon ganivet de cuina com el karambit són cars. L'enduriment de la superfície amb un raig làser és més comú només per a eines de tall.