Çeliğin yüzey sertleşmesi nedir? Yüzey sertleştirme ne için kullanılır?

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Metallerin ısıl işlem sanatı, uzun zamandır insanlık tarafından bilinmektedir. Aletlerin ve özellikle silahların imalatında yer alan ustalar, kendi başlarına ustalaştılar veya daha deneyimli diğer uzmanlarla uzun yıllar çalıştılar. Elbette teknolojinin yayılmasını yavaşlatan, ancak belirli bir ürün üreticisinin belirli bir amaç için rekabet gücünü artıran sırlar gizli tutuldu. Ortaçağ zırhçılarının tekniklerinden biri, kılıçların ve kılıçların kesici kenarlarına ve noktalarına bıçağın esnekliğiyle birlikte özel bir sertlik kazandıran yüzey sertleştirmeydi. Günümüzde bu tür özellikler artık kimseyi şaşırtmıyor, teknolojiler devasa ve yaygın hale geldi.

Sıradan bir insan tüm bunları neden bilsin?

Termal metal işleme uzmanlarına yönelik bu makale, büyük olasılıkla bir dizi basmakalıp ve iyi bilinen gerçekler gibi görünecek. Ayrıca terminolojide bazı yanlışlıklar bulabilirler. Sunulan bilgiler onlar için tasarlanmamıştır, metalurjiden, amatörlerden uzak insanlara yöneliktir. Sıradan bir masa veya katlanır bıçağın sağlam bir bıçaktan nasıl farklı olduğu, yüzey sertleşmesinin hacim sertleştirmesinden nasıl farklı olduğu ve benzeri konularla ilgilenenler. Tüketici, hanede ihtiyaç duyulan bir veya daha fazla ürünü satın alırken, önemli bir fiyat farkı ile karşı karşıya kalmaktadır. Satıcı, genel bir dış benzerlikle bir aletin (örneğin bir İngiliz anahtarının) neden diğerinden çok daha pahalı olduğunu her zaman nitelikli ve anlaşılır bir şekilde açıklayamaz. Büyük olasılıkla, ortalama bir meslekten olmayan kişi için anlaşılmaz olan kavram ve terimlerle “beynini toz haline getirmeye” çalışacaktır. Bu açıklamalar, sıradan dile çevrildiğinde, ayarlanabilir anahtarın kırılmadığı veya daha uzun süre dayanmayacağı ve bileme işleminin çok daha az gerekli olacağı (müşteri bir bıçak satın almak istiyorsa) anlamına gelecektir. "Yüzey sertleştirme!" - satıcı, hayali bir zevkle gözlerini devirerek nedenini gizemli bir şekilde gösterecek. Bu nedir?

Bir üründe zıt özellikler

İfadeden de anlaşılacağı gibi bu durumda ürünün sadece dış ince tabakası ısıl işleme tabi tutulur. Çeliğin sertleşme gerektirdiği gerçeği, ne olduğunu bilmeyenler bile herkes tarafından belli belirsiz tahmin edilmektedir. Her zamanki "demir parçasından" farklı olan şey budur, yumuşak ve kırılgandır. Ama neden bu kadar onurlu olan yüzeysel olandır? Sertleştirme, genellikle bildirildiği gibi bir tür iyileştirme uğruna değil, metalin özelliklerini değiştirmek için kullanılır. Bazı durumlarda faydalı olan kalite, bazı durumlarda zararlı hale gelir. Eğe zordur, çünkü demir, alüminyum veya bronz işlemeleri kolaydır, ancak bükmeye çalışırsanızveya çekiçle vurun, çatlar. Aynısı, genellikle yanlış kesme açısında kırılan demir testeresi bıçağı için de geçerlidir. Esneklik veya süneklik ile birlikte sertlik kazandırmak için yüzey sertleştirme uygulanır. Ondan sonra, ürünün özellikleri, farklı kristal yapıların karakteristiği olan, bazen zıt olan nitelikleri birleştirebilir. Şimdi bazı malzeme bilimi ayrıntılarını incelememiz gerekiyor.

