Sposobnost da izdrži abraziju i otpornost na udubljenje su dva vrlo važna atributa određenih vrsta metala. Prilikom odabira vrste metala, jedan važan faktor koji treba uzeti u obzir je njegova tvrdoća, koja je mjera tih svojstava. Najudaljenija površina metala je nedvojbeno najvažniji dio za određivanje idealne tvrdoće. To je zbog činjenice da je površina ta koja je direktno pogođena i abradirana. Neki metali prolaze kroz proces koji se zove očvršćavanje u kućištu kako bi se promijenila tvrdoća površine kako bi se zajamčila da je tvrdoća metalne podloge prikladna.
Šta je učvršćivanje slučaja?
Očvršćavanje kućišta je proces termičke obrade koji očvršćava površinu metalne podloge uz održavanje mekše jezgre. Ovo omogućava kombinovanje najboljih osobina mekog i tvrdog metala u jednom delu.
U poređenju sa tvrdom materijom, mekani materijal može mnogo bolje da izdrži udarne pritiske. Osim toga, jači je, duktilniji i čvršći, ali je njegova otpornost na habanje nedovoljna. Kako bi se osiguralo da se materijal ne istroši od habanja ili trenja, neophodna je dobra otpornost na habanje. Možemo uvelike minimizirati habanje materijala bez žrtvovanja drugih kvaliteta samo očvršćavanjem eksterijera.
Tanka, očvrsnuta površina može se dobiti na različite načine, uključujući dodavanjem dodatnih komponenti na površinu ili promjenom kristalne strukture. Ali visoke temperature su gotovo uvijek potrebne za očvršćavanje kućišta, bez obzira na metodu.
Zašto Case Harden?
Postoji nekoliko razloga da se materijal očvrsne kućištem umjesto da se pokuša očvrsnuti cijeli metalni predmet. Jedan od razloga je efikasnost. Manje energije i manje vremena je potrebno za zagrijavanje krajnje vanjske površine metala za razliku od cijelog njegovog poprečnog presjeka. Ova efikasnost može rezultirati velikim uštedama u velikim proizvodnim operacijama. Još jedan razlog zašto se učvršćivanje kućišta široko koristi je zbog performansi. Može biti korisno imati metal sa tvrdom vanjskom ljuskom i duktilnijom unutrašnjošću. Primjer za to bi bio kada je potreban metal da se odupre abraziji, ali i dalje mora biti u stanju da apsorbira udar, a da ne rezultira potpunim krhkim lomom.
Tvrste metoda očvršćavanja
Princip očvršćavanja kućišta je prilično jednostavan. Želimo da površina formira tvrdu strukturu poznatu kao martenzit. Ali ova struktura nastaje samo kada se čelične komponente ugase na visokim temperaturama i pod uvjetom da je sadržaj ugljika u čeličnoj leguri dovoljno visok.
Ako je sadržaj ugljika dovoljan, trebamo samo zagrijati i ugasiti dio. Ali ako je sadržaj ugljika nizak ili ako nam je potrebna ekstremna tvrdoća, na površinu materijala treba dodati elemente kao što su ugljik i dušik. Pogledajmo sada različite procese koji se koriste za postizanje očvršćavanja slučaja na osnovu gore navedenih principa.
Grijanje i gašenje
Tradicionalno, grijanje i kaljenje su korišteni za izvođenje kaljenja u nizu metala. Jedna od metoda kaljenja metala je primjena direktnog plamena plina kisika na čeličnu komponentu. Upotreba induktivnog grijanja se javlja povremeno. Temperatura površine čeličnog dijela brzo raste u oba scenarija. Kao rezultat toga, kristalna struktura austenita zamjenjuje kristalnu strukturu perlita.
Kada se postigne podešena temperatura, dio se brzo hladi, često uranjanjem u vodu. Ovo još jednom mijenja kristalnu strukturu, ovaj put iz austenita u martenzit koji je posebno tvrda struktura.
Budući da samo površina podliježe promjeni kristalne strukture, dio se stvrdne samo na površini. Ali da bi dio imao koristi od ove metode, mora postojati dovoljno ugljika u originalnom materijalu. U slučaju niskog sadržaja ugljika (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Carburising
Ako su nivoi ugljika ispod 0.3%, moramo dodati još ugljika u dio prije nego što ga podvrgnemo grijanju + gašenju. Provođenje dijela kroz proces karburizacije je jedan od načina da se to učini.
Karburizacija uključuje zagrijavanje čelične komponente u unaprijed određenom vremenskom periodu dok je prisutan vanjski izvor ugljika. Ugljik iz ugljične tvari difundira u metal na visokim temperaturama. Više topline i duže vrijeme zagrijavanja uzrokuju da se ugljik dublje apsorbira u metalnu površinu.
Kada se naugljičenjem poveća sadržaj ugljika u površinskom sloju čelika, stavljamo ga kroz plamensko kaljenje ili indukcijsko kaljenje kako bismo povećali tvrdoću.
Nitriranje
Za čeličnu leguru koja sadrži elemente kao što su aluminij, krom i molibden, možemo koristiti nitriranje za kaljenje kućišta.
Dio se zagrijava u prisustvu plinovitog dušika i disociranog amonijaka kako bi se formirali nitridi. Nitridi takođe povećavaju tvrdoću materijala.
Pošto je predmet zagrejan na 620 stepeni (1150 stepeni F), nitriranje se obično dešava na nižim temperaturama. Difuzija i tvrdoća iz toga će biti dublja što se duže održava na ovoj temperaturi.
Koje vrste metala mogu biti kaljene?
Metali koji se mogu očvrsnuti uglavnom su ograničeni na gvozdene materijale, iako postoje posebni slučajevi kao što je nitriranje nekih legura titana ili aluminijuma. Crni metali koji su obično kaljeni u kućištu su:
Niskougljični čelik
Visokougljični čelik
Liveno gvožde
Niskolegirani čelik visoke čvrstoće
Alati čelik
Nerđajući čelici
Neke uobičajene komponente koje su ojačane kućištem uključuju:
Gears
Fasteners
Bregaste osovine
Štapovi
Pins
