การชุบแข็งผิวเหล็กคืออะไร? การชุบผิวแข็งมีไว้เพื่ออะไร?

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ศิลปะการชุบโลหะด้วยความร้อนเป็นที่รู้กันดีในหมู่มนุษย์มาช้านาน ช่างฝีมือที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเครื่องมือและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอาวุธ เชี่ยวชาญด้วยตนเอง หรือศึกษาเป็นเวลาหลายปีกับผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์มากกว่าคนอื่น ความลับถูกเก็บเป็นความลับ ซึ่งแน่นอนว่าทำให้การแพร่กระจายของเทคโนโลยีช้าลง แต่เพิ่มความสามารถในการแข่งขันของผู้ผลิตผลิตภัณฑ์รายใดรายหนึ่งเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ หนึ่งในเทคนิคของยานเกราะยุคกลางคือการชุบแข็งพื้นผิว ซึ่งทำให้คมตัดและจุดของดาบและกระบี่มีความแข็งพิเศษ รวมกับความยืดหยุ่นของใบมีด วันนี้ คุณสมบัติดังกล่าวไม่แปลกใจใครอีกต่อไป เทคโนโลยีได้กลายเป็นที่แพร่หลายและแพร่หลาย

ทำไมคนธรรมดาถึงรู้ทั้งหมดนี้

บทความนี้สำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะการระบายความร้อนมักจะดูเหมือนเป็นเรื่องซ้ำซากและข้อเท็จจริงที่เป็นที่รู้จักกันดี นอกจากนี้ พวกเขาอาจพบความไม่ถูกต้องบางประการในคำศัพท์ ข้อมูลที่นำเสนอไม่ได้มีไว้สำหรับพวกเขา แต่ส่งถึงผู้ที่อยู่ห่างไกลจากโลหกรรมมือสมัครเล่นผู้ที่สนใจว่าโต๊ะธรรมดาหรือมีดพับมีความแข็งแรงแตกต่างจากใบมีดที่ดี การชุบผิวแข็งจากการชุบแข็งปริมาณ และปัญหาที่คล้ายกันอย่างไร เมื่อซื้อของที่จำเป็นในครัวเรือนอย่างใดอย่างหนึ่ง ผู้บริโภคต้องเผชิญกับความแตกต่างของราคาอย่างมาก ผู้ขายไม่สามารถอธิบายในลักษณะที่เหมาะสมและเข้าใจได้เสมอว่าเหตุใดเครื่องมือหนึ่ง (เช่น ประแจ) จึงมีราคาแพงกว่าเครื่องมืออื่นที่มีความคล้ายคลึงกันภายนอกทั่วไปมาก เป็นไปได้มากว่าเขาจะพยายามที่จะ "บดขยี้สมองของเขา" ด้วยแนวคิดและคำศัพท์ที่คนธรรมดาทั่วไปไม่สามารถเข้าใจได้ แปลเป็นภาษาธรรมดา คำอธิบายเหล่านี้จะหมายความว่าประแจแบบปรับได้จะไม่หักหรือใช้งานได้นานขึ้น และการลับจะต้องไม่บ่อยนัก (หากลูกค้าต้องการซื้อมีด) "การชุบผิวแข็ง!" - ผู้ขายจะระบุเหตุผลอย่างลึกลับโดยกลอกตาด้วยความสุขในจินตนาการ มันคืออะไร?

คุณสมบัติตรงข้ามในผลิตภัณฑ์เดียว

ดังที่ชัดเจนในวลีนี้ ในกรณีนี้ เฉพาะชั้นบางด้านนอกของผลิตภัณฑ์เท่านั้นที่ต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อน ความจริงที่ว่าเหล็กต้องการการชุบแข็งนั้นคาดเดาได้ยากจากทุกคน แม้กระทั่งผู้ที่ไม่รู้ว่ามันคืออะไรเลยด้วยซ้ำ นี่คือสิ่งที่แตกต่างจาก "ชิ้นส่วนของเหล็ก" ทั่วไป นุ่มและเปราะ แต่ทำไมคนผิวเผินจึงได้รับเกียรติเช่นนี้? การชุบแข็งใช้เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะ ไม่ใช่เพื่อการปรับปรุงบางประเภทดังที่มักประกาศไว้ คุณภาพมีประโยชน์ในบางกรณีอาจเป็นอันตรายต่อผู้อื่น ไฟล์แข็งเพราะว่าง่ายสำหรับพวกเขาในการแปรรูปเหล็ก, อลูมิเนียมหรือทองแดง แต่ถ้าคุณพยายามที่จะโค้งงอมันหรือตีด้วยค้อนก็จะแตก เช่นเดียวกับใบเลื่อยตัดโลหะซึ่งมักจะหักในมุมตัดที่ไม่ถูกต้อง เพื่อให้ความแข็งรวมกับความยืดหยุ่นหรือความเหนียว ใช้การชุบผิวแข็ง หลังจากนั้นคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์สามารถรวมคุณสมบัติซึ่งบางครั้งก็ตรงกันข้ามกับลักษณะของโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน ตอนนี้เราต้องเจาะลึกรายละเอียดวัสดุศาสตร์