Metallerin polimorfizmi hakkında en basit fikirler

Aynı metal, kristal kafesin şekline bağlı olarak farklı fiziksel özelliklere (sertlik, viskozite, süneklik, esneklik, elastikiyet vb.) sahip olabilir. Bu mekanik parametreleri değiştirme yeteneğine polimorfizm denir. Uzun zaman önce, ilkel silahlar yaparken, insanlar bir veya başka bir kılıcın veya b altanın daha başarılı olduğunu fark ettiler, keskinliğini daha uzun süre koruyor ve kırılmaz. Atalarımız elbette metalin moleküler yapılarına aşina değillerdi, her şeye sezgisel ve ampirik olarak geldiler. Böylece, ampirik olarak, eğer uç ısıtılırsa, sıcaklığının ışımanın tonlarına bağlı olduğunu keşfettiler. Hızlı soğutma ile metalde bir şeyler değişir, ya sertleşir ya da daha esnek hale gelir. Tekrar ısıtılırsa yine aynı hale gelir ve bazen daha da kötüleşir. O zamana kadar, örneğin ideal bir av bıçağının ne olması gerektiği konusunda oldukça spesifik fikirler oluşturuldu. Yüzey sertleştirme de o zamanlar kullanılıyordu, ancak daha sıksözde yerel kullanıldı, yani, noktanın sağlam olduğu, bıçağın ortasının esnek olduğu ve bıçağın tutamağa bitişik kısmı plastikti (biraz bükülmesine izin verin, kırılmasın)

İçeride neler oluyor

Özel ayrıntılara girmeden, sertleştirilmiş çeliğin yapısının üç ana tipte olduğuna dikkat edilmelidir: martensitik, troostit ve sorbit. Mekanik özellikler, bu kristal oluşumların oranına bağlıdır. Bu durumda hangisinin sertliği nasıl etkilediği önemli değildir. Sonuç, metalin ne kadar sıcak olduğuna ve ne kadar hızlı soğuduğuna bağlıdır. Bu nedenle, yüzey sertleşmesi, ya dış ortama (sıvılar, çoğunlukla yağ, su ve tuzlu su, hava veya diğer maddeler) ısı transferinin bir sonucu olarak, üst tabakanın sıcaklığındaki bir artış ve ardından soğutma ile meydana gelebilir. ürüne kısmi kaçışına. Bu durumda, yeni bir kristal yapının oluşumunu etkileyen kritik sıcaklığa ulaşma derecesine bağlı olarak katmanlarda polimorfik dönüşümler meydana gelir.

Sonuç olarak, aşağıdaki bölgelerde bir değişiklik var:

- Üstte sertleştirilmiş.

- Orta, kısmen sertleştirilmiş. Ayrıca ısıdan etkilenen bölge olarak da adlandırılır.

- Az altılmış sertlik alanı.

- Değiştirilmemiş iç mekan.

Yüzey Sertleştirme Yöntemleri

Bir üst katman oluşturunçeşitli şekillerde artan sertlik. Demiryolu vagon yayları, metalin iç hacmi uzun vadeli mekanik strese dayanacak kadar plastik kalırken, bir yüzey sızdırmazlığı oluşturan küçük metal bilyeler (atış) ile basitçe vurulur. En eski yöntem, bir nesnenin açık ateşte, püskürtme veya jet akışı eşliğinde hızlı bir şekilde ısıtılması olarak kabul edilir. Bu teknoloji ile geleneksel bir oryantal kavisli bıçak (karambit) yapılır. Yüzey sertleştirme, yoğun soğutma yoluyla da gerçekleştirilebilir. Gaz-plazma, indüksiyon, lazer ve diğer yöntemler de bilinmektedir. Bazıları üzerinde durmaya değer.

HDTV

1930'ların ortalarında, Sovyet bilim adamı V. P. Vologdin, yüksek frekanslı akımlar kullanarak belirli bir düzgün olmayan moleküler yapıyı büyük parçalara vermek için bir yöntem icat etti. Makine mühendisliği hızla gelişti, sektör kaliteden ödün vermeden seri üretim sağlayan teknolojilere ihtiyaç duydu. HDTV'nin yüzey sertleşmesi, indüksiyon olgusuna dayanmaktadır. Yöntemin özelliği, ısıtılmış tabakanın kalınlığının, yayılan döngüdeki akımın frekansına ve büyüklüğüne bağlı olmasıdır. Bu durumda, sonuç yüksek bir olasılıkla tahmin edilebilir, bu nedenle kalite kontrolü büyük ölçüde basitleştirilmiştir. Ek olarak, yöntem, sırayla indüktör boyunca hareket ettirilebilen krank milleri ve diğer büyük nesneler gibi genel ürünlerin ve tertibatların işlenmesine uygulanabilir.tüm uzunluğu açığa çıkarır. Bu teknoloji ile bıçak gibi küçük ve düz nesneleri işlemek için parametreleri seçmek zordur. Yüksek frekanslı akımlarla yüzey sertleştirme, gücü ve aşınma direnci üst katmanın mekanik özelliklerine bağlı olan nispeten hacimli ürünlere uygulanabilir.

