Ⅰ. Ratio fundamentalis curationis caloris.
A. Ratio fundamentalis curationis caloris.
Elementa et functiones fundamentalestractatio caloris:
1. Calefactio
Propositum est structuram austenitam uniformem et tenuem obtinere.
2. Tenens
Propositum est curare ut res fabricata penitus calefiat et decarburatio et oxidatio prohibeantur.
3. Refrigeratio
Propositum est austenitam in varias microstructuras transformare.
Microstructurae post curationem caloris
Post calefactionem et retentionem, dum refrigeratur, austenita in diversas microstructuras, pro celeritate refrigerationis, transformatur. Microstructurae diversae proprietates diversas exhibent.
B. Ratio fundamentalis curationis caloris.
Classificatio secundum Methodos Calefactionis et Refrigerationis, necnon Microstructuram et Proprietates Ferri
1. Tractatio Caloris Conventionalis (Curatio Caloris Generalis): Temperatio, Refrigeratio, Normalizatio, Extinctio
2. Curatio Caloris Superficialis: Extinguio Superficialis, Extinguio Superficialis Calefactione Inductionis, Extinguio Superficialis Calefactione Flammae, Extinguio Superficialis Calefactione Contactu Electrico.
3. Tractatio Caloris Chemica: Carburizatio, Nitridatio, Carbonitridatio.
4. Aliae curationes caloris: curatio caloris atmosphaerae moderatae, curatio caloris vacui, curatio caloris deformationis.
C. Temperatura critica chalybum
Temperatura critica transformationis ferri est basis magni momenti ad processus calefactionis, retentionis, et refrigerationis per curationem caloris determinandos. Ea per diagramma phasium ferri-carbonis determinatur.
Conclusio Clavis:Temperatura critica transformationis actualis ferri semper post temperaturam criticam transformationis theoreticam est. Hoc significat calefactionem et refrigerationem superficialem requiri per calefactionem.
II. Recoctio et Normalizatio Ferri
1. Definitio recoctionis
Recoctio implicat calefactionem ferri ad temperaturam supra vel infra punctum criticum Ac₁, eam ad illam temperaturam tenendam, deinde lente refrigerