Kas yra plieno paviršiaus grūdinimas? Kam naudojamas paviršiaus grūdinimas?

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Metalų terminio apdorojimo menas žmonijai žinomas jau seniai. Įrankių, o ypač ginklų, gamyba užsiimantys meistrai tai įvaldė patys arba daug metų mokėsi pas kitus labiau patyrusius specialistus. Paslaptys buvo laikomos paslaptyje, o tai, žinoma, pristabdė technologijų plitimą, tačiau padidino konkretaus konkrečios paskirties gaminių gamintojo konkurencingumą. Viena iš viduramžių šarvuočių technikų buvo paviršinis grūdinimas, suteikiantis kardų ir kardų pjovimo briaunoms ir smaigaliams ypatingą kietumą, kartu su ašmenų lankstumu. Šiandien tokios savybės nieko nebestebina, technologijos tapo didžiulės ir plačiai paplitusios.

Kodėl paprastas žmogus turėtų visa tai žinoti?

Šis straipsnis terminio metalo apdirbimo specialistams greičiausiai atrodys kaip banalybių ir gerai žinomų faktų rinkinys. Be to, jie gali rasti tam tikrų terminų netikslumų. Pateikiama informacija nėra skirta jiems, ji skirta žmonėms, kurie yra toli nuo metalurgijos, mėgėjams,tiems, kurie domisi, kuo paprastas stalas ar sulankstomas peilis stiprumu skiriasi nuo gero peiliuko, paviršiaus grūdinimas nuo tūrinio grūdinimo ir panašiai. Pirkdamas vieną ar kitą buityje reikalingą daiktą, vartotojas susiduria su dideliu kainų skirtumu. Pardavėjas ne visada gali kvalifikuotai ir suprantamai paaiškinti, kodėl vienas įrankis (pvz., veržliaraktis) yra daug brangesnis už kitą, turint bendrą išorinį panašumą. Greičiausiai jis stengsis „papudrinti smegenis“sąvokomis ir terminais, kurie paprastam pasauliečiui yra nesuprantami. Išvertus į paprastą kalbą, šie paaiškinimai reikš, kad reguliuojamas veržliaraktis nesulūžtų ir tarnaus ilgiau, o galąsti reikės kur kas rečiau (jei klientas norės įsigyti peilį). "Paviršiaus grūdinimas!" - pardavėjas paslaptingai nurodys priežastį, vartydamas akis iš įsivaizduojamo džiaugsmo. Kas tai?

Priešingos savybės viename gaminyje

Kaip aišku iš frazės, šiuo atveju termiškai apdorojamas tik išorinis plonas gaminio sluoksnis. Tai, kad plienas reikalauja grūdinimo, miglotai spėja visi, net ir tie, kurie visai nežino, kas tai yra. Tuo jis ir skiriasi nuo įprasto „geležies gabalo“, minkštas ir trapus. Tačiau kodėl tokia garbė džiaugiasi paviršutiniškumu? Grūdinimas naudojamas norint pakeisti metalo savybes, o ne dėl kažkokio patobulinimo, kaip dažnai deklaruojama. Kokybė, naudinga vienais atvejais, tampa žalinga kitais. Dildė kieta, nes jiems nesunku apdirbti geležį, aliuminį ar bronzą, bet jei bandysite ją sulenktiarba daužyti plaktuku, suskils. Tas pats pasakytina ir apie metalo pjūklo geležtę, kuri dažnai lūžta netinkamu pjovimo kampu. Siekiant suteikti kietumą kartu su lankstumu ar plastiškumu, taikomas paviršiaus grūdinimas. Po jo gaminio savybės gali derinti savybes, kartais priešingas, būdingas skirtingoms kristalų struktūroms. Dabar turime įsigilinti į kai kurias medžiagų mokslo detales.

Paprasčiausios idėjos apie metalų polimorfizmą

Tas pats metalas, priklausomai nuo kristalinės gardelės formos, gali turėti skirtingas fizines savybes (kietumą, klampumą, plastiškumą, lankstumą, elastingumą ir kt.) Toks gebėjimas keisti mechaninius parametrus vadinamas polimorfizmu. Jau seniai, gamindami primityvius ginklus, žmonės pastebėdavo, kad vienas ar kitas kardas ar skiltuvas pasiteisino, ilgiau išlaiko aštrumą ir nelūžta. Žinoma, mūsų protėviai nebuvo susipažinę su metalo molekulinėmis struktūromis, jie viską suprato intuityviai ir empiriškai. Taigi, empiriškai jie atrado, kad jei antgalis yra šildomas, jo temperatūra priklauso nuo švytėjimo atspalvių. Greitai aušinant, kažkas metale pasikeičia, jis tampa arba kietesnis, arba tampa lankstesnis. Pakaitinus vėl tampa toks pat, o kartais dar blogiau. Iki to laiko susiformavo gana konkrečios idėjos, koks, pavyzdžiui, turėtų būti idealus medžioklinis peilis. Tada taip pat buvo naudojamas paviršiaus grūdinimas, bet dažniaubuvo naudojamas vadinamasis vietinis, tai yra toks, kurio smaigalys buvo vientisas, ašmenų vidurys buvo lankstus, o ašmenų dalis, esanti šalia rankenos, buvo plastikinė (tegul šiek tiek susilenkia, bet nelūžta)

Kas vyksta viduje

Nesileidžiant į detales, reikia pažymėti, kad grūdinto plieno struktūra yra trijų pagrindinių tipų: martensitinė, troostitinė ir sorbitinė. Mechaninės charakteristikos priklauso nuo šių kristalinių darinių santykio. Šiuo atveju nesvarbu, kuris iš jų ir kaip veikia kietumą. Rezultatas priklauso nuo metalo karštumo ir greito aušinimo. Taigi, paviršiaus sukietėjimas gali įvykti padidėjus viršutinio sluoksnio temperatūrai ir vėliau aušinant dėl šilumos perdavimo į išorinę aplinką (skysčiai, dažniausiai aliejus, vanduo ir sūrymas, oras ar kitos medžiagos), arba dėl kad jis iš dalies nepatektų į gaminį. Šiuo atveju polimorfinės transformacijos vyksta sluoksniuose, priklausomai nuo kritinės temperatūros pasiekimo laipsnio, o tai turi įtakos naujos kristalinės struktūros susidarymui.

Dėl to pasikeičia šios zonos:

- Viršus grūdintas.

- Tarpinis, iš dalies sukietėjęs. Ji taip pat vadinama karščio paveikta zona.

- Sumažinto kietumo sritis.

- Nepakeistas interjeras.

Paviršiaus grūdinimo metodai

Sukurkite viršutinį sluoksnį naudodamipadidintas kietumas, keliais būdais. Geležinkelio vagonų spyruoklės yra tiesiog šaudomos mažais metaliniais rutuliais (šūviu), kurie sukuria paviršiaus sandarumą, o vidinis metalo tūris išlieka pakankamai plastiškas, kad atlaikytų ilgalaikį mechaninį įtempimą. Seniausiu metodu laikomas greitas objekto kaitinimas ant atviros ugnies kartu su purškimu ar srove. Būtent pagal šią technologiją gaminamas tradicinis rytietiškas lenktas peilis (karambitas). Paviršiaus grūdinimas gali būti atliekamas ir intensyvaus aušinimo būdu. Taip pat žinomi dujinės plazmos, indukcijos, lazerio ir kiti metodai. Prie kai kurių iš jų verta pasilikti.

HDTV

XX amžiaus trečiojo dešimtmečio viduryje sovietų mokslininkas V. P. Vologdinas išrado metodą, kaip aukšto dažnio srovėmis perduoti tam tikrą nevienodą molekulinę struktūrą didelėms dalims. Sparčiai vystėsi mechanikos inžinerija, pramonei reikėjo technologijų, kurios užtikrintų masinę gamybą neprarandant kokybės. HDTV paviršiaus sukietėjimas pagrįstas indukcijos reiškiniu. Metodo ypatumas yra šildomo sluoksnio storio priklausomybė nuo srovės dažnio ir dydžio spinduliavimo kilpoje. Tokiu atveju rezultatas yra nuspėjamas su didele tikimybe, todėl kokybės kontrolė yra labai supaprastinta. Be to, šis metodas taikomas apdorojant visus gaminius ir mazgus, tokius kaip alkūniniai velenai ir kiti dideli objektai, kuriuos galima nuosekliai perkelti išilgai induktoriaus.atidengiant visą ilgį. Taikant šią technologiją sunku pasirinkti parametrus apdirbti mažus ir plokščius daiktus, pavyzdžiui, peilį. Paviršiaus grūdinimas aukšto dažnio srovėmis taikomas santykinai didelių gabaritų gaminiams, kurių stiprumas ir atsparumas dilimui priklauso nuo viršutinio sluoksnio mechaninių savybių.

HDTV metodo naudojimo ypatybės

Metodas buvo sukurtas sparčiai besivystančios mašinų gamybos pramonės, pagrindinio SSRS gynybinio potencialo, sąlygomis, kuri pasireiškė jo taikymo specifika. Svarbiausios traktorių, cisternų, automobilių ar lėktuvų dalys nėra pakankamai didelės, kad jas būtų galima įdėti į kompaktiško induktoriaus rėmą, kiekvienai iš jų pagaminti įrangą buvo per brangu, o jei ji buvo pagaminta pagal didžiausius matmenis, tada energijos sąnaudos tapo milžiniškos. Tačiau indukcinio korpuso grūdinimas taikomas bet kokiems gaminiams, nuo santykinai mažų iki didžiulių. Pavyzdžiui, krumpliaračiai HDTV rodomi nuosekliai, sukant dantis po danties. Alkūninių velenų ir kardaninių velenų elementai yra nuolat ir nuosekliai kaitinami, judėdami fiksuoto induktoriaus rėmo viduje, o aušintuvas (purkštukas) įtraukiamas į technologinį procesą iškart po jo. Mašinos pabaigoje ruošinys iš karto apipurškiamas vandeniu (iš čia ir pavadinimas, atitinkantis „purškimą“).

Na, gaminiai su mažu kietėjimo paviršiumi dedami į induktorių kaip visuma ir aušinami tokiu pačiu būdu.

Lazeris

Šis įrenginysmūsų laikais gana plačiai naudojamas įvairiose žmogaus veiklos srityse, rado pritaikymą metalo apdirbime. Metodas nereikalauja vėlesnio aušinimo, nes spindulio smūgis yra trumpalaikis ir paveikia viršutinį metalo sluoksnį, sukeldamas norimus kristalų struktūros pokyčius. „Gallandinimas lazeriu“tikrai užtikrina, kad nereikės ilgai galąsti pjovimo įrankio (jis daugiausia naudojamas jiems), jei šis būdas tikrai naudojamas jį gaminant. Tačiau reikia turėti omenyje, kad mūsų padirbinėjimo amžiuje užrašas ant gaminio ne visada atitinka tiesą. Kartais tokiu prekės ženklu papuošiamas ir koks nors pigus „drugelio“peilis, parduodamas gatvės prekystalyje. Paviršiaus grūdinimas lazerio spinduliu yra brangi technologija, ją gali įsigyti tik pirmaujantys įrankių gamintojai.

Š alta

Fizikinis metodo pagrindas buvo plieno kietumo padidėjimo reiškinys, atsirandantis dėl austenitinės struktūros perėjimo į martensitinį gilaus užšalimo metu. Toks paviršiaus grūdinimas atliekamas pagal SSRS A. P. Gulyajevo, N. A. Minkevičiaus ir S. S. Štenbergo sukurtą metodą. Jis taikomas specialios paskirties anglies (kuriame yra daugiau nei 0,5 proc. C) ir legiruoto plieno, pvz., gaminamo greitaeigių pjaustytuvų ir kitų specialių įrankių gaminiams gaminti.

Elektrinis šildymas

Apskritai, jis sukurtas pagal tą patį principą kaip ir indukcinis grūdinimas, tik tas skirtumas, kad kaitinimas yra varžinis dėldidelių verčių praleidžianti srovė ir detalės varža. Įėjimo įtampos dažnis taip pat įtakoja šildomo sluoksnio gylį ir kuo jis didesnis, tuo plonesnis. Padidėjusio kietumo paviršius gali svyruoti nuo milimetro frakcijų iki kelių jo vienetų. Tai priklauso nuo gaminiui keliamų reikalavimų ir jo matmenų. Palyginti su HDTV, elektrorezistinis metodas turi platesnį srovių, temperatūrų ir sluoksnių gylio diapazoną. Jos pagalba galima pagaminti, pavyzdžiui, tokį masyvų ir ypatingos kokybės reikalingą daiktą kaip kario durtuvas-peilis. Paviršiaus grūdinimas elektriniu kaitinimu reikalauja technologiškai patikrinto aušinimo alyvoje, vandenyje ar kitose šilumą priimančiose medžiagose režimo.

Išvados

Taigi, pagrindinė paviršiaus grūdinimo užduotis yra toks kristalinės struktūros paskirstymas gaminio viduje, kai jo viduje lieka sorbito ar troostito atmainos, o išorėje susidaro martensito sluoksnis. Tai galima pasiekti keliais būdais – nuo paprasčiausių ir seniausių iki technologiškai pažangiausių ir moderniausių. Bet kokiu atveju kokybiškam plieno grūdinimui reikalinga aukšta kvalifikacija ir tikslumas, laikantis gamybos taisyklių. Prekė, pagaminta pagal visas taisykles, negali būti pigi. Dėl šios priežasties ir geras virtuvinis peilis, ir karambitas yra brangūs. Paviršiaus grūdinimas lazerio spinduliu dažniausiai naudojamas tik pjovimo įrankiams.