Захист металу гартуванням - Дитяча енциклопедія (перше видання)
Можна й інакше захистити поверхню металу - загартувати тонкий зовнішній шар, залишивши серцевину м'якшою. Тоді деталь добре переноситиме навантаження - не буде крихкою, а твердий загартований шар захистить її від зносу. Але щоб загартувати її з поверхні, потрібно не дати теплу проникнути глибоко в товщу металу.
Поверхню часто нагрівають полум'ям. Деталь обертають біля пальника, що рухається вздовж деталі; при цьому метал наскрізь прогрітися не встигає. Потім його охолоджують водою. Шар у кілька міліметрів після нагрівання та охолодження стає твердим.
Загартування деталей струмами високої частоти
Широко застосовується й інший спосіб загартування – за допомогою струмів високої частоти. Якщо помістити металеву деталь у змінне магнітне поле, то в ній з'явиться струм, який пошириться лише поверхнею і нагріє її. За кілька секунд поверхневий шар нагріється і після охолодження загартується.
Гартувальний пристрій має індуктор - один або кілька витків мідної трубки. По ньому проходить струм високої частоти, що збуджує змінне магнітне поле. Усередині індуктора та поміщають деталь. Змінюючи частоту струму, можна змінювати товщину шару, що гартується від часток міліметра до сантиметра. Індуктори різних форм дозволяють гартувати найрізноманітніші вироби — плоскі, циліндричні тощо.
Струменями високої частоти гартують безліч деталей - від швейних голок, маленьких свердл і гвинтиків до великих колінчастих валів і осей. Можна гартувати не всю деталь, а лише окремі її частини – зубці шестерень, шийки валів, кінці рейок. Загартування рейок збільшує термін їхньої служби, що дозволяє економити мільйони тонн металу. Поверхневе загартування колінчастих валів тракторів збільшує їхстійкість до зносу майже вдвічі.
Існують гартувальні установки-автомати, наприклад для гарту шийок колінчастих валів автомобільних двигунів. Автомат може за добу загартувати 350 тис. швейних голок. Голка за час падіння всередині індуктора встигає нагрітися і відразу потрапляє в охолоджувальну олію. Весь процес займає 0,03 сек.
Струми високої частоти, крім поверхневого гарту, застосовують ще для зміцнення деталей іншим шляхом. Працюючи машини у частинах її виникають напруги. Вони розподіляються нерівномірно: у той час як окремі шари металу перевантажені, інші, навпаки, майже не мають зусиль. Тому деталь швидше виходить із ладу, перевантажені ділянки сильніше зношуються. Нагріваючи місцями деталь, можна викликати в ній штучно напруження, протилежні тим, що виникають у працюючих частинах металу. Складаючись, обидві напруги в результаті зменшують загальне зусилля, що діє на деталь.
Електрика допомагає зміцнювати метал та іншим способом – електроіскровою обробкою. Деталь входить у ланцюг і служить електродом. Між нею та іншим електродом, коли вони зближуються, відбувається електричний розряд. При цьому дрібні частинки металу переносяться з електрода-інструменту на електрод-деталь, і поверхня деталі поступово покривається найтоншим шаром металу. Таким шляхом можна наситити поверхневий шар та вуглецем, якщо зробити електрод з графіту. Електричною іскрою можна наносити покриття з твердих сплавів.
СКІЛЬКИ РОКІВ «ЖИВЕ» ЗАЛІЗО?
Дивне питання: адже залізо неживе, як можна говорити про термін його життя? Виявляється, можна! Саме залізо не «вмирає». Але залізні деталі машин, сталеві інструменти, сталеві будівельні конструкції, рейки рано чи пізно виходять із ладу. Їх доводитьсязамінювати на нові. З'ясувалося, що нині середній термін життя залізних виробів дорівнює 35 років. І це вважається величезним досягненням металургів, тому що в минулі століття залізо «вмирало» набагато швидше. Останніми роками частини машин почали виготовляти із титану. Дослідження показали, що титан набагато довговічніший за залізо: він «живе» сто і більше років.
Стійкість до зносу поверхонь, що труться після електроіскрового зміцнення збільшується в десятки разів. Це відбувається тому, що метал з поверхні насичується частинками твердих з'єднань, а висока температура при розряді (до 10000 °) забезпечує швидке загартування. Твердість зміцненого шару виходить утричі більшою, ніж у найкращої сталі.
Зношені деталі наплавляють металом, який утворює на ній захисний твердий шар. Для цього користуються електричною дугою, що виникає між деталлю та дротом-електродом. Розплавлені частинки дроту приварюються до деталі, покриваючи її шаром металу.
Захисним покриттям може бути не тільки метал. Деталі, які мають витримувати високі температури, покриваються керамікою, що містить оксиди алюмінію, титану, магнію, хрому, цирконію та інших металів. Так захищають від прогоряння деталі реактивних двигунів, турбінні лопатки, нагрівачі електропечей, трубопроводи. Кераміку наносять переважно розпорошенням. Виходить дуже твердий, стійкий проти всіляких хімічних впливів, тонкий шар, який міцно з'єднаний з металом.
Метал часто доводиться оберігати від роз'їдання і іржі — корозії, особливо коли він працює у вологому повітрі, у воді, стикається з газами і рідинами, що шкідливо діють на нього. Іржа, через яку гине метал, завдає величезних збитків. Підраховано, що щороку воназабирає третину всіх виплавлених металів та сплавів. Метал тому прагнуть захистити від безпосереднього зіткнення з вологою та повітрям. Всі знають про нікельований, луджений, емальований посуд, оцинкований залізо дахів, про лаки і фарби, якими покривають металеві вироби.
Способи захисту металу від корозії
Часто на метал наносять захисну плівку. Тоді тонкий шар металу, що вже окислився, оберігає від подальшого руйнування. Буває, що метал захищають іншим металом – оловом, цинком, нікелем, хромом, алюмінієм. Щодо алюмінію, то він сам захищає себе: на його поверхні утворюється на повітрі тонкий міцний шар оксидів.
Сплави роблять нержавіючими, додаючи в них різні елементи, які добре чинять опір іржавінню. Наприклад, якщо в сталь додати трохи хрому, нікелю, вольфраму, молібдену, то вона стає не тільки міцною, але й нержавіючої.
Тепер застосовують ще один засіб захисту - у тих випадках, коли потрібно, наприклад, зберігати деталі довгий час на складі. Хіміки знайшли склади, що оберігають метал від іржі — інгібітори. У просоченому таким складом папері можна зберігати вироби, не побоюючись їх псування.
Важко уявити собі тепер, що було б, якби ми не могли зміцнювати метал, захищати його від зовнішніх дій. Пропадали б мільйони тонн металу. Виявилося б неможливим створення низки сучасних машин — від реактивного літака до вугільного комбайна, від ракети, яка відносить на орбіту супутник Землі або до Місяця, до автомобіля. Метал потрібно не тільки отримати, обробити, а й зробити міцним, щоби продовжити життя машин.