แนวคิดที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับความหลากหลายของโลหะ

โลหะชนิดเดียวกันอาจมีสมบัติทางกายภาพต่างกัน (ความแข็ง ความหนืด ความเหนียว ความยืดหยุ่น ความยืดหยุ่น ฯลฯ) ความสามารถในการเปลี่ยนพารามิเตอร์ทางกลนี้เรียกว่าพหุสัณฐาน นานมาแล้ว เมื่อทำอาวุธดึกดำบรรพ์ ผู้คนสังเกตเห็นว่าดาบหรือมีดอย่างใดอย่างหนึ่งประสบความสำเร็จมากกว่า มันยังคงความคมไว้ได้นานขึ้นและไม่แตกหัก แน่นอนว่าบรรพบุรุษของเราไม่คุ้นเคยกับโครงสร้างโมเลกุลของโลหะ ดังนั้น โดยสังเกตจากประสบการณ์ พวกเขาค้นพบว่าหากปลายมีความร้อน อุณหภูมิของปลายก็ขึ้นอยู่กับเฉดสีของแสง ด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว บางสิ่งจะเปลี่ยนแปลงในโลหะ โลหะจะแข็งขึ้นหรือยืดหยุ่นขึ้น หากถูกทำให้ร้อนอีกครั้ง ก็จะกลายเป็นเหมือนเดิมอีกครั้ง และบางครั้งก็แย่กว่านั้นอีก เมื่อถึงเวลานั้น แนวคิดที่ค่อนข้างเฉพาะเจาะจงได้ก่อตัวขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่ควรเป็น เช่น มีดล่าสัตว์ในอุดมคติที่ควรจะเป็น จากนั้นใช้การชุบผิวแข็ง แต่บ่อยครั้งขึ้นมีการใช้ท้องถิ่นที่เรียกว่านั่นคือจุดที่เป็นของแข็งตรงกลางของใบมีดมีความยืดหยุ่นและส่วนของใบมีดที่อยู่ติดกับด้ามจับเป็นพลาสติก (ปล่อยให้งอเล็กน้อย แต่ไม่แตกหัก).

เกิดอะไรขึ้นข้างใน

ควรสังเกตว่าโครงสร้างของเหล็กชุบแข็งมีสามประเภทหลัก: มาร์เทนซิติก ทรอสไทต์ และซอร์บิติก ลักษณะทางกลขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของการเกิดผลึกเหล่านี้ ในกรณีนี้ไม่สำคัญว่าสิ่งใดจะส่งผลต่อความแข็ง ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับว่าโลหะนั้นร้อนแค่ไหนและเย็นตัวได้เร็วแค่ไหน ดังนั้น การชุบแข็งที่พื้นผิวสามารถเกิดขึ้นได้กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของชั้นบนและการเย็นตัวที่ตามมา ไม่ว่าจะเป็นผลมาจากการถ่ายเทความร้อนไปยังสภาพแวดล้อมภายนอก (ของเหลว ส่วนใหญ่มักจะเป็นน้ำมัน น้ำและน้ำเกลือ อากาศหรือสารอื่นๆ) หรือเนื่องจาก เพื่อหนีเข้าไปในผลิตภัณฑ์บางส่วน ในกรณีนี้ การแปลงหลายรูปแบบจะเกิดขึ้นเป็นชั้นๆ ขึ้นอยู่กับระดับการเข้าถึงอุณหภูมิวิกฤต ซึ่งส่งผลต่อการก่อตัวของโครงสร้างผลึกใหม่

ส่งผลให้มีการเปลี่ยนแปลงในโซนต่อไปนี้:

- ชุบแข็งตอนบน

- ปานกลาง แข็งตัวบางส่วน เรียกอีกอย่างว่าโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

