מהי התקשות פני השטח של פלדה? למה משמשת התקשות פני השטח?

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

אמנות הטיפול בחום במתכות ידועה לאנושות מזה זמן רב. בעלי המלאכה העוסקים בייצור כלים, ובעיקר כלי נשק, שלטו בזה בכוחות עצמם, או למדו שנים רבות עם מומחים אחרים מנוסים יותר. סודות נשמרו בסוד, מה שכמובן האט את התפשטות הטכנולוגיה, אך הגביר את התחרותיות של יצרן מסוים של מוצרים למטרה מסוימת. אחת הטכניקות של שריונרים מימי הביניים הייתה התקשות פני השטח, המעניקה לקצוות ולנקודות החיתוך של החרבות והחרבים קשיחות מיוחדת, בשילוב עם גמישות הלהב. היום, נכסים כאלה כבר לא מפתיעים אף אחד, הטכנולוגיות הפכו למסיביות ונפוצות.

למה שאדם רגיל ידע את כל זה?

המאמר הזה למומחים בעיבוד מתכת תרמית ייראה ככל הנראה כמו קבוצה של קשקושים ועובדות ידועות. בנוסף, הם עשויים למצוא כמה אי דיוקים בטרמינולוגיה. המידע המוצג אינו מיועד עבורם, הוא פונה לאנשים שרחוקים ממטלורגיה, חובבנים,אלה שמתעניינים במה שולחן או סכין מתקפלת רגילים שונים בחוזקם מלהב טוב, התקשות פני השטח מהתקשות נפח, ונושאים דומים. בקניית פריט כזה או אחר הדרוש במשק הבית, הצרכן מתמודד עם פער משמעותי במחיר. המוכר לא תמיד יכול להסביר בצורה מוסמכת ומובנת מדוע כלי אחד (מפתח מפתח למשל) יקר הרבה יותר מאחר עם דמיון חיצוני כללי. הוא, סביר להניח, ינסה "לאבזר את מוחו" במושגים ומונחים שאינם מובנים להדיוט הממוצע. בתרגום לשפה רגילה, ההסברים הללו יגרום לכך שהמפתח המתכוונן לא ישבר או יחזיק מעמד זמן רב יותר, והשחזה תידרש הרבה פחות (אם הלקוח רוצה לרכוש סכין). "התקשות פני השטח!" - המוכר יציין באופן מסתורי את הסיבה, מגלגל את עיניו בהנאה דמיונית. מה זה?

נכסים מנוגדים במוצר אחד

כפי שברור מהביטוי, במקרה זה רק השכבה הדקה החיצונית של המוצר נתונה לטיפול בחום. את העובדה שפלדה דורשת התקשות מנחשים במעומעם על ידי כולם, גם מי שלא יודע מהי בכלל. זה מה שהוא שונה מ"חתיכת ברזל" הרגילה, רכה ושבירה. אבל מדוע דווקא השטחי זוכה לכבוד כזה? הקשחה משמשת לשינוי תכונות המתכת, ולא לשם שיפור כלשהו, כפי שמוצהר לעתים קרובות. איכות, שימושית במקרים מסוימים, הופכת מזיקה באחרים. הקובץ קשה, כי קל להם לעבד ברזל, אלומיניום או ברונזה, אבל אם מנסים לכופף אותואו להכות בו בפטיש, הוא ייסדק. אותו הדבר חל על להב המסור, שלעתים קרובות נשבר בזווית חיתוך לא נכונה. על מנת להקנות קשיות בשילוב עם גמישות או משיכות, מיושמת התקשות פני השטח. לאחריו, תכונות המוצר יכולות לשלב איכויות, לעיתים הפוכות, האופייניות למבני גביש שונים. עכשיו אנחנו צריכים להתעמק בכמה פרטים של מדעי החומר.

