Az a képesség, hogy ellenáll a kopásnak és a benyomódásnak, bizonyos fémtípusok két nagyon fontos tulajdonsága. A fémtípus kiválasztásakor az egyik fontos tényező, amelyet figyelembe kell venni, a keménység, amely ezen tulajdonságok mértéke. A fém legkülső felülete vitathatatlanul a legfontosabb rész az ideális keménység meghatározásához. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ez a felület az, amely a leginkább érinti és koptatja. Egyes fémek a tokos edzésnek nevezett folyamaton mennek keresztül, hogy megváltoztassák felületi keménységüket, hogy garantálják a fémhordozó keménységét.
Mi az a Case Hardening?
A tokok keményítése olyan hőkezelési eljárás, amely a fém hordozó felületét megkeményíti, miközben megtartja a lágyabb magot. Ez lehetővé teszi a lágy és kemény fém legjobb tulajdonságainak egy részbe való egyesítését.
A kemény anyagokhoz képest a puha anyag sokkal jobban bírja az ütési nyomást. Ezenkívül erősebb, képlékenyebb és szívósabb, de kopásállósága nem megfelelő. Annak érdekében, hogy az anyag ne kopjon el kopástól vagy súrlódástól, elengedhetetlen a jó kopásállóság. Nagymértékben minimalizálhatjuk az anyagkopást anélkül, hogy más tulajdonságokat feláldoznánk, ha csak a külső keményítést tesszük.
Vékony, edzett felületet többféle módon lehet előállítani, például további komponensek hozzáadásával vagy a kristályszerkezet megváltoztatásával. De a tokok keményítéséhez szinte mindig magas hőmérsékletre van szükség, módszertől függetlenül.
Miért Case Harden?
Számos oka van annak, hogy egy anyagot keményítsünk meg, ahelyett, hogy egy egész fémtárgyat próbálnánk meg keményíteni. Az egyik ok a hatékonyság. Kevesebb energiára és kevesebb időre van szükség a fém legkülső felületének felmelegítéséhez, szemben a teljes keresztmetszetével. Ezek a hatékonysági előnyök hatalmas költségmegtakarítást eredményezhetnek a nagyszabású gyártási műveletek során. Egy másik ok, amiért a tokok keményítését széles körben használják, a teljesítmény miatt van. Előnyös lehet, ha egy fém kemény külső héjjal és rugalmasabb belsővel rendelkezik. Példa erre az, amikor egy fémre szükség van a kopásállósághoz, de képesnek kell lennie elnyelni az ütést anélkül, hogy teljes rideg törést okozna.
TA tok keményítési módszereinek típusai
A tok keményítési elve meglehetősen egyszerű. Azt akarjuk, hogy a felület martenzitként ismert kemény szerkezetet alkosson. Ez a szerkezet azonban csak akkor jön létre, ha az acél alkatrészeket magas hőmérsékleten hűtik, és feltéve, hogy az acélötvözet széntartalma elég magas.
Ha elegendő a széntartalom, akkor csak fel kell melegíteni és kioltani az alkatrészt. De ha a széntartalom alacsony, vagy ha extrém keménységre van szükségünk, akkor olyan elemeket kell hozzáadni az anyag felületéhez, mint a szén és a nitrogén. Most nézzük meg, hogy a fent említett elvek alapján milyen különböző eljárásokat alkalmaznak a tokok keményítésének eléréséhez.
Fűtés és oltás
Hagyományosan hevítést és hűtést alkalmaztak számos fém edzésére. A fémek keményedésének egyik módja az, hogy közvetlen oxigén-gáz lángot alkalmaznak az acélkomponensre. Alkalmanként előfordul induktív fűtés alkalmazása. Az acél alkatrész felületi hőmérséklete mindkét esetben gyorsan növekszik. Ennek eredményeként az ausztenit kristályszerkezet felváltja a perlit kristályszerkezetét.
A beállított hőmérséklet elérése után az alkatrész gyorsan lehűl, gyakran vízbe merítve. Ez ismét megváltoztatja a kristályszerkezetet, ezúttal az ausztenitről a martenzitre, amely különösen kemény szerkezet.
Mivel csak a felületen megy végbe a kristályszerkezet változása, az alkatrész csak a felületén keményedik meg. De ahhoz, hogy az alkatrész hasznot húzzon ebből a módszerből, elegendő szénnek kell lennie az eredeti anyagban. Alacsony széntartalom esetén (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Karburálás
Ha a széntartalom 0,3% alatt van, több szenet kell hozzáadnunk az alkatrészhez, mielőtt melegítésnek + hűtésnek tesszük ki. Ennek egyik módja egy alkatrész karburálási folyamaton való átültetése.
A karburálás magában foglalja az acél alkatrész melegítését egy előre meghatározott ideig, miközben külső szénforrás van jelen. A széntartalmú anyagból származó szén magas hőmérsékleten a fémbe diffundál. Több hő és hosszabb melegítési idő hatására a szén mélyebben felszívódik a fémfelületbe.
Miután a karburizálás megnöveli az acél felületi réteg széntartalmát, a keménység növelése érdekében lángkeményítésen vagy indukciós edzésen hajtjuk végre.
Nitridálás
Az olyan acélötvözeteknél, amelyek olyan elemeket tartalmaznak, mint az alumínium, króm és molibdén, használhatunk nitridálást a tokok edzésére.
Az alkatrészt nitrogéngáz és disszociált ammónia jelenlétében hevítik, hogy nitrideket képezzenek. A nitridek az anyag keménységét is növelik.
Mivel az elemet 620 fokra (1150 F fokra) hevítik, a nitridálás általában alacsonyabb hőmérsékleten történik. A diffúzió és az ebből eredő keménység annál mélyebb lesz, minél tovább tartjuk ezen a hőmérsékleten.
Milyen típusú fémek edzettek?
Az edzhető fémek általában a vastartalmú anyagokra korlátozódnak, bár vannak speciális esetek, például egyes titán- vagy alumíniumötvözetek nitridálása. A leggyakrabban edzett vasfémek a következők:
Alacsony széntartalmú acél
Magas széntartalmú acél
Öntöttvas
Nagy szilárdságú gyengén ötvözött acél
Szerszámacél
Rozsdamentes acélok
Néhány gyakori, kisbetűs komponens:
Fogaskerekek
Rögzítőelemek
Vezérműtengelyek
Rudak
Csapok
