Apa yang dimaksud dengan pengerasan permukaan baja? Untuk apa pengerasan permukaan digunakan?

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Seni perlakuan panas logam telah dikenal manusia sejak lama. Pengrajin yang terlibat dalam pembuatan alat, dan terutama senjata, menguasainya sendiri, atau belajar selama bertahun-tahun dengan spesialis lain yang lebih berpengalaman. Rahasia dirahasiakan, yang, tentu saja, memperlambat penyebaran teknologi, tetapi meningkatkan daya saing produsen produk tertentu untuk tujuan tertentu. Salah satu teknik pembuat senjata abad pertengahan adalah pengerasan permukaan, yang memberikan kekerasan khusus pada ujung dan ujung pedang dan pedang, dikombinasikan dengan fleksibilitas bilahnya. Saat ini, properti seperti itu tidak lagi mengejutkan siapa pun, teknologi telah menjadi masif dan tersebar luas.

Mengapa orang biasa mengetahui semua ini?

Artikel ini bagi para ahli dalam pengerjaan logam termal kemungkinan besar akan tampak seperti serangkaian kata-kata hampa dan fakta terkenal. Selain itu, mereka mungkin menemukan beberapa ketidakakuratan dalam terminologi. Informasi yang disajikan tidak ditujukan untuk mereka, tetapi ditujukan kepada orang-orang yang jauh dari metalurgi, amatir,mereka yang tertarik pada bagaimana meja biasa atau pisau lipat berbeda dalam kekuatan dari pisau yang baik, pengerasan permukaan dari pengerasan volume, dan masalah serupa. Dalam membeli suatu barang kebutuhan rumah tangga, konsumen dihadapkan pada perbedaan harga yang cukup signifikan. Penjual tidak selalu dapat menjelaskan dengan cara yang berkualitas dan dapat dimengerti mengapa satu alat (kunci pas, misalnya) jauh lebih mahal daripada yang lain dengan kesamaan eksternal umum. Dia, kemungkinan besar, akan mencoba "membubuhi otaknya" dengan konsep dan istilah yang tidak dapat dipahami oleh orang awam rata-rata. Diterjemahkan ke dalam bahasa sehari-hari, penjelasan ini berarti bahwa kunci pas yang dapat disesuaikan tidak akan pecah atau bertahan lebih lama, dan penajaman akan lebih jarang diperlukan (jika klien ingin membeli pisau). "Pengerasan permukaan!" - penjual akan secara misterius menunjukkan alasannya, memutar matanya dengan kegembiraan imajiner. Apa itu?

Properti yang berlawanan dalam satu produk

Seperti yang jelas dari frasa, dalam hal ini hanya lapisan tipis luar produk yang mengalami perlakuan panas. Fakta bahwa baja membutuhkan pengerasan samar-samar ditebak oleh semua orang, bahkan mereka yang tidak tahu apa itu sama sekali. Inilah yang membedakannya dari "sepotong besi" biasa, lunak dan rapuh. Tetapi mengapa yang dangkal menikmati kehormatan seperti itu? Pengerasan digunakan untuk mengubah sifat logam, dan bukan untuk beberapa jenis perbaikan, seperti yang sering dinyatakan. Kualitas, berguna dalam beberapa kasus, menjadi berbahaya pada orang lain. Filenya keras, karena mudah untuk mengolah besi, aluminium atau perunggu, tetapi jika Anda mencoba membengkokkannyaatau dipukul dengan palu, itu akan retak. Hal yang sama berlaku untuk mata gergaji besi, yang sering patah pada sudut pemotongan yang salah. Untuk memberikan kekerasan yang dikombinasikan dengan fleksibilitas atau keuletan, pengerasan permukaan diterapkan. Setelah itu, sifat-sifat produk dapat menggabungkan kualitas, terkadang berlawanan, karakteristik dari struktur kristal yang berbeda. Sekarang kita perlu mempelajari beberapa detail ilmu material.

Gagasan paling sederhana tentang polimorfisme logam

Logam yang sama dapat, tergantung pada bentuk kisi kristal, memiliki sifat fisik yang berbeda (kekerasan, viskositas, keuletan, fleksibilitas, elastisitas, dll.) Kemampuan untuk mengubah parameter mekanis ini disebut polimorfisme. Dahulu kala, ketika membuat senjata primitif, orang memperhatikan bahwa satu atau lain pedang atau golok ternyata lebih berhasil, mempertahankan ketajamannya lebih lama dan tidak pecah. Tentu saja, nenek moyang kita tidak akrab dengan struktur molekul logam, mereka datang ke segala sesuatu secara intuitif dan empiris. Jadi, secara empiris, mereka menemukan bahwa jika ujungnya dipanaskan, maka suhunya tergantung pada nuansa pancarannya. Dengan pendinginan yang cepat, sesuatu berubah pada logam, menjadi lebih keras atau menjadi lebih fleksibel. Jika dipanaskan, itu menjadi sama lagi, dan kadang-kadang bahkan lebih buruk. Pada saat itu, ide-ide yang cukup spesifik terbentuk tentang seperti apa, misalnya, pisau berburu yang ideal. Pengerasan permukaan juga digunakan saat itu, tetapi lebih seringyang disebut lokal digunakan, yaitu yang ujungnya kokoh, bagian tengah bilahnya fleksibel, dan bagian bilah yang berdekatan dengan pegangannya adalah plastik (biarkan sedikit menekuk, tetapi tidak pecah).

Apa yang terjadi di dalam

Tanpa merinci lebih jauh, perlu dicatat bahwa struktur baja yang diperkeras terdiri dari tiga jenis utama: martensit, troostit dan sorbitik. Karakteristik mekanik tergantung pada rasio formasi kristal ini. Dalam hal ini, tidak masalah yang mana di antara mereka dan bagaimana pengaruhnya terhadap kekerasan. Hasilnya tergantung pada seberapa panas logam itu dan seberapa cepat dinginnya. Dengan demikian, pengerasan permukaan dapat terjadi dengan peningkatan suhu lapisan atas dan pendinginan berikutnya, baik sebagai akibat dari perpindahan panas ke lingkungan eksternal (cairan, paling sering minyak, air dan air asin, udara atau agen lain), atau karena untuk melarikan diri sebagian ke dalam produk. Dalam hal ini, transformasi polimorfik terjadi dalam lapisan, tergantung pada derajat mencapai suhu kritis, yang mempengaruhi pembentukan struktur kristal baru.

Akibatnya, ada perubahan di zona berikut:

- Bagian atas mengeras.

- Menengah, sebagian mengeras. Ini juga disebut zona yang terkena panas.

- Area pengurangan kekerasan.

- Interior tidak dimodifikasi.

Metode Pengerasan Permukaan

Buat lapisan atas denganpeningkatan kekerasan, dalam beberapa cara. Pegas kereta api hanya ditembak dengan bola logam kecil (tembakan) yang menciptakan segel permukaan, sedangkan volume internal logam tetap cukup plastis untuk menahan tekanan mekanis jangka panjang. Metode paling kuno dianggap sebagai pemanasan cepat suatu objek di atas api terbuka, disertai dengan penyemprotan atau aliran jet. Dengan teknologi inilah pisau lengkung oriental tradisional (karambit) dibuat. Pengerasan permukaan juga dapat dilakukan dengan pendinginan intensif. Gas-plasma, induksi, laser dan metode lainnya juga dikenal. Beberapa dari mereka layak untuk direnungkan.

HDTV

Pada pertengahan tahun 1930-an, ilmuwan Soviet V. P. Vologdin menemukan metode untuk memberikan struktur molekul yang tidak seragam ke bagian besar menggunakan arus frekuensi tinggi. Teknik mesin berkembang pesat, industri membutuhkan teknologi yang memastikan produksi massal tanpa mengorbankan kualitas. Pengerasan permukaan HDTV didasarkan pada fenomena induksi. Keunikan metode ini terletak pada ketergantungan ketebalan lapisan yang dipanaskan pada frekuensi dan besarnya arus dalam loop yang memancar. Dalam hal ini, hasilnya dapat diprediksi dengan tingkat probabilitas yang tinggi, oleh karena itu, kontrol kualitas sangat disederhanakan. Selain itu, metode ini berlaku untuk pemrosesan keseluruhan produk dan rakitan, seperti poros engkol dan benda besar lainnya yang dapat dipindahkan di sepanjang induktor, secara berurutan.memperlihatkan seluruh panjangnya. Dengan teknologi ini, sulit untuk memilih parameter untuk memproses benda kecil dan datar, seperti pisau. Pengerasan permukaan dengan arus frekuensi tinggi dapat diterapkan pada produk yang relatif besar, kekuatan dan ketahanan aus yang bergantung pada sifat mekanik lapisan atas.