- พื้นที่ความแข็งลดลง

- ภายในยังไม่ได้ปรับแต่ง

วิธีการชุบแข็งผิว

สร้างชั้นบนสุดด้วยเพิ่มความแข็งได้หลายวิธี สปริงของรางรถไฟนั้นใช้ลูกบอลโลหะขนาดเล็ก (ช็อต) ที่สร้างซีลพื้นผิว ในขณะที่ปริมาตรภายในของโลหะยังคงเป็นพลาสติกเพียงพอที่จะทนต่อความเค้นทางกลในระยะยาว วิธีการที่เก่าแก่ที่สุดถือเป็นการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วของวัตถุในกองไฟที่เปิดอยู่ ควบคู่ไปกับการฉีดพ่นหรือการไหลของไอพ่น ด้วยเทคโนโลยีนี้ทำให้มีดโค้งแบบตะวันออก (karambit) แบบดั้งเดิม การชุบแข็งพื้นผิวสามารถทำได้โดยการทำความเย็นแบบเข้มข้น แก๊สพลาสมา การเหนี่ยวนำ เลเซอร์ และวิธีอื่นๆ เป็นที่รู้จักกัน บางอันก็น่าเก็บไว้

HDTV

ในช่วงกลางทศวรรษ 1930 นักวิทยาศาสตร์โซเวียต V. P. Vologdin ได้คิดค้นวิธีการในการถ่ายทอดโครงสร้างโมเลกุลที่ไม่สม่ำเสมอให้กับชิ้นส่วนขนาดใหญ่โดยใช้กระแสความถี่สูง วิศวกรรมเครื่องกลพัฒนาอย่างรวดเร็ว อุตสาหกรรมต้องการเทคโนโลยีที่รับประกันการผลิตจำนวนมากโดยไม่ลดทอนคุณภาพ การชุบแข็งพื้นผิวของ HDTV ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ ลักษณะเฉพาะของวิธีการนี้ขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นความร้อนบนความถี่และขนาดของกระแสในวงแผ่รังสี ในกรณีนี้ ผลลัพธ์สามารถคาดการณ์ได้ด้วยความน่าจะเป็นในระดับสูง ดังนั้น การควบคุมคุณภาพจึงง่ายขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังใช้ได้กับการประมวลผลผลิตภัณฑ์และส่วนประกอบโดยรวม เช่น เพลาข้อเหวี่ยงและวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ที่สามารถเคลื่อนไปตามตัวเหนี่ยวนำตามลำดับเผยให้เห็นความยาวทั้งหมด ด้วยเทคโนโลยีนี้ เป็นการยากที่จะเลือกพารามิเตอร์ในการประมวลผลวัตถุขนาดเล็กและแบน เช่น มีด การชุบผิวแข็งด้วยกระแสความถี่สูงใช้ได้กับผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างเทอะทะ ความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกลของชั้นบนสุด

คุณสมบัติของการใช้วิธี HDTV

วิธีการนี้ได้รับการพัฒนาในสภาวะของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการสร้างเครื่องจักร ซึ่งเป็นวิธีหลักสำหรับศักยภาพในการป้องกันของสหภาพโซเวียต ซึ่งแสดงให้เห็นในลักษณะเฉพาะของการใช้งาน ชิ้นส่วนที่สำคัญที่สุดของรถแทรกเตอร์ รถถัง รถยนต์หรือเครื่องบินมีขนาดไม่ใหญ่พอที่จะใส่ไว้ในโครงของตัวเหนี่ยวนำขนาดกะทัดรัด การผลิตอุปกรณ์สำหรับแต่ละชิ้นส่วนนั้นแพงเกินไป และหากสร้างตามขนาดที่ใหญ่ที่สุด จากนั้นค่าใช้จ่ายด้านพลังงานก็มหาศาล อย่างไรก็ตาม การชุบแข็งเคสเหนี่ยวนำถูกนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์ใดๆ ตั้งแต่ขนาดค่อนข้างเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เกียร์สัมผัสกับ HDTV ตามลำดับ โดยฟันทีละซี่ องค์ประกอบของเพลาข้อเหวี่ยงและเพลาคาร์ดานได้รับความร้อนอย่างต่อเนื่องและตามลำดับ โดยจะเคลื่อนที่ภายในเฟรมคงที่ของตัวเหนี่ยวนำ ขณะที่ตัวทำความเย็น (เครื่องพ่นสารเคมี) จะรวมอยู่ในกระบวนการทางเทคโนโลยีทันทีหลังจากนั้น ที่ส่วนท้ายของเครื่อง ชิ้นงานจะถูกฉีดด้วยน้ำทันที (จึงเป็นชื่อพยัญชนะของ “สเปรย์”)

ก็นะ ผลิตภัณฑ์ที่มีพื้นผิวชุบแข็งเล็กๆ จะถูกวางในตัวเหนี่ยวนำโดยรวมแล้วทำให้เย็นลงในลักษณะเดียวกัน

