ما هو تصلب سطح الفولاذ؟ ما هي استخدامات تصلب السطح؟

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

عرفت البشرية فن المعالجة الحرارية للمعادن منذ فترة طويلة. الحرفيون المشاركون في تصنيع الأدوات ، وخاصة الأسلحة ، أتقنوها بمفردهم ، أو درسوا لسنوات عديدة مع متخصصين آخرين أكثر خبرة. تم الحفاظ على الأسرار طي الكتمان ، مما أدى بالطبع إلى إبطاء انتشار التكنولوجيا ، ولكنه زاد من القدرة التنافسية لشركة تصنيع معينة للمنتجات لغرض معين. كانت إحدى تقنيات درع القرون الوسطى هي تقوية السطح ، مما يمنح حواف القطع ونقاط السيوف والسيوف صلابة خاصة ، جنبًا إلى جنب مع مرونة النصل. اليوم ، لم تعد مثل هذه الخصائص مفاجأة لأي شخص ، فقد أصبحت التقنيات ضخمة وواسعة الانتشار.

لماذا يعرف الشخص العادي كل هذا؟

ستبدو هذه المقالة للمتخصصين في تشغيل المعادن الحرارية على الأرجح كمجموعة من الابتذال والحقائق المعروفة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يجدون بعض الأخطاء في المصطلحات. المعلومات المقدمة ليست مخصصة لهم ، فهي موجهة للأشخاص البعيدين عن علم المعادن ، والهواة ،أولئك الذين يهتمون بكيفية اختلاف الطاولة العادية أو سكين الطي في القوة عن الشفرة الجيدة ، وتصلب السطح من تصلب الحجم ، والمشكلات المماثلة. عند شراء عنصر أو آخر مطلوب في المنزل ، يواجه المستهلك فرقًا كبيرًا في السعر. لا يستطيع البائع دائمًا أن يشرح بطريقة مؤهلة ومفهومة لماذا تكون إحدى الأدوات (مفتاح الربط ، على سبيل المثال) أغلى بكثير من أداة أخرى ذات تشابه خارجي عام. هو ، على الأرجح ، سيحاول "مسح دماغه" بمفاهيم ومصطلحات غير مفهومة بالنسبة للناس العاديين. ستعني هذه التفسيرات ، عند ترجمتها إلى لغة عادية ، أن مفتاح الربط القابل للتعديل لن ينكسر أو يستمر لفترة أطول ، وستكون هناك حاجة إلى شحذ في كثير من الأحيان (إذا كان العميل يريد شراء سكين). "تصلب السطح!" - سيشير البائع في ظروف غامضة إلى السبب ، ويدير عينيه ببهجة خيالية. ما هذا؟

خصائص معاكسة في منتج واحد

كما هو واضح من العبارة ، في هذه الحالة فقط الطبقة الخارجية الرقيقة للمنتج هي التي تخضع للمعالجة الحرارية. حقيقة أن الفولاذ يتطلب التصلب أمر يخمنه الجميع بشكل غامض ، حتى أولئك الذين لا يعرفون ما هو على الإطلاق. وهذا ما يختلف عن "قطعة الحديد" المعتادة ، اللينة والهشة. لكن لماذا السطح هو الذي ينال مثل هذا الشرف؟ يستخدم التصلب لتغيير خصائص المعدن ، وليس من أجل نوع من التحسين ، كما يُصرح غالبًا. الجودة ، المفيدة في بعض الحالات ، تصبح ضارة في حالات أخرى. الملف صعب ، لأنه يسهل عليهم معالجة الحديد أو الألمنيوم أو البرونز ، لكن إذا حاولت ثنيهأو ضربه بمطرقة ، فسوف يتشقق. الأمر نفسه ينطبق على شفرة المنشار ، والتي غالبًا ما تنكسر بزاوية القطع الخاطئة. من أجل إضفاء الصلابة مع المرونة أو اللدونة ، يتم تطبيق تصلب السطح. بعد ذلك ، يمكن أن تجمع خصائص المنتج بين الصفات ، وأحيانًا المعاكسة ، المميزة للهياكل البلورية المختلفة. الآن نحن بحاجة إلى الخوض في بعض تفاصيل علوم المواد.

