سخت شدن سطح فولاد چیست؟ سخت شدن سطح برای چه مواردی استفاده می شود؟

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

هنر عملیات حرارتی فلزات از دیرباز برای بشر شناخته شده است. صنعتگرانی که در ساخت ابزار آلات و به ویژه اسلحه کار می کردند، به تنهایی بر آن مسلط بودند و یا سال ها نزد متخصصان مجرب دیگر مطالعه می کردند. اسرار مخفی نگه داشته می شد که البته باعث کاهش سرعت گسترش فناوری شد، اما رقابت یک تولید کننده خاص از محصولات را برای یک هدف خاص افزایش داد. یکی از تکنیک های زره پوش های قرون وسطایی، سخت شدن سطحی بود که به لبه های برش و نوک شمشیرها و شمشیرها سختی خاصی همراه با انعطاف پذیری تیغه می بخشید. امروزه، چنین ویژگی‌هایی دیگر هیچ‌کس را شگفت‌زده نمی‌کنند، فناوری‌ها عظیم و گسترده شده‌اند.

چرا یک فرد عادی همه اینها را می داند؟

این مقاله برای متخصصان فلزکاری حرارتی به احتمال زیاد مانند مجموعه‌ای از دروغ‌ها و حقایق شناخته شده به نظر می‌رسد. علاوه بر این، ممکن است برخی از نادرستی ها را در اصطلاح بیابند. اطلاعات ارائه شده برای آنها در نظر گرفته نشده است، مخاطبان آن افرادی هستند که از متالورژی، آماتورها دور هستند،کسانی که علاقه مند هستند که چگونه یک میز معمولی یا چاقوی تاشو از نظر استحکام با یک تیغه خوب، سخت شدن سطح از سخت شدن حجمی و موارد مشابه متفاوت است. هنگام خرید یک یا آن کالای مورد نیاز خانوار، مصرف کننده با تفاوت قیمت قابل توجهی مواجه می شود. فروشنده همیشه نمی تواند به روشی واجد شرایط و قابل درک توضیح دهد که چرا یک ابزار (مثلاً یک آچار) بسیار گرانتر از ابزار دیگر با یک شباهت کلی خارجی است. او، به احتمال زیاد، سعی خواهد کرد با مفاهیم و اصطلاحاتی که برای افراد عادی غیرقابل درک است، "مغز خود را پودر کند". ترجمه شده به زبان معمولی، این توضیحات به این معنی است که آچار قابل تنظیم نمی شکند یا بیشتر دوام نمی آورد و تیز کردن خیلی کمتر مورد نیاز است (اگر مشتری بخواهد چاقو بخرد). "سخت شدن سطح!" - فروشنده به طور مرموزی دلیل را نشان می دهد و چشمان خود را با لذت خیالی می چرخاند. چیست؟

خواص متضاد در یک محصول

همانطور که از عبارت مشخص است، در این حالت فقط لایه نازک بیرونی محصول تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. این واقعیت که فولاد نیاز به سخت شدن دارد، توسط همه، حتی کسانی که اصلاً نمی دانند چیست، به طور مبهم حدس می زنند. این همان چیزی است که با "قطعه آهن" معمولی، نرم و شکننده متفاوت است. اما چرا سطحی بودن از چنین افتخاری برخوردار است؟ سخت شدن برای تغییر خواص فلز استفاده می شود، و نه به خاطر نوعی بهبود، همانطور که اغلب اعلام می شود. کیفیت، در برخی موارد مفید، در موارد دیگر مضر می شود. فایل سخت است، زیرا پردازش آهن، آلومینیوم یا برنز برای آنها آسان است، اما اگر سعی کنید آن را خم کنیدیا با چکش به آن ضربه بزند ترک می خورد. همین امر در مورد تیغه اره برقی نیز صدق می کند که اغلب در زاویه برش اشتباه می شکند. به منظور ایجاد سختی همراه با انعطاف پذیری یا شکل پذیری، سختی سطح اعمال می شود. پس از آن، خواص محصول می تواند ترکیبی از کیفیت ها، گاهی متضاد، مشخصه ساختارهای کریستالی مختلف باشد. اکنون باید در برخی از جزئیات علم مواد تحقیق کنیم.