Fitur menggunakan metode HDTV

Metode ini dikembangkan dalam kondisi perkembangan pesat industri pembuatan mesin, yang utama untuk potensi pertahanan USSR, yang dimanifestasikan dalam spesifikasi penerapannya. Bagian terpenting dari traktor, tangki, mobil atau pesawat terbang tidak cukup besar untuk ditempatkan dalam kerangka induktor kompak, terlalu mahal untuk membuat peralatan untuk masing-masingnya, dan jika dibuat berdasarkan dimensi terbesar, maka biaya energi menjadi sangat besar. Namun, pengerasan kotak induksi diterapkan pada produk apa pun, dari yang relatif kecil hingga yang besar. Misalnya, roda gigi diekspos ke HDTV secara berurutan, memutar gigi demi gigi. Elemen-elemen poros engkol dan poros kardan dipanaskan secara terus menerus dan berurutan, bergerak di dalam kerangka induktor yang tetap, sedangkan pendingin (penyemprot) termasuk dalam proses teknologi segera setelahnya. Di ujung mesin, benda kerja segera disemprot dengan air (karena itu namanya, konsonan dengan “semprotan”).

Nah, produk dengan permukaan pengerasan kecil ditempatkan di induktor secara keseluruhan dan didinginkan dengan cara yang sama.

Laser

Perangkat inidi zaman kita, digunakan cukup luas di berbagai bidang aktivitas manusia, telah menemukan aplikasi dalam pengerjaan logam. Metode ini tidak memerlukan pendinginan berikutnya, karena dampak balok bersifat jangka pendek dan mempengaruhi lapisan paling atas dari logam, menyebabkan perubahan yang diinginkan dalam struktur kristal. "Pertajaman laser" benar-benar memastikan bahwa tidak perlu mengasah alat pemotong untuk waktu yang lama (terutama digunakan untuk mereka), jika metode ini benar-benar digunakan dalam pembuatannya. Namun, harus diingat bahwa di zaman pemalsuan kita, tulisan pada produk tidak selalu sesuai dengan kebenaran. Terkadang beberapa pisau "kupu-kupu" murah yang dijual di warung pinggir jalan juga dihiasi dengan merek seperti itu. Pengerasan permukaan dengan sinar laser adalah teknologi yang mahal, hanya tersedia untuk produsen alat terkemuka.

Dingin

Dasar fisik dari metode ini adalah penemuan fenomena peningkatan kekerasan baja sebagai akibat dari transisi struktur austenitik ke martensit selama pembekuan dalam. Pengerasan permukaan seperti itu dilakukan sesuai dengan metode yang dikembangkan oleh A. P. Gulyaev, N. A. Minkevich dan S. S. Shtenberg di USSR. Ini berlaku untuk karbon (mengandung lebih dari 0,5 persen C) dan baja paduan untuk keperluan khusus, seperti yang diproduksi untuk pembuatan pemotong berkecepatan tinggi dan produk perkakas khusus lainnya.

Pemanasan listrik

Secara umum, ini dibangun di atas prinsip yang sama dengan pengerasan induksi, dengan satu-satunya perbedaan bahwa pemanasannya bersifat resistif, karenamelewati arus nilai besar dan hambatan bagian. Frekuensi tegangan input dengan cara yang sama mempengaruhi kedalaman lapisan yang dipanaskan, dan semakin tinggi, semakin tipis. Permukaan peningkatan kekerasan dapat berkisar dari fraksi milimeter hingga beberapa unitnya. Itu tergantung pada persyaratan untuk produk dan dimensinya. Dibandingkan dengan HDTV, metode elektroresistif memiliki jangkauan arus, suhu, dan kedalaman lapisan yang lebih luas. Dengan bantuan itu, misalnya, item yang sangat besar dan membutuhkan kualitas khusus seperti pisau bayonet prajurit dapat dibuat. Pengerasan permukaan dengan pemanas listrik memerlukan sistem pendinginan yang diverifikasi secara teknologi dalam minyak, air, atau bahan penerima panas lainnya.

Kesimpulan

Jadi, tugas utama pengerasan permukaan adalah distribusi struktur kristal di dalam produk, di mana varietas sorbit atau troostit tetap berada di dalamnya, dan lapisan martensit terbentuk di luar. Ini dapat dicapai dengan beberapa metode, dari yang paling sederhana dan paling kuno hingga yang paling canggih dan modern secara teknologi. Bagaimanapun, pengerasan baja berkualitas tinggi membutuhkan kualifikasi dan akurasi tinggi sesuai dengan peraturan produksi. Produk yang dibuat sesuai dengan semua aturan tidak bisa murah. Untuk alasan ini, baik pisau dapur dan karambit yang bagus harganya mahal. Pengerasan permukaan dengan sinar laser paling umum hanya untuk alat pemotong.