Cos'è l'indurimento superficiale dell'acciaio? A cosa serve l'indurimento superficiale?

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'arte del trattamento termico dei metalli è nota all'umanità da molto tempo. Gli artigiani coinvolti nella fabbricazione di strumenti, e soprattutto armi, lo padroneggiavano da soli o studiavano per molti anni con altri specialisti più esperti. I segreti sono stati mantenuti segreti, il che, ovviamente, ha rallentato la diffusione della tecnologia, ma ha aumentato la competitività di un particolare produttore di prodotti per uno scopo specifico. Una delle tecniche degli armaioli medievali era l'indurimento superficiale, che conferisce ai taglienti e alle punte di spade e sciabole una durezza speciale, unita alla flessibilità della lama. Oggi tali proprietà non sorprendono più nessuno, le tecnologie sono diventate massicce e diffuse.

Perché una persona normale dovrebbe sapere tutto questo?

Questo articolo per gli specialisti nella lavorazione termica dei metalli molto probabilmente sembrerà un insieme di luoghi comuni e fatti ben noti. Inoltre, potrebbero trovare alcune imprecisioni nella terminologia. Le informazioni presentate non sono destinate a loro, sono rivolte a persone lontane dalla metallurgia, amatori,coloro che sono interessati a come un normale coltello da tavolo o pieghevole differisca per forza da una buona lama, indurimento superficiale dall'indurimento del volume e problemi simili. Quando acquista l'uno o l' altro articolo necessario in casa, il consumatore deve affrontare una differenza di prezzo significativa. Il venditore non può sempre spiegare in modo qualificato e comprensibile perché un utensile (una chiave inglese, per esempio) è molto più costoso di un altro con una somiglianza esterna generale. Molto probabilmente, cercherà di "inpolverarsi il cervello" con concetti e termini incomprensibili per il profano medio. Tradotte nel linguaggio comune, queste spiegazioni significheranno che la chiave inglese non si romperà né durerà più a lungo, e l'affilatura sarà richiesta molto meno spesso (se il cliente desidera acquistare un coltello). "Indurimento superficiale!" - il venditore indicherà misteriosamente il motivo, roteando gli occhi con gioia immaginaria. Che cos'è?

Proprietà opposte in un prodotto

Come si evince dalla frase, in questo caso viene sottoposto a trattamento termico solo lo strato sottile esterno del prodotto. Il fatto che l'acciaio richieda una tempra è vagamente intuito da tutti, anche da chi non sa affatto cosa sia. Questo è ciò che si differenzia dal solito "pezzo di ferro", morbido e friabile. Ma perché è il superficiale che gode di tanto onore? L'indurimento viene utilizzato per modificare le proprietà del metallo e non per il bene di qualche tipo di miglioramento, come spesso viene affermato. La qualità, utile in alcuni casi, diventa dannosa in altri. La lima è dura, perché per loro è facile lavorare ferro, alluminio o bronzo, ma se provi a piegarlao colpiscilo con un martello, si spezzerà. Lo stesso vale per la lama del seghetto, che spesso si rompe con l'angolo di taglio sbagliato. Per conferire durezza combinata con flessibilità o duttilità, viene applicato l'indurimento superficiale. Successivamente, le proprietà del prodotto possono combinare qualità, a volte opposte, caratteristiche di diverse strutture cristalline. Ora dobbiamo approfondire alcuni dettagli sulla scienza dei materiali.

Le idee più semplici sul polimorfismo dei metalli

Lo stesso metallo può, a seconda della forma del reticolo cristallino, avere proprietà fisiche diverse (durezza, viscosità, duttilità, flessibilità, elasticità, ecc.). Questa capacità di modificare i parametri meccanici è chiamata polimorfismo. Molto tempo fa, quando si fabbricavano armi primitive, le persone hanno notato che l'una o l' altra spada o mannaia si sono rivelate più efficaci, mantiene la sua nitidezza più a lungo e non si rompe. Naturalmente, i nostri antenati non avevano familiarità con le strutture molecolari del metallo, arrivavano a tutto intuitivamente ed empiricamente. Quindi, empiricamente, hanno scoperto che se la punta è riscaldata, la sua temperatura dipende dalle sfumature del bagliore. Con il raffreddamento rapido, qualcosa cambia nel metallo, diventa più duro o diventa più flessibile. Se viene riscaldato, diventa di nuovo lo stesso, e talvolta anche peggio. A quel punto, si sono formate idee abbastanza specifiche su quale dovrebbe essere, ad esempio, un coltello da caccia ideale. Allora è stato utilizzato anche l'indurimento superficiale, ma più spessosi usava il cosiddetto locale, cioè quello in cui la punta era solida, la parte centrale della lama era flessibile, e la parte della lama adiacente al manico era di plastica (lasciatela piegare un po', ma non spezzarsi)

