Што такое павярхоўная загартоўка сталі? Для чаго ўжываецца павярхоўная загартоўка?

Мастацтва тэрмічнай апрацоўкі металаў вядома чалавецтву даўно. Ім майстры, якія займаліся вырабам інструментаў, а ў асаблівасці зброі, авалодвалі самастойна, альбо навучаліся доўгія гады ў іншых адмыслоўцаў, больш дасведчаных. Сакрэты захоўваліся ў таямніцы, што, вядома, зніжала хуткасць распаўсюджвання тэхналогій, але падвышала канкурэнтаздольнасць пэўнага вытворцы прадукцыі спецыфічнага прызначэння. Адным з прыёмаў сярэднявечных збройнікаў была павярхоўная загартоўка, якая надае рэжучым беражках і вострых мячоў і шабляў асаблівую цвёрдасць у спалучэнні з гнуткасцю клінка. Сёння такімі ўласцівасцямі ўжо нікога не здзівіць, тэхналогіі сталі масавымі і атрымалі ўсеагульнае распаўсюджванне.

Для чаго ўсё гэта ведаць звычайнаму чалавеку?

Гэты артыкул спецыялістам па тэрмічнай металаапрацоўцы падасца, хутчэй за ўсё, наборам банальнасцяў і ўсім вядомых фактаў. Да таго ж яны, магчыма, знойдуць і некаторыя недакладнасці ў тэрміналогіі. Што прадстаўляецца інфармацыя прызначана не для іх, яна адрасуецца людзям, далёкім ад металургіі, дылетантам, якія цікавяцца, чым адрозніваецца па трываласці ад добрага ляза звычайны сталовы або складаны нож, павярхоўная загартоўка ад аб'ёмнай і таму падобнымі пытаннямі. Купляючы той ці іншы патрэбны ў гаспадарцы прадмет, спажывец сутыкаецца з істотнай цэнавай розніцай. Прадавец не заўсёды можа кваліфікавана і зразумела растлумачыць, чаму адзін інструмент (гаечны ключ, напрыклад) каштуе нашмат даражэй іншага пры агульнай знешняй падабенстве. Ён, хутчэй за ўсё, паспрабуе «запудрыць мазгі» малазразумелымі для звычайнага абывацеля паняццямі і тэрмінамі. У перакладзе на звычайную мову гэтыя тлумачэнні будуць азначаць, што развадны ключ не зламаецца ці праслужыць даўжэй, а завострыванне будзе патрабавацца нашмат радзей (калі кліент жадае набыць нож). «Павярхоўная загартоўка!» - загадкава пакажа прычыну прадавец, закаціўшы ад ўяўнага захаплення вочы. Што ж гэта такое?

Супрацьлеглыя ўласцівасці ў адным вырабе

Як ясна з словазлучэнні, тэрмічнай апрацоўцы ў гэтым выпадку падвяргаецца толькі знешні тонкі пласт вырабы. Пра тое, што сталь патрабуе загартоўкі, цьмяна здагадваюцца ўсе, нават тыя, хто ўвогуле не ведае, што гэта такое. Менавіта гэтым яна адрозніваецца ад звычайнай «жалязякі», мяккай і ломкай. Але чаму такой пашанай карыстаецца менавіта павярхоўная? Загартоўка ўжываецца для змены уласцівасцяў металу, а не дзеля нейкага паляпшэння, як гэта дэкларуецца вельмі часта. Якасць, карыснае ў адных выпадках, становіцца шкодным ў іншых. Напільнік цьвёрды, таму ім лёгка апрацоўваць жалеза, алюміній або бронзу, але калі яго паспрабаваць выгнуць або стукнуць па ім малатком, то ён трэсне. Гэта ж тычыцца ножовочного палатна, часта ламаліся пры няправільным вугле распілоўвання. Для таго каб надаць цвёрдасць у спалучэнні з гнуткасцю або пластычнасцю, ужываецца павярхоўная загартоўка. Пасля яе ўласцівасці вырабы могуць спалучаць у сабе якасці, часам супрацьлеглыя, характэрныя для розных крышталічных структур. Зараз трэба паглыбіцца ў некаторыя матэрыялазнаўчая падрабязнасці.