เลเซอร์

เครื่องนี้ในสมัยของเราซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่าง ๆ ของกิจกรรมของมนุษย์พบว่ามีการประยุกต์ใช้ในงานโลหะ วิธีการนี้ไม่ต้องการการระบายความร้อนในภายหลัง เนื่องจากผลกระทบของลำแสงจะเกิดในระยะสั้นและส่งผลต่อชั้นบนสุดของโลหะ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตามที่ต้องการในโครงสร้างผลึก "การลับคมด้วยเลเซอร์" ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไม่จำเป็นต้องลับคมเครื่องมือตัดเป็นเวลานาน (ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับพวกเขา) หากวิธีนี้ใช้ในการผลิตจริงๆ อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าในยุคลอกเลียนแบบของเรา คำจารึกบนผลิตภัณฑ์ไม่สอดคล้องกับความจริงเสมอไป บางครั้งมีด "ผีเสื้อ" ราคาถูกที่ขายที่แผงขายของริมถนนก็มีตราสินค้าดังกล่าวเช่นกัน การชุบแข็งพื้นผิวด้วยลำแสงเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีที่มีราคาแพง มีให้สำหรับผู้ผลิตเครื่องมือชั้นนำเท่านั้น

เย็น

พื้นฐานทางกายภาพของวิธีการนี้คือการค้นพบปรากฏการณ์การเพิ่มความแข็งของเหล็กอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนโครงสร้างออสเทนนิติกเป็นมาร์เทนซิติกในระหว่างการแช่แข็งลึก การชุบผิวแข็งดังกล่าวจะดำเนินการตามวิธีการที่พัฒนาโดย A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich และ S. S. Shtenberg ในสหภาพโซเวียต ใช้ได้กับคาร์บอน (ที่มีอุณหภูมิมากกว่า 0.5 เปอร์เซ็นต์ C) และโลหะผสมสำหรับวัตถุประสงค์พิเศษ เช่น ที่ผลิตขึ้นสำหรับการผลิตหัวกัดความเร็วสูงและผลิตภัณฑ์เครื่องมือพิเศษอื่นๆ

เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า

โดยทั่วไป มันถูกสร้างขึ้นบนหลักการเดียวกับการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการให้ความร้อนเป็นแบบต้านทานเนื่องจากผ่านกระแสที่มีค่ามากและความต้านทานของชิ้นส่วน ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในลักษณะเดียวกันจะส่งผลต่อความลึกของชั้นที่ร้อนและยิ่งสูงก็จะยิ่งบางลงเท่านั้น พื้นผิวของความแข็งที่เพิ่มขึ้นอาจมีตั้งแต่เศษส่วนของมิลลิเมตรไปจนถึงหลายหน่วย ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์และขนาดของผลิตภัณฑ์ เมื่อเทียบกับ HDTV วิธีการอิเล็กโทรรีซิสทีฟมีช่วงกระแส อุณหภูมิ และความลึกของชั้นที่กว้างกว่า ด้วยความช่วยเหลือ ตัวอย่างเช่น วัตถุขนาดใหญ่และต้องการคุณภาพพิเศษอย่างมีดดาบปลายปืนของทหารก็สามารถทำได้ การชุบผิวแข็งด้วยความร้อนไฟฟ้าต้องใช้ระบบทำความเย็นที่ตรวจสอบแล้วทางเทคโนโลยีในน้ำมัน น้ำ หรือสารให้ความร้อนอื่นๆ

สรุป

ดังนั้น งานหลักของการชุบผิวแข็งคือการกระจายโครงสร้างผลึกภายในผลิตภัณฑ์ ซึ่งมีซอร์ไบท์หรือทรอสไทต์หลายชนิดยังคงอยู่ภายในนั้น และชั้นของมาร์เทนไซต์จะก่อตัวขึ้นภายนอก สามารถทำได้หลายวิธีตั้งแต่วิธีที่ง่ายที่สุดและเก่าแก่ที่สุดไปจนถึงเทคโนโลยีขั้นสูงและทันสมัยที่สุด ไม่ว่าในกรณีใด การชุบแข็งคุณภาพสูงของเหล็กต้องมีคุณสมบัติและความถูกต้องสูงตามข้อกำหนดการผลิต สินค้าที่ทำตามกฎทั้งหมดไม่สามารถถูกได้ ด้วยเหตุนี้ทั้งมีดทำครัวที่ดีและ karambit จึงมีราคาแพง การชุบผิวแข็งด้วยลำแสงเลเซอร์มักใช้กับเครื่องมือตัดเท่านั้น