Mae'r gallu i wrthsefyll crafiadau a gwrthsefyll mewnoliad yn ddwy nodwedd bwysig iawn o rai mathau o fetelau.Wrth ddewis math o fetel, un ffactor pwysig i'w gymryd i ystyriaeth yw ei galedwch, sef mesuriad o'r priodweddau hynny. Gellir dadlau mai arwyneb allanol metel yw'r rhan fwyaf hanfodol i bennu'r caledwch delfrydol ar ei gyfer. Mae hyn oherwydd y ffaith mai'r wyneb sy'n cael ei daro'n uniongyrchol ac sy'n cael ei grafu fwyaf. Mae rhai metelau yn mynd trwy broses a elwir yn galedu cas i newid eu caledwch wyneb er mwyn gwarantu bod caledwch swbstrad metel yn addas.
Beth Yw Caledu Achos?
Mae caledu achosion yn broses trin gwres sy'n caledu wyneb swbstrad metel wrth gynnal craidd meddalach. Mae hyn yn caniatáu cyfuno priodweddau gorau metel meddal a chaled yn un rhan.
O'i gymharu â sylwedd caled, gall deunydd meddal wrthsefyll pwysau effaith yn llawer gwell. Yn ogystal, mae'n gryfach, yn fwy hydwyth, ac yn galetach, ond nid yw ei wrthwynebiad gwisgo'n ddigonol. Er mwyn sicrhau nad yw'r deunydd yn gwisgo i ffwrdd o abrasion neu ffrithiant, mae ymwrthedd gwisgo da yn hanfodol. Gallwn leihau gwisgo deunydd yn fawr heb aberthu rhinweddau eraill trwy galedu'r tu allan yn unig.
Gellir cael arwyneb tenau, caled mewn amrywiaeth o ffyrdd, gan gynnwys trwy ychwanegu cydrannau ychwanegol i'r wyneb neu trwy newid y strwythur grisial. Ond mae angen tymereddau uchel bron bob amser ar gyfer caledu achosion, waeth beth fo'r dull.
Pam Achos Harden?
Mae sawl rheswm dros galedu deunydd yn hytrach na cheisio caledu gwrthrych metel cyfan. Un rheswm yw effeithlonrwydd. Mae angen llai o egni a llai o amser i gynhesu arwyneb allanol metel yn hytrach na'i drawstoriad cyfan. Gall yr arbedion effeithlonrwydd hyn arwain at arbedion cost enfawr mewn gweithrediadau gweithgynhyrchu ar raddfa fawr. Rheswm arall pam mae caledu achosion yn cael ei ddefnyddio'n helaeth yw oherwydd perfformiad. Gall fod yn fanteisiol cael metel gyda chragen galed y tu allan a thu mewn mwy hydwyth. Enghraifft o hyn fyddai pan fydd angen metel i wrthsefyll sgrafelliad, ond mae angen iddo allu amsugno effaith o hyd heb arwain at doriad brau llwyr.
Types o Ddulliau Caledu Achos
Mae'r egwyddor o galedu achosion yn eithaf syml. Rydym am i'r wyneb ffurfio strwythur caled a elwir yn martensite. Ond mae'r strwythur hwn yn ffurfio dim ond pan fydd cydrannau dur yn cael eu diffodd ar dymheredd uchel ac ar yr amod bod cynnwys carbon aloi dur yn ddigon uchel.
Os yw'r cynnwys carbon yn ddigonol, dim ond gwresogi a diffodd y rhan sydd ei angen arnom. Ond os yw'r cynnwys carbon yn isel neu os oes angen caledwch eithafol, mae angen ychwanegu elfennau megis carbon a nitrogen at wyneb y deunydd. Edrychwn yn awr ar y gwahanol brosesau a ddefnyddir i galedu achosion yn seiliedig ar yr egwyddorion a grybwyllwyd uchod.
Gwresogi a diffodd
Yn draddodiadol, defnyddiwyd gwresogi a diffodd i galedu ystod o fetelau. Un dull o galedu metel yw defnyddio fflam ocsi-nwy uniongyrchol i'r gydran ddur. Mae'r defnydd o wresogi anwythol yn digwydd yn achlysurol. Mae tymheredd wyneb y rhan ddur yn cynyddu'n gyflym yn y ddau senario. O ganlyniad, mae strwythur grisial austenite yn disodli strwythur grisial pearlite.
Unwaith y cyrhaeddir tymheredd penodol, caiff y rhan ei oeri'n gyflym, yn aml trwy ei drochi mewn dŵr. Mae hyn yn newid y strwythur grisial unwaith eto, y tro hwn o austenite i martensite sy'n strwythur arbennig o galed.
Gan mai dim ond yr wyneb sy'n cael y newid yn y strwythur grisial, mae'r rhan yn caledu ar yr wyneb yn unig. Ond er mwyn i'r rhan elwa o'r dull hwn, rhaid bod digon o garbon yn y deunydd gwreiddiol. Yn achos cynnwys carbon isel (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Carbureiddio
Os yw'r lefelau carbon yn is na 0.3%, rhaid inni ychwanegu mwy o garbon at y rhan cyn ei gynhesu + diffodd. Mae rhoi rhan drwy'r broses carbureiddio yn un ffordd o wneud hynny.
Mae carburizing yn golygu gwresogi'r gydran ddur am gyfnod penodol o amser tra bod ffynhonnell carbon allanol yn bresennol. Mae'r carbon o'r sylwedd carbonaidd yn tryledu i'r metel ar dymheredd uchel. Mae mwy o wres ac amseroedd gwresogi hirach yn achosi i garbon gael ei amsugno i'r wyneb metel yn ddyfnach.
Unwaith y bydd carbureiddio yn cynyddu cynnwys carbon yr haen wyneb dur, rydyn ni'n ei roi trwy galedu fflam neu galedu ymsefydlu i gynyddu'r caledwch.
Nitriding
Ar gyfer aloi dur sy'n cynnwys elfennau fel alwminiwm, cromiwm a molybdenwm, gallwn ddefnyddio nitriding ar gyfer caledu achosion.
Mae'r rhan yn cael ei gynhesu ym mhresenoldeb nwy nitrogen ac amonia daduniad i ffurfio nitridau. Mae'r nitridau hefyd yn cynyddu caledwch y deunydd.
Gan fod yr eitem yn cael ei gynhesu i 620 gradd (1150 gradd F), mae nitriding fel arfer yn digwydd ar dymheredd is. Bydd y trylediad a'r caledwch dilynol yn ddyfnach po hiraf y caiff ei gynnal ar y tymheredd hwn.
Pa Fath o Fetelau y Gellir Caledu Achos?
Yn gyffredinol, mae metelau y gellir eu caledu oherwydd eu hachos yn gyfyngedig i ddeunyddiau fferrus, er bod yna achosion arbennig megis nitridio rhai aloion titaniwm neu alwminiwm. Y metelau fferrus sy'n cael eu caledu'n aml yw:
Dur carbon isel
Dur carbon uchel
Haearn bwrw
Dur aloi isel cryfder uchel
Offeryn dur
Dur di-staen
Mae rhai cydrannau cyffredin sy'n cael eu caledu gan achosion yn cynnwys:
Gerau
Caewyr
Camsiafftau
gwiail
Pinnau