Найпростыя ўяўленні аб паліморфных металаў

Адзін і той жа метал можа, у залежнасці ад формы крышталічнай рашоткі, валодаць рознымі фізічнымі ўласцівасцямі (цвёрдасцю, глейкасцю, цягучасці, гнуткасцю, пругкасцю і т. Д.) Гэтая здольнасць мяняць механічныя параметры носіць назву паліморфных. Вельмі даўно, вырабляючы прымітыўныя ўзоры зброі, людзі заўважылі, што той ці іншы меч або склюд атрымаўся больш удала, ён даўжэй захоўвае вастрыню і пры гэтым не ламаецца. Зразумела, нашы прашчуры не былі знаёмыя з малекулярнымі структурамі металу, да ўсяго яны даходзілі інтуітыўна і эмпірычнаму. Так, дасведчаным шляхам яны адкрылі, што калі нагрэць лязо, то ад адценняў святлення залежыць яго тэмпература. Пры хуткім астуджэнні ў метале нешта мяняецца, ён становіцца або цвярдзей, альбо набывае гнуткасць. Калі яго паўторна нагрэць, ён зноў становіцца такім, як быў, а часам і горш. Да таго часу сфармаваліся цалкам канкрэтныя ўяўленні аб тым, якім павінен быць, напрыклад, ідэальны паляўнічы нож. Павярхоўная загартоўка таксама ўжывалася ўжо тады, але часцей выкарыстоўвалася так званая мясцовая, то ёсць такая, пры якой цвёрдым было лязо, гнуткім - сярэдзіна ляза, а частка клінка, якая прымыкае да рукаяці - пластычнай (хай лепш трохі сагнецца, але не ламаецца).

Што адбываецца ўнутры

Не ўдаючыся ў асаблівыя падрабязнасці, варта адзначыць, што структура загартаванай сталі бывае трох асноўных відаў: мартенситной, трооститной і сорбитной. Ад суадносін гэтых крышталічных утварэнняў і залежаць механічныя характарыстыкі. У дадзеным выпадку ўсё роўна, якое з іх і якім чынам ўплывае на цвёрдасць. Вынік залежыць ад таго, наколькі прогрет метал і як хутка ён ахалоджвання. Такім чынам, павярхоўная загартоўка можа ўзнікаць пры павышэнні тэмпературы верхняга пласта і наступным астуджэннем альбо ў выніку аддачы цяпла знешняй асяроддзі (вадкасці, часцей за ўсё масле, вадзе і расолу, паветры або іншым агентам), альбо за кошт частковага сыходу яго ўнутр вырабы. Пры гэтым паліморфныя ператварэння адбываюцца папластова, у залежнасці ад ступені дасягнення крытычнай тэмпературы, якая ўплывае на фарміраванне новай крышталічнай структуры.

У выніку адбываецца змяненне па наступных зонах:

- Верхняя, якая падвергнулася ўмацавання.

- Прамежкавая, загартаваная часткова. Яе яшчэ называюць зонай тэрмічнага ўплыву.

- Вобласць паніжанай цвёрдасці.

- Унутраная частка, ня якая падвергнулася зменам.

Метады павярхоўнай загартоўкі

Стварыць верхні пласт, які валодае падвышанай цвёрдасцю, можна некалькімі спосабамі. Чыгуначныя вагонныя рысорныя спружыны проста абстрэльваюцца дробнымі металічнымі шарыкамі (шротам), якія ствараюць ўшчыльненне паверхні, пры гэтым унутраны аб'ём металу застаецца досыць пластычным, каб вытрымліваць працяглыя механічныя нагрузкі. Найбольш старажытным лічыцца спосаб хуткага нагрэву прадмета на адкрытым агні, які суправаджаецца апырсквання або струменевых плывучай кропкай. Менавіта па такой тэхналогіі вырабляецца традыцыйны ўсходні крывой нож (керамбит). Павярхоўная загартоўка можа вырабляцца і з дапамогай інтэнсіўнага ахладжэння. Вядомыя таксама газава-плазменны, індукцыйны, лазерны і іншыя спосабы. На некаторых з іх варта спыніцца падрабязней.

ТВЧ

У сярэдзіне 30-х гадоў савецкі навуковец В. П. Вологдин вынайшаў метад надання задаліся-нераўнамернай малекулярнай структуры буйным дэталяў з дапамогай токаў высокай частаты. Машынабудаванне развівалася імкліва, прамысловасці патрабаваліся тэхналогіі, якія забяспечваюць масавае вытворчасць без шкоды для якасці. Павярхоўная загартоўка ТВЧ заснавана на з'яве індукцыі. Асаблівасць метаду заключаецца ў залежнасці таўшчыні выграваецца пласта ад частоты і велічыні току ў выпраменьвальнай рамцы. Пры гэтым вынік з высокай ступенню верагоднасці прагназуем, такім чынам, кантроль якасці істотна спрашчаецца. Да таго ж метад выкарыстоўваецца і ў дачыненні для апрацоўкі габарытных вырабаў і вузлоў, накшталт коленвале і іншых буйных прадметаў, якія можна перамяшчаць па індуктараў, паслядоўна падвяргаючы ўздзеяння ўсю даўжыню. Па гэтай тэхналогіі цяжка падабраць параметры, каб апрацаваць невялікія і плоскія прадметы, напрыклад, нож. Павярхоўная загартоўка токамі высокай частаты дастасоўная да вырабаў адносна аб'ёмным, трываласць і зносаўстойлівасць якіх залежыць ад механічных уласцівасцяў верхняга пласта.