Cosa sta succedendo dentro

Senza entrare nei particolari, va precisato che la struttura dell'acciaio temprato è di tre tipologie principali: martensitica, troostitica e sorbitica. Le caratteristiche meccaniche dipendono dal rapporto di queste formazioni cristalline. In questo caso, non importa quale di loro e come influisca sulla durezza. Il risultato dipende da quanto è caldo il metallo e dalla velocità con cui si raffredda. Pertanto, l'indurimento superficiale può verificarsi con un aumento della temperatura dello strato superiore e successivo raffreddamento, sia per trasferimento di calore all'ambiente esterno (liquidi, il più delle volte olio, acqua e salamoia, aria o altri agenti), sia per alla sua parziale fuoriuscita nel prodotto. In questo caso si verificano trasformazioni polimorfiche a strati, a seconda del grado di raggiungimento della temperatura critica, che influiscono sulla formazione di una nuova struttura cristallina.

Di conseguenza, c'è un cambiamento nelle seguenti zone:

- Tomaia temprata.

- Intermedio, parzialmente indurito. Viene anche chiamata zona colpita dal calore.

- Area di ridotta durezza.

- Interni non modificati.

Metodi di indurimento superficiale

Crea uno strato superiore conmaggiore durezza, in diversi modi. Le molle dei vagoni ferroviari vengono semplicemente colpite con piccole sfere di metallo (pallinate) che creano una tenuta superficiale, mentre il volume interno del metallo rimane sufficientemente plastico per resistere a sollecitazioni meccaniche a lungo termine. Il metodo più antico è considerato il riscaldamento rapido di un oggetto su un fuoco aperto, accompagnato da spruzzatura o getto. È con questa tecnologia che viene realizzato un tradizionale coltello curvo orientale (karambit). L'indurimento superficiale può essere effettuato anche mediante raffreddamento intensivo. Sono anche noti metodi gas-plasma, induzione, laser e altri. Vale la pena soffermarsi su alcuni di loro.

TV HD

A metà degli anni '30, lo scienziato sovietico V. P. Vologdin inventò un metodo per impartire una data struttura molecolare non uniforme a grandi parti usando correnti ad alta frequenza. L'ingegneria meccanica si è sviluppata rapidamente, l'industria aveva bisogno di tecnologie che garantissero la produzione di massa senza sacrificare la qualità. L'indurimento superficiale dell'HDTV si basa sul fenomeno dell'induzione. La particolarità del metodo risiede nella dipendenza dello spessore dello strato riscaldato dalla frequenza e dall'entità della corrente nell'anello radiante. In questo caso, il risultato è prevedibile con un alto grado di probabilità, quindi il controllo di qualità è notevolmente semplificato. Inoltre, il metodo è applicabile alla lavorazione di prodotti e assiemi complessivi, come alberi a gomiti e altri oggetti di grandi dimensioni che possono essere spostati lungo l'induttore, in sequenza.esponendo l'intera lunghezza. Con questa tecnologia è difficile scegliere i parametri per lavorare oggetti piccoli e piatti, come un coltello. L'indurimento superficiale con correnti ad alta frequenza è applicabile a prodotti relativamente voluminosi, la cui resistenza e resistenza all'usura dipendono dalle proprietà meccaniche dello strato superiore.