أبسط الأفكار حول تعدد أشكال المعادن

يمكن لنفس المعدن ، اعتمادًا على شكل الشبكة البلورية ، أن يكون له خصائص فيزيائية مختلفة (الصلابة ، اللزوجة ، الليونة ، المرونة ، المرونة ، إلخ.) تسمى هذه القدرة على تغيير المعلمات الميكانيكية تعدد الأشكال. منذ زمن بعيد ، عند صنع أسلحة بدائية ، لاحظ الناس أن سيفًا أو ساطورًا أو ذاك كان أكثر نجاحًا ، فهو يحتفظ بحدة لفترة أطول ولا ينكسر. بالطبع ، لم يكن أسلافنا على دراية بالتركيبات الجزيئية للمعدن ، فقد توصلوا إلى كل شيء بشكل حدسي وتجريبي. لذلك ، من الناحية التجريبية ، اكتشفوا أنه إذا تم تسخين الطرف ، فإن درجة حرارته تعتمد على ظلال التوهج. مع التبريد السريع ، يتغير شيء ما في المعدن ، يصبح إما أكثر صعوبة أو يصبح أكثر مرونة. إذا أعيد تسخينه ، فإنه يصبح كما هو مرة أخرى ، وأحيانًا يكون أسوأ. بحلول ذلك الوقت ، تم تشكيل أفكار محددة تمامًا حول ما ، على سبيل المثال ، يجب أن يكون سكين الصيد المثالي. تم استخدام تقسية السطح أيضًا في ذلك الوقت ، ولكن في كثير من الأحيانتم استخدام ما يسمى محليًا ، أي النقطة التي كانت فيها النقطة صلبة ، وكان منتصف الشفرة مرنًا ، وكان جزء النصل المجاور للمقبض بلاستيكيًا (دعه ينحني قليلاً ، ولكن لا ينكسر)

ما الذي يحدث بالداخل

بدون الخوض في تفاصيل معينة ، تجدر الإشارة إلى أن هيكل الفولاذ المقوى يتكون من ثلاثة أنواع رئيسية: martensitic ، و troostite و sorbitic. تعتمد الخصائص الميكانيكية على نسبة هذه التكوينات البلورية. في هذه الحالة ، لا يهم أي منهم وكيف يؤثر على الصلابة. تعتمد النتيجة على مدى سخونة المعدن ومدى سرعة تبريده. وبالتالي ، يمكن أن يحدث تصلب السطح مع زيادة درجة حرارة الطبقة العليا والتبريد اللاحق ، إما نتيجة لانتقال الحرارة إلى البيئة الخارجية (السوائل ، غالبًا الزيت والماء والمحلول الملحي والهواء أو عوامل أخرى) ، أو بسبب إلى هروبها الجزئي إلى المنتج. في هذه الحالة ، تحدث التحولات متعددة الأشكال في طبقات ، اعتمادًا على درجة الوصول إلى درجة الحرارة الحرجة ، مما يؤثر على تكوين بنية بلورية جديدة.

نتيجة لذلك ، هناك تغيير في المناطق التالية:

- تصلب العلوي.

- متوسط ، مقوى جزئيًا. وتسمى أيضًا المنطقة المتأثرة بالحرارة.

- مساحة منخفضة الصلابة.

- داخلي غير معدل.

طرق تصلب السطح

قم بإنشاء طبقة علوية باستخدامزيادة الصلابة بعدة طرق. يتم إطلاق نوابض سيارات السكك الحديدية ببساطة باستخدام كرات معدنية صغيرة (طلقة) تخلق ختمًا سطحيًا ، بينما يظل الحجم الداخلي للمعدن بلاستيكيًا بدرجة كافية لتحمل الضغط الميكانيكي طويل المدى. تعتبر الطريقة الأقدم هي التسخين السريع لجسم ما على نار مفتوحة ، مصحوبًا بالرش أو التدفق النفاث. باستخدام هذه التقنية ، يتم صنع سكين منحني شرقي تقليدي (كرامبيت). يمكن أيضًا إجراء تصلب السطح عن طريق التبريد المكثف. ومن المعروف أيضًا أن البلازما الغازية والحث والليزر وطرق أخرى. بعضها يستحق الخوض فيه

HDTV

في منتصف الثلاثينيات من القرن الماضي ، اخترع العالم السوفيتي V. P. Vologdin طريقة لنقل بنية جزيئية معينة غير موحدة إلى أجزاء كبيرة باستخدام تيارات عالية التردد. تطورت الهندسة الميكانيكية بسرعة ، واحتاجت الصناعة إلى تقنيات تضمن الإنتاج الضخم دون التضحية بالجودة. يعتمد تصلب سطح HDTV على ظاهرة الحث. تكمن خصوصية الطريقة في اعتماد سمك الطبقة الساخنة على تردد وحجم التيار في الحلقة المشعة. في هذه الحالة ، يمكن التنبؤ بالنتيجة بدرجة عالية من الاحتمال ، وبالتالي ، يتم تبسيط مراقبة الجودة إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطريقة قابلة للتطبيق على معالجة المنتجات والتجمعات الإجمالية ، مثل أعمدة الكرنك والأشياء الكبيرة الأخرى التي يمكن نقلها على طول المحث بالتتابع.فضح كامل الطول. باستخدام هذه التقنية ، من الصعب اختيار المعلمات لمعالجة الأشياء الصغيرة والمسطحة ، مثل السكين. تصلب السطح بالتيارات عالية التردد قابل للتطبيق على المنتجات الضخمة نسبيًا ، والتي تعتمد قوتها ومقاومتها للتآكل على الخصائص الميكانيكية للطبقة العليا.