ساده ترین ایده ها در مورد چندشکلی فلزات

همان فلز بسته به شکل شبکه کریستالی می تواند خواص فیزیکی متفاوتی داشته باشد (سختی، ویسکوزیته، شکل پذیری، انعطاف پذیری، کشسانی و غیره) این قابلیت تغییر پارامترهای مکانیکی را چندشکلی می نامند. مدتها پیش، هنگام ساخت سلاح های اولیه، مردم متوجه شدند که این یا آن شمشیر یا شمشیر موفق تر است، تیزی خود را طولانی تر حفظ می کند و نمی شکند. البته اجداد ما با ساختارهای مولکولی فلز آشنا نبودند، آنها به طور شهودی و تجربی به همه چیز رسیدند. بنابراین، از نظر تجربی، آنها کشف کردند که اگر نوک آن گرم شود، دمای آن به سایه های درخشش بستگی دارد. با خنک شدن سریع، چیزی در فلز تغییر می کند، یا سخت تر می شود یا انعطاف پذیرتر می شود. اگر دوباره گرم شود دوباره همان می شود و گاهی بدتر هم می شود. در آن زمان، ایده های کاملاً مشخصی در مورد اینکه مثلاً یک چاقوی شکاری ایده آل باید باشد شکل گرفت. در آن زمان از سخت شدن سطح نیز استفاده می شد، اما بیشتربه اصطلاح محلی استفاده می شد، یعنی نقطه ای که در آن نقطه محکم بود، وسط تیغه انعطاف پذیر بود و قسمتی از تیغه مجاور دسته پلاستیکی بود (بگذارید کمی خم شود، اما نشکند)

داخل چه خبر است

بدون پرداختن به جزئیات خاص، باید توجه داشت که ساختار فولاد سخت شده از سه نوع اصلی است: مارتنزیتی، تروستیت و سوربیت. مشخصات مکانیکی به نسبت این تشکیلات کریستالی بستگی دارد. در این مورد، مهم نیست که کدام یک از آنها و چگونه بر سختی تأثیر می گذارد. نتیجه بستگی به داغ بودن فلز و سرعت سرد شدن آن دارد. بنابراین، سخت شدن سطح می تواند با افزایش دمای لایه بالایی و خنک شدن متعاقب آن، یا در نتیجه انتقال حرارت به محیط خارجی (مایعات، اغلب روغن، آب و آب نمک، هوا یا عوامل دیگر) رخ دهد. به فرار نسبی آن به محصول. در این حالت، بسته به درجه رسیدن به دمای بحرانی، دگرگونی‌های چندشکلی در لایه‌ها رخ می‌دهد که بر تشکیل ساختار کریستالی جدید تأثیر می‌گذارد.

در نتیجه، تغییری در مناطق زیر وجود دارد:

- رویه سخت شده.

- متوسط، تا حدی سخت شده. به آن منطقه متاثر از گرما نیز می گویند.

- سطح سختی کاهش یافته.

- داخلی بدون تغییر.

روش های سخت شدن سطح

ایجاد لایه بالایی باافزایش سختی، از راه های مختلف. فنرهای واگن راه‌آهن به سادگی با توپ‌های فلزی کوچک (شات) شلیک می‌شوند که آب‌بندی سطحی ایجاد می‌کنند، در حالی که حجم داخلی فلز به اندازه‌ای پلاستیکی باقی می‌ماند که در برابر استرس مکانیکی طولانی‌مدت مقاومت کند. قدیمی ترین روش گرم کردن سریع یک شی در آتش باز، همراه با پاشش یا جریان جت در نظر گرفته می شود. با این فناوری است که یک چاقوی خمیده شرقی سنتی (karambit) ساخته می شود. سخت شدن سطح را می توان با استفاده از خنک سازی شدید نیز انجام داد. گاز پلاسما، القایی، لیزر و روش های دیگر نیز شناخته شده است. برخی از آنها ارزش ماندن را دارند.

HDTV

در اواسط دهه 1930، دانشمند شوروی V. P. Vologdin روشی را برای ایجاد ساختار مولکولی غیر یکنواخت به قطعات بزرگ با استفاده از جریان های فرکانس بالا اختراع کرد. مهندسی مکانیک به سرعت توسعه یافت، صنعت به فناوری هایی نیاز داشت که تولید انبوه را بدون قربانی کردن کیفیت تضمین کند. سخت شدن سطح HDTV بر اساس پدیده القایی است. ویژگی روش در وابستگی ضخامت لایه گرم شده به فرکانس و بزرگی جریان در حلقه تابشی نهفته است. در این حالت، نتیجه با درجه احتمال بالایی قابل پیش بینی است، بنابراین کنترل کیفیت بسیار ساده شده است. علاوه بر این، این روش برای پردازش محصولات و مجموعه های کلی، مانند میل لنگ و سایر اجسام بزرگ که می توانند در امتداد سلف به صورت متوالی حرکت کنند، قابل استفاده است.در معرض تمام طول. با استفاده از این فناوری، انتخاب پارامترهای پردازش اجسام کوچک و مسطح مانند چاقو دشوار است. سخت شدن سطح با جریان های فرکانس بالا برای محصولات نسبتاً حجیم قابل استفاده است که استحکام و مقاومت در برابر سایش آنها به خواص مکانیکی لایه رویی بستگی دارد.