Caratteristiche dell'utilizzo del metodo HDTV

Il metodo è stato sviluppato nelle condizioni di rapido sviluppo dell'industria della costruzione di macchine, la principale per il potenziale di difesa dell'URSS, che si è manifestata nelle specifiche della sua applicazione. Le parti più importanti di trattori, carri armati, automobili o aeroplani non sono abbastanza grandi per essere collocate nel telaio di un induttore compatto, era troppo costoso produrre attrezzature per ciascuno di essi e se fosse stato realizzato in base alle dimensioni maggiori, poi i costi energetici sono diventati enormi. Tuttavia, la cementazione a induzione viene applicata a qualsiasi prodotto, da quelli relativamente piccoli a quelli enormi. Ad esempio, gli ingranaggi vengono esposti all'HDTV in sequenza, ruotando dente per dente. Gli elementi degli alberi motore e degli alberi cardanici vengono riscaldati in modo continuo e sequenziale, muovendosi all'interno del telaio fisso dell'induttore, mentre il raffreddatore (spruzzatore) viene inserito nel processo tecnologico subito dopo. Al termine della macchina, il pezzo viene immediatamente spruzzato con acqua (da cui il nome, in consonanza con “spray”).

Bene, i prodotti con una piccola superficie di indurimento vengono inseriti nell'induttore nel suo insieme e raffreddati allo stesso modo.

Laser

Questo dispositivoai nostri giorni, ampiamente utilizzato in vari campi dell'attività umana, ha trovato applicazione nella lavorazione dei metalli. Il metodo non richiede un successivo raffreddamento, poiché l'impatto del raggio è di breve durata e colpisce lo strato più alto del metallo, provocando i cambiamenti desiderati nella struttura cristallina. "L'affilatura laser" assicura davvero che non sia necessario affilare a lungo l'utensile da taglio (viene utilizzato principalmente per loro), se questo metodo è davvero utilizzato nella sua fabbricazione. Tuttavia, va tenuto presente che nella nostra epoca contraffatta, l'iscrizione sul prodotto non corrisponde sempre alla verità. A volte anche qualche coltello a "farfalla" economico venduto in una bancarella di strada è decorato con un marchio del genere. La tempra superficiale con un raggio laser è una tecnologia costosa, disponibile solo per i principali produttori di utensili.

Freddo

La base fisica del metodo era la scoperta del fenomeno dell'aumento della durezza dell'acciaio a seguito del passaggio della struttura austenitica a martensitica durante la surgelazione. Tale indurimento superficiale viene effettuato secondo il metodo sviluppato da A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich e S. S. Shtenberg in URSS. È applicabile al carbonio (contenente più dello 0,5 percento di C) e all'acciaio legato per scopi speciali, come quelli prodotti per la produzione di frese ad alta velocità e altri prodotti per utensili speciali.

Riscaldamento elettrico

In generale, si basa sullo stesso principio della tempra ad induzione, con l'unica differenza che il riscaldamento è resistivo, per viacorrente di passaggio di grandi valori e la resistenza della parte. La frequenza della tensione di ingresso influisce allo stesso modo sulla profondità dello strato riscaldato e più è alta, più è sottile. La superficie di maggiore durezza può variare da frazioni di millimetro a molte delle sue unità. Dipende dai requisiti del prodotto e dalle sue dimensioni. Rispetto all'HDTV, il metodo elettroresistivo ha una gamma più ampia di correnti, temperature e profondità degli strati. Con l'aiuto di esso, ad esempio, è possibile realizzare un oggetto così massiccio e di qualità speciale come il coltello a baionetta di un soldato. L'indurimento superficiale mediante riscaldamento elettrico richiede un regime di raffreddamento tecnologicamente verificato in olio, acqua o altri agenti che ricevono calore.

Conclusioni

Quindi, il compito principale dell'indurimento superficiale è una tale distribuzione della struttura cristallina all'interno del prodotto, in cui al suo interno rimangono varietà di sorbite o troostite e all'esterno si forma uno strato di martensite. Ciò può essere ottenuto con diversi metodi, dal più semplice e antico al più tecnologicamente avanzato e moderno. In ogni caso, la tempra di alta qualità dell'acciaio richiede un'elevata qualificazione e precisione nel rispetto delle normative di produzione. Un prodotto realizzato secondo tutte le regole non può essere economico. Per questo motivo sia un buon coltello da cucina che un karambit sono costosi. L'indurimento superficiale con un raggio laser è più comune solo per gli utensili da taglio.