הרעיונות הפשוטים ביותר לגבי הפולימורפיזם של מתכות

לאותה מתכת יכולה, בהתאם לצורת סריג הגביש, להיות בעלת תכונות פיזיקליות שונות (קשיות, צמיגות, משיכות, גמישות, גמישות וכו') יכולת זו לשנות פרמטרים מכניים נקראת פולימורפיזם. לפני זמן רב, בעת יצירת כלי נשק פרימיטיביים, אנשים שמו לב שחרב או פקעת כזו או אחרת התבררה כמוצלחת יותר, היא שומרת על החדות שלה זמן רב יותר ואינה נשברת. כמובן, אבותינו לא הכירו את המבנים המולקולריים של המתכת, הם הגיעו לכל דבר באופן אינטואיטיבי ואמפירי. אז, מבחינה אמפירית, הם גילו שאם החוד מחומם, אז הטמפרטורה שלו תלויה בגוונים של הזוהר. עם קירור מהיר, משהו משתנה במתכת, הוא הופך להיות קשה יותר או הופך גמיש יותר. אם הוא מחומם מחדש, הוא חוזר להיות אותו הדבר, ולפעמים אפילו גרוע יותר. עד אז, נוצרו רעיונות די ספציפיים לגבי מה, למשל, צריכה להיות סכין ציד אידיאלית. התקשות פני השטח שימשה גם אז, אך לעתים קרובות יותרנעשה שימוש במה שנקרא מקומי, כלומר כזה שבו החוד היה מוצק, אמצע הלהב היה גמיש, והחלק של הלהב הסמוך לידית היה פלסטיק (תנו לו להתכופף מעט, אבל לא להישבר)

מה קורה בפנים

מבלי להיכנס לפרטים מיוחדים, יש לציין שהמבנה של פלדה מוקשה הוא משלושה סוגים עיקריים: מרטנסיט, טרוסטיטי וסורביט. המאפיינים המכניים תלויים ביחס של תצורות גבישיות אלו. במקרה זה, זה לא משנה מי מהם ואיך משפיע על הקשיות. התוצאה תלויה במידת החום של המתכת וכמה מהר היא מתקררת. לפיכך, התקשות פני השטח יכולה להתרחש עם עלייה בטמפרטורת השכבה העליונה והתקררות לאחר מכן, אם כתוצאה מהעברת חום לסביבה החיצונית (נוזלים, לרוב שמן, מים ותמלחות, אוויר או חומרים אחרים), או בשל לבריחה החלקית שלו לתוך המוצר. במקרה זה מתרחשות טרנספורמציות פולימורפיות בשכבות, בהתאם למידת ההגעה לטמפרטורה הקריטית, המשפיעה על היווצרות מבנה גביש חדש.

כתוצאה מכך, חל שינוי באזורים הבאים:

- עליון מוקשה.

- בינוני, מוקשה חלקית. זה נקרא גם אזור מושפע החום.

- אזור של קשיות מופחתת.

- פנים ללא שינוי.

שיטות הקשחת משטח

צור שכבה עליונה עםקשיות מוגברת, בכמה דרכים. פשוט יורים על קפיצי רכבת עם כדורי מתכת קטנים (שוט) היוצרים אטימה משטחית, בעוד הנפח הפנימי של המתכת נשאר פלסטי מספיק כדי לעמוד בלחץ מכני ארוך טווח. השיטה העתיקה ביותר נחשבת לחימום מהיר של חפץ על אש גלויה, המלווה בריסוס או זרימת סילון. על ידי טכנולוגיה זו נוצרת סכין מסורתית מזרחית מעוקלת (קרמביט). התקשות פני השטח יכולה להתבצע גם באמצעות קירור אינטנסיבי. ידועות גם שיטות גז פלזמה, אינדוקציה, לייזר ועוד. על חלקם כדאי להתעכב.

HDTV

באמצע שנות ה-30, המדען הסובייטי V. P. Vologdin המציא שיטה להקניית מבנה מולקולרי נתון לא אחיד לחלקים גדולים באמצעות זרמים בתדר גבוה. הנדסת המכונות התפתחה במהירות, התעשייה הייתה זקוקה לטכנולוגיות שהבטיחו ייצור המוני מבלי לוותר על האיכות. התקשות פני השטח של HDTV מבוססת על תופעת האינדוקציה. המוזרות של השיטה טמונה בתלות של עובי השכבה המחוממת בתדירות ובגודל הזרם בלולאה המקרינה. במקרה זה, התוצאה צפויה במידה רבה של הסתברות, ולכן בקרת האיכות מפושטת מאוד. בנוסף, השיטה ישימה לעיבוד של מוצרים ומכלולים הכוללים, כגון גלי ארכובה וחפצים גדולים אחרים שניתן להזיז לאורך המשרן, ברצף.חושפת את כל האורך. בטכנולוגיה זו, קשה לבחור את הפרמטרים לעיבוד חפצים קטנים ושטוחים, כמו סכין. התקשות פני השטח עם זרמים בתדירות גבוהה חלה על מוצרים מגושמים יחסית, שחוזקם ועמידותם בפני שחיקה תלויים בתכונות המכניות של השכבה העליונה.