ویژگی های استفاده از روش HDTV

این روش در شرایط توسعه سریع صنعت ماشین سازی، اصلی ترین مورد برای پتانسیل دفاعی اتحاد جماهیر شوروی، که در ویژگی های کاربرد آن آشکار شد، توسعه یافت. مهمترین قطعات تراکتورها، مخازن، خودروها یا هواپیماها به اندازه کافی بزرگ نیستند که بتوان آنها را در قاب یک سلف فشرده قرار داد، ساخت تجهیزات برای هر یک از آنها بسیار گران بود و اگر بر اساس بزرگترین ابعاد ساخته می شد، سپس هزینه های انرژی بسیار زیاد شد. با این حال، سخت شدن محفظه القایی برای هر محصولی، از محصولات نسبتا کوچک تا بزرگ، اعمال می شود. به عنوان مثال، چرخ دنده ها به طور متوالی در معرض HDTV قرار می گیرند و دندان به دندان می چرخند. عناصر میل لنگ و میل کاردان به طور مداوم و متوالی گرم می شوند و در داخل قاب ثابت سلف حرکت می کنند ، در حالی که خنک کننده (پاش کننده) بلافاصله پس از آن در فرآیند فناوری قرار می گیرد. در انتهای دستگاه، قطعه کار بلافاصله با آب پاشیده می شود (از این رو نام، همخوان با "اسپری" است).

خب، محصولات با سطح سخت شونده کوچک به طور کلی در سلف قرار می گیرند و به همین ترتیب خنک می شوند.

لیزر

این دستگاهدر زمان ما، به طور گسترده ای در زمینه های مختلف فعالیت های انسانی استفاده می شود، در فلزکاری کاربرد پیدا کرده است. این روش نیازی به خنک سازی بعدی ندارد، زیرا ضربه تیر کوتاه مدت است و بر بالاترین لایه فلز تأثیر می گذارد و باعث ایجاد تغییرات مورد نظر در ساختار کریستالی می شود. "تیز کردن لیزر" واقعاً تضمین می کند که اگر واقعاً از این روش در ساخت آن استفاده شود ، نیازی به تیز کردن ابزار برش برای مدت طولانی (عمدتاً برای آنها استفاده می شود) وجود ندارد. با این حال، باید در نظر داشت که در عصر تقلبی ما، نوشته روی محصول همیشه با حقیقت مطابقت ندارد. گاهی اوقات چاقوی ارزان قیمت "پروانه" که در غرفه های خیابانی فروخته می شود نیز با چنین مارکی تزئین می شود. سخت شدن سطح با پرتو لیزر یک فناوری گران قیمت است و فقط برای سازندگان پیشرو ابزار در دسترس است.

سرماخوردگی

اساس فیزیکی روش، کشف پدیده افزایش سختی فولاد در نتیجه انتقال ساختار آستنیتی به مارتنزیتی در هنگام انجماد عمیق بود. چنین سخت شدن سطحی طبق روش توسعه یافته توسط A. P. Gulyaev، N. A. Minkevich و S. S. Shtenberg در اتحاد جماهیر شوروی انجام می شود. این برای کربن (حاوی بیش از 0.5 درصد C) و فولاد آلیاژی برای اهداف خاص، مانند مواردی که برای ساخت برش‌های پرسرعت و سایر محصولات ابزار ویژه تولید می‌شوند، قابل استفاده است.

گرمایش الکتریکی

به طور کلی، بر اساس همان اصل سخت کاری القایی ساخته شده است، با این تفاوت که گرمایش به دلیل مقاوم بودنجریان عبوری مقادیر زیاد و مقاومت قطعه. فرکانس ولتاژ ورودی به همین ترتیب بر عمق لایه گرم شده تأثیر می گذارد و هر چه بیشتر باشد نازک تر است. سطح افزایش سختی می تواند از کسری از میلی متر تا چندین واحد آن متغیر باشد. بستگی به الزامات محصول و ابعاد آن دارد. در مقایسه با HDTV، روش الکترومقاومتی دارای دامنه وسیع تری از جریان، دما و عمق لایه است. به عنوان مثال، با کمک آن می توان یک کالای عظیم و با کیفیت خاص مانند چاقوی سرنیزه سرباز را ساخت. سخت شدن سطح توسط گرمایش الکتریکی نیاز به یک رژیم خنک کننده تأیید شده از نظر فناوری در روغن، آب یا سایر عوامل دریافت کننده گرما دارد.

نتیجه گیری

بنابراین، وظیفه اصلی سخت شدن سطح، توزیع ساختار بلوری در داخل محصول است که در آن انواع سوربیت یا تروستیت در داخل آن باقی می مانند و لایه ای از مارتنزیت در خارج تشکیل می شود. این را می توان با چندین روش از ساده ترین و قدیمی ترین تا پیشرفته ترین و مدرن ترین روش به دست آورد. در هر صورت سختی باکیفیت فولاد مستلزم صلاحیت و دقت بالا با رعایت مقررات تولید است. محصولی که طبق تمام قوانین ساخته شده باشد نمی تواند ارزان باشد. به همین دلیل، هم یک چاقوی آشپزخانه خوب و هم کارامبیت گران هستند. سخت شدن سطح با پرتو لیزر فقط برای ابزارهای برش رایج است.