Асаблівасці прымянення метаду ТВЧ

Метад распрацоўваўся ва ўмовах хуткага развіцця машынабудаўнічай галіны, галоўнай для абароннага патэнцыялу СССР, што знайшло праяву ў спецыфіцы яго прымянення. Самыя важныя дэталі трактароў, танкаў, аўтамабіляў або самалётаў маюць памеры, якія не дазваляюць змяшчаць іх у рамку кампактнага індуктара, вырабляць абсталяванне для кожнай з іх было занадта дорага, а калі яго рабіць у разліку на найбольшыя габарыты, то затраты энергіі станавіліся велізарнымі. Аднак індукцыйная павярхоўная загартоўка ўжываецца для любых вырабаў, ад адносна невялікіх да велізарных. Напрыклад, шасцярні падвяргаюцца ўздзеянню ТВЧ паслядоўна, пракручваючы «зуб за зубам». Бесперапынна-паслядоўна выграваюцца элементы каленчатых і карданных валаў, перамяшчаючыся ўнутры нерухомай рамкі індуктара, пры гэтым ахаладжальнік (спрейер) уключаны ў тэхналагічны працэс адразу ж пасля яго. У ўскраек вузле ўстаноўкі вырабляецца неадкладнае абрашэнне апрацоўванай дэталі пырскамі вады (адсюль і назва, сугучнае са «спрэй»).

Ну а вырабы з невялікай паверхняй загартоўкі змяшчаюцца ў індуктар цалкам і астуджаюцца гэтак жа.

лазер

Гэта прылада, у наш час выкарыстоўваецца досыць шырока ў самых розных галінах чалавечай дзейнасці, знайшло прымяненне і ў металаапрацоўцы. Метад не патрабуе наступнага астуджэння, паколькі ўздзеянне прамяня кароткачасова і ўплывае яно на самы верхні пласт металу, выклікаючы пажаданыя змены крышталічнай структуры. «Лазерная завострыванне» сапраўды забяспечвае доўга адсутнасць патрэбы вастрыць рэжучы інструмент (у асноўным для іх і ўжываецца), калі пры вырабе яго сапраўды ўжыты гэты метад. Аднак варта ўлічваць, што ў наш кантрафактны стагоддзе надпіс на вырабе не заўсёды адпавядае праўдзе. Часам такім таўром упрыгожаны і які прадаецца на вулічным шапіку якой-небудзь танны нож- «матылёк». Павярхоўная загартоўка прамянём лазера - тэхналогія нятанная, яна даступная толькі вядучым вытворцам інструмента.

холад

Фізічнай асновай метаду стала адкрыццё з'явы павышэння цвёрдасці сталі ў выніку пераходу аустенитной структуры ў мартенситную пры глыбокім замарожванні. Вырабляецца такая павярхоўная загартоўка па метадзе, распрацаваным А. П. Гуляевым, Н. А. Мінкевічам і С. С. Штенбергом ў СССР. Выкарыстоўваецца і ў дачыненні ён для вугляродзістай (якая змяшчае звыш 0.5 адсотка С) і легаванай сталі спецыяльнага прызначэння, напрыклад, вырабленай для вырабу хуткасных разцоў і іншых асаблівых інструментальных вырабаў.

Электронагрев

У агульным і цэлым ён пабудаваны на такім жа прынцыпе, як і індукцыйная загартоўка, з той толькі розніцай, што нагрэў вырабляецца рэзістыўны, за кошт які праходзіць току вялікіх значэнняў і супраціву дэталі. Частата падводзіцца напружання сапраўды гэтак жа ўплывае на глыбіню выграваецца пласта, і чым яна вышэй, тым ён танчэй. Паверхню падвышанай цвёрдасці можа складаць ад доляй міліметра да некалькіх яго адзінак. Гэта залежыць ад патрабаванняў, што прад'яўляюцца да вырабу і яго памераў. У параўнанні з ТВЧ у электрорезистивного метаду больш шырокі дыяпазон токаў, тэмператур і глыбінь слаёў. З дапамогай яго можа вырабляцца, напрыклад, гэтак масавы і патрабуе асаблівай якасці прадмет, як салдацкі штык-нож. Павярхоўная загартоўка электронагревом патрабуе тэхналагічна выверанага рэжыму астуджэння ў алеі, вадзе або іншых теплопринимающих агентах.

высновы

Такім чынам, асноўнай задачай павярхоўнай загартоўкі з'яўляецца такое размеркаванне крышталічнай структуры ўнутры вырабы, пры якім ўнутры яго застаюцца разнавіднасці сарбітам або троостита, а звонку утвараецца пласт мартенсита. Дамагчыся гэтага можна некалькім метадамі, ад найпростых і самых старажытных да самых тэхналагічных і сучасных. У любым выпадку якасная загартоўка сталі патрабуе высокай кваліфікацыі і дакладнасці выканання вытворчых рэгламентаў. Выраб, вырабленае па ўсіх правілах, танным быць не можа. Па гэтай прычыне варта дорага і добры кухонны нож, і керамбит. Павярхоўная загартоўка прамянём лазера найбольш распаўсюджаная як раз для рэжучыя інструментаў.