תכונות של שימוש בשיטת HDTV

השיטה פותחה בתנאים של התפתחות מהירה של תעשיית בניית המכונות, העיקרית לפוטנציאל ההגנה של ברית המועצות, שבא לידי ביטוי בפרטי היישום שלה. החלקים החשובים ביותר של טרקטורים, טנקים, מכוניות או מטוסים אינם גדולים מספיק כדי להציב אותם במסגרת של משרן קומפקטי, היה יקר מדי לייצר ציוד עבור כל אחד מהם, ואם הוא נעשה על בסיס הממדים הגדולים ביותר, ואז עלויות האנרגיה הפכו עצומות. עם זאת, הקשחת מארז אינדוקציה מיושמת על כל מוצרים, מקטנים יחסית ועד ענקיים. לדוגמה, גלגלי שיניים נחשפים ל-HDTV ברצף, כשהם הופכים שן אחר שן. האלמנטים של גלי הארכובה והקרדן מחוממים ברציפות וברצף, נעים בתוך המסגרת הקבועה של המשרן, בעוד שהמצנן (מרסס) נכלל בתהליך הטכנולוגי מיד אחריו. בסוף המכונה מרססים את חומר העבודה מיד במים (ומכאן השם, בעיצור של "ריסוס").

ובכן, מוצרים עם משטח התקשות קטן מונחים במשרן כמכלול ומקוררים באותו אופן.

Laser

מכשיר זהבזמננו, בשימוש נרחב למדי בתחומים שונים של פעילות אנושית, מצא יישום בעיבוד מתכת. השיטה אינה מצריכה קירור לאחר מכן, מאחר והשפעת הקורה היא קצרת טווח והיא משפיעה על השכבה העליונה של המתכת וגורמת לשינויים הרצויים במבנה הגבישי. "השחזה בלייזר" באמת מבטיחה שאין צורך להשחיז את כלי החיתוך לאורך זמן (הוא משמש בעיקר עבורם), אם באמת משתמשים בשיטה זו בייצורו. עם זאת, יש לזכור כי בעידן הזיוף שלנו, הכיתוב על המוצר לא תמיד תואם את האמת. לפעמים גם איזו סכין "פרפר" זולה הנמכרת בדוכן ברחוב מעוטרת במותג כזה. התקשות פני השטח עם קרן לייזר היא טכנולוגיה יקרה, היא זמינה רק ליצרני כלים מובילים.

Cold

הבסיס הפיזי של השיטה היה גילוי תופעת הגברת הקשיות של הפלדה כתוצאה מהמעבר של המבנה האוסטניטי למרטנסיטי בזמן הקפאה עמוקה. התקשות משטח כזו מתבצעת על פי השיטה שפותחה על ידי A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich ו-S. S. Shtenberg בברית המועצות. זה ישים לפחמן (המכיל יותר מ-0.5 אחוז C) וסגסוגת פלדה למטרות מיוחדות, כגון אלו המיוצרות לייצור חותכים מהירים ומוצרי כלים מיוחדים אחרים.

חימום חשמלי

באופן כללי, הוא בנוי על אותו עיקרון כמו התקשות אינדוקציה, עם ההבדל היחיד שהחימום הוא התנגדות, בגללזרם עובר בערכים גבוהים וההתנגדות של החלק. תדירות מתח הכניסה משפיעה באותו אופן על עומק השכבה המחוממת, וככל שהיא גבוהה יותר כך היא דקה יותר. פני השטח של קשיות מוגברת יכולים לנוע בין שברים של מילימטר לכמה מהיחידות שלו. זה תלוי בדרישות למוצר ובמידותיו. בהשוואה ל-HDTV, לשיטת ההתנגדות האלקטרו יש מגוון רחב יותר של זרמים, טמפרטורות ועומקי שכבות. בעזרתו, למשל, ניתן להכין פריט איכותי כל כך מסיבי ודורש כמו סכין כידון של חייל. התקשות פני השטח על ידי חימום חשמלי דורשת משטר קירור מאומת טכנולוגית בשמן, מים או סוכנים אחרים קולטי חום.

מסקנות

לכן, המשימה העיקרית של התקשות פני השטח היא פיזור כזה של מבנה הגביש בתוך המוצר, שבו נשארים בתוכו זנים של סורביט או טרוסטייט, ובחוץ נוצרת שכבת מרטנזיט. ניתן להשיג זאת בכמה שיטות, מהפשוטה והעתיקה ביותר ועד למתקדמות ביותר מבחינה טכנולוגית ומודרנית. בכל מקרה, התקשות פלדה איכותית דורשת הכשרה ודיוק גבוהים בהתאם לתקנות הייצור. מוצר שנעשה על פי כל הכללים לא יכול להיות זול. מסיבה זו, גם סכין מטבח טובה וגם קרמביט הם יקרים. התקשות פני השטח עם קרן לייזר היא הנפוצה ביותר רק עבור כלי חיתוך.