Hartowanie metalu. Metody od starożytności do czasów współczesnych

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Właściwości fizyczne, w szczególności twardość dowolnego materiału, zależą nie tylko od jego składu chemicznego, ale także od masy molekularnej. Uderzającym przykładem jest diament, który składa się z tych samych atomów węgla, co zwykły wkład do ołówka. Żelazo może również stać się bardziej miękkie lub twardsze, w zależności od tego, jak utworzona jest jego sieć krystaliczna. Ta właściwość była znana ludziom od dawna i, jak to często bywa, była pierwotnie wykorzystywana w technologii broni.

Odpuszczanie metalu jest od dawna praktykowane w produkcji mieczy i szabli. Sztuka rusznikarza polegała na stworzeniu takiego ostrza, które nie złamie się w walce, zachowa swoją ostrość jak najdłużej. Miecz rycerski, szabla saraceńska, rosyjski skarbiec rycerski czy samurajska katana spełniły te wymagania, a technologie ich produkcji zostały doprowadzone do poziomu sztuki wysokiej.

Odpuszczanie metalu polega na podgrzaniu go do temperatury zwanej krytyczną. Jego wartość odpowiada takiemu stanowi materiału, w którym następuje wzrost entropii, prowadzący do krystalizacjizmiany. Aby ustalić tę pozycję, obiekt musi być wystarczająco szybko schłodzony. Oczywiście taki opis procesu jest niezwykle uproszczony, w rzeczywistości technologia jest zwykle znacznie bardziej skomplikowana. Jednak w ten sposób metal utwardza się w domu w przypadkach, gdy zakupione narzędzie, na przykład siekiera, zbyt szybko się stępi. Należy pamiętać, że tej procedury nie można powtarzać wiele razy, w przeciwnym razie metal się „zmęczy”, jego wewnętrzne wiązania molekularne osłabną i nie nada się on do niczego poza przetopieniem.

Jak w każdym innym biznesie, tutaj nie można polegać na zasadzie „im więcej tym lepiej”. Aby uzyskać pożądane właściwości obiektu, należy go podgrzać do pożądanej temperatury. Niestety termometr nie może być używany. Metoda stosowana do kontroli termicznej jest również bardzo stara. Temperaturę określa kolor żarzenia, a po jej osiągnięciu utwardzanie metalu przechodzi w kolejną fazę - chłodzenie, do którego używana jest woda lub olej.

Zrozumienie przez naukowców efektu indukcji otworzyło nową stronę w technologiach obróbki metali. Okazało się, że głębokość nagrzanej warstwy zależy od częstotliwości prądu.

Na schemacie strzałki pokazują strefy ogrzewania części i przejście linii pobierania.

Możliwe stało się hartowanie powierzchni metalu. Część jest doprowadzona do białego ciepła nie przez zanurzenie w palenisku płomienia, jak miało to miejsce w średniowieczu, ale przez ogrzewanie oporowe przez prądy indukowane przez cewkę, która nie majej bezpośredni kontakt. Technologia ta zapewnia wyjątkowe, na pierwszy rzut oka sprzeczne właściwości: zewnętrzna strona produktu może być solidna, ale plastikowa w środku. Hartowanie indukcyjne powierzchni jest stosowane, gdy wymagana jest wytrzymałość, a kruchość jest niedopuszczalna.

Autorem uzasadnienia teoretycznego i metod praktycznego zastosowania tej technologii był w 1936 roku nasz rodak - prof. V. P. Wołogdin. Oprócz zalet fizycznych, rozwój ten jest również korzystny ekonomicznie, ponieważ prawie cała energia emitowana przez cewkę indukcyjną jest wykorzystywana do ogrzewania przedmiotu obrabianego.