ميزات استخدام طريقة HDTV

تم تطوير الطريقة في ظروف التطور السريع لصناعة بناء الآلات ، وهي الطريقة الرئيسية للإمكانات الدفاعية لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، والتي تجلى في تفاصيل تطبيقها. أهم أجزاء الجرارات أو الخزانات أو السيارات أو الطائرات ليست كبيرة بما يكفي لتوضع في إطار محث مدمج ، فقد كان تصنيع المعدات لكل منها مكلفًا للغاية ، وإذا تم تصنيعها بناءً على الأبعاد الأكبر ، ثم أصبحت تكاليف الطاقة هائلة. ومع ذلك ، يتم تطبيق تصليب العلبة التعريفي على أي منتجات ، من المنتجات الصغيرة نسبيًا إلى المنتجات الضخمة. على سبيل المثال ، يتم تعريض التروس لـ HDTV بالتتابع ، مما يؤدي إلى تحويل الأسنان إلى سن. يتم تسخين عناصر العمود المرفقي والأعمدة الكردانية بشكل مستمر ومتسلسل ، وتتحرك داخل الإطار الثابت للمحث ، بينما يتم تضمين المبرد (البخاخ) في العملية التكنولوجية بعد ذلك مباشرة. في نهاية الماكينة ، يتم رش قطعة العمل بالماء على الفور (ومن هنا جاءت تسميتها بما يتوافق مع "الرذاذ").

حسنًا ، يتم وضع المنتجات ذات السطح المتصلب الصغير في المحرِّض ككل ويتم تبريدها بنفس الطريقة.

ليزر

هذا الجهازفي عصرنا ، تم استخدامه على نطاق واسع في مختلف مجالات النشاط البشري ، وقد وجد تطبيقًا في تشغيل المعادن. لا تتطلب الطريقة تبريدًا لاحقًا ، نظرًا لأن تأثير الحزمة قصير المدى ويؤثر على الطبقة العلوية من المعدن ، مما يتسبب في التغييرات المرغوبة في البنية البلورية. يضمن "شحذ الليزر" حقًا عدم الحاجة إلى شحذ أداة القطع لفترة طويلة (يتم استخدامها بشكل أساسي لهم) ، إذا تم استخدام هذه الطريقة بالفعل في تصنيعها. ومع ذلك ، يجب ألا يغيب عن الأذهان أنه في عصرنا المزيف ، فإن النقش على المنتج لا يتوافق دائمًا مع الحقيقة. في بعض الأحيان يتم تزيين بعض سكاكين "الفراشة" الرخيصة التي تباع في كشك في الشارع بمثل هذه العلامة التجارية. تصلب السطح بأشعة الليزر هي تقنية باهظة الثمن ، وهي متوفرة فقط للشركات المصنعة للأدوات الرائدة.

بارد

كان الأساس المادي للطريقة هو اكتشاف ظاهرة زيادة صلابة الفولاذ نتيجة انتقال الهيكل الأوستنيتي إلى مارتينسيت أثناء التجميد العميق. يتم تنفيذ هذا التصلب السطحي وفقًا للطريقة التي طورها A. P. Gulyaev و N. A Minkevich و SS Shtenberg في الاتحاد السوفياتي. إنه قابل للتطبيق على الكربون (يحتوي على أكثر من 0.5 بالمائة C) وسبائك الفولاذ لأغراض خاصة ، مثل تلك المنتجة لتصنيع القواطع عالية السرعة ومنتجات الأدوات الخاصة الأخرى.

تدفئة كهربائية

بشكل عام ، إنه مبني على نفس مبدأ التصلب التعريفي ، مع الاختلاف الوحيد في أن التسخين مقاوم ، بسببتمرير تيار القيم الكبيرة ومقاومة الجزء. يؤثر تواتر جهد الدخل بنفس الطريقة على عمق الطبقة الساخنة ، وكلما زاد ارتفاعها ، كان أرق. يمكن أن يتراوح سطح الصلابة المتزايدة من أجزاء من المليمتر إلى العديد من وحداته. يعتمد ذلك على متطلبات المنتج وأبعاده. بالمقارنة مع HDTV ، فإن طريقة المقاومة الكهربية لها نطاق أوسع من التيارات ودرجات الحرارة وأعماق الطبقة. بمساعدتها ، على سبيل المثال ، يمكن صنع عنصر ضخم يتطلب جودة خاصة مثل سكين الحربة للجندي. يتطلب تصلب السطح بالتسخين الكهربائي نظام تبريد تم التحقق منه تقنيًا في الزيت أو الماء أو عوامل أخرى تستقبل الحرارة.

الاستنتاجات

لذا ، فإن المهمة الرئيسية لتصلب السطح هي مثل هذا التوزيع للبنية البلورية داخل المنتج ، حيث تبقى أنواع مختلفة من السوربيت أو التروستيت بداخله ، وتتكون طبقة من مارتينسيت بالخارج. يمكن تحقيق ذلك بعدة طرق ، من أبسطها وأقدمها إلى أكثرها تقدمًا وحداثة من الناحية التكنولوجية. في أي حال ، يتطلب تصلب الفولاذ عالي الجودة مؤهلاً ودقة عالية وفقًا للوائح الإنتاج. لا يمكن أن يكون المنتج المصنوع وفقًا لجميع القواعد رخيصًا. لهذا السبب ، فإن كلاً من سكين المطبخ الجيد والكرامبيت باهظ الثمن. تصلب السطح باستخدام شعاع الليزر هو الأكثر شيوعًا لأدوات القطع فقط.