HDTV yöntemini kullanmanın özellikleri

Yöntem, uygulamasının özelliklerinde kendini gösteren SSCB'nin savunma potansiyeli için ana olan makine yapımı endüstrisinin hızlı gelişme koşullarında geliştirilmiştir. Traktörlerin, tankların, otomobillerin veya uçakların en önemli parçaları, kompakt bir indüktör çerçevesine yerleştirilecek kadar büyük değil, her biri için ekipman üretmek çok pahalıydı ve en büyük boyutlara göre yapılmışsa, sonra enerji maliyetleri muazzam hale geldi. Bununla birlikte, nispeten küçükten büyüğe kadar herhangi bir ürüne indüksiyon kasa sertleştirme uygulanır. Örneğin, dişliler sırayla diş diş dönerek HDTV'ye maruz bırakılır. Krank millerinin ve kardan millerinin elemanları, indüktörün sabit çerçevesi içinde hareket ederek sürekli ve sıralı olarak ısıtılırken, soğutucu (püskürtücü) hemen ardından teknolojik sürece dahil edilir. Makinenin sonunda, iş parçasına hemen su püskürtülür (bu nedenle adı “sprey” ile ünsüzdür).

Pekala, sertleşme yüzeyi küçük olan ürünler bir bütün olarak indüktöre yerleştirilir ve aynı şekilde soğutulur.

Lazer

Bu cihazzamanımızda, insan faaliyetinin çeşitli alanlarında oldukça yaygın olarak kullanılan, metal işlemede uygulama bulmuştur. Işın etkisi kısa süreli olduğundan ve metalin en üst katmanını etkileyerek kristal yapıda istenen değişikliklere neden olduğundan yöntem daha sonra soğutma gerektirmez. "Lazer bileme", gerçekten bu yöntem üretiminde kullanılıyorsa, kesici aleti uzun süre keskinleştirmeye gerek kalmamasını sağlar (esas olarak onlar için kullanılır). Ancak, sahte çağımızda, ürün üzerindeki yazının her zaman gerçeğe karşılık gelmediği unutulmamalıdır. Bazen bir sokak tezgahında satılan ucuz bir “kelebek” bıçağı da böyle bir marka ile süslenir. Lazer ışını ile yüzey sertleştirme pahalı bir teknolojidir, yalnızca önde gelen alet üreticileri tarafından kullanılabilir.

Soğuk

Yöntemin fiziksel temeli, derin dondurma sırasında ostenitik yapının martenzitik yapıya geçişi sonucu çeliğin sertliğinin artması olgusunun keşfedilmesiydi. Bu tür yüzey sertleştirme, SSCB'de A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich ve S. S. Shtenberg tarafından geliştirilen yönteme göre gerçekleştirilir. Yüksek hızlı kesicilerin ve diğer özel alet ürünlerinin imalatı için üretilenler gibi özel amaçlar için karbon (yüzde 0,5'ten fazla C içeren) ve alaşımlı çelik için geçerlidir.

Elektrikli ısıtma

Genel olarak, indüksiyonla sertleştirme ile aynı prensip üzerine inşa edilmiştir, tek fark ısıtmanın dirençli olmasıdır.büyük değerlerin geçen akımı ve parçanın direnci. Giriş voltajının frekansı aynı şekilde ısıtılan katmanın derinliğini etkiler ve ne kadar yüksekse o kadar incedir. Artan sertliğin yüzeyi, bir milimetrenin kesirlerinden birkaç birimine kadar değişebilir. Ürün gereksinimlerine ve boyutlarına bağlıdır. HDTV ile karşılaştırıldığında, elektrodirençli yöntem daha geniş bir akım, sıcaklık ve katman derinliği aralığına sahiptir. Onun yardımıyla, örneğin, bir askerin süngü bıçağı gibi çok büyük ve özel kalite gerektiren bir eşya yapılabilir. Elektrikli ısıtma ile yüzey sertleştirme, yağ, su veya diğer ısı alıcı maddelerde teknolojik olarak doğrulanmış bir soğutma rejimi gerektirir.

Sonuçlar

Yani, yüzey sertleştirmenin ana görevi, ürün içindeki kristal yapının, içinde sorbit veya troostit çeşitlerinin kaldığı ve dışarıda bir martensit tabakasının oluştuğu böyle bir dağılımıdır. Bu, en basit ve en eski olandan teknolojik olarak en gelişmiş ve modern olana kadar çeşitli yöntemlerle başarılabilir. Her durumda, çeliğin yüksek kalitede sertleştirilmesi, üretim yönetmeliklerine uygun olarak yüksek nitelik ve doğruluk gerektirir. Tüm kurallara göre yapılan bir ürün ucuz olamaz. Bu nedenle hem iyi bir mutfak bıçağı hem de karambit pahalıdır. Lazer ışını ile yüzey sertleştirme en çok yalnızca kesme aletlerinde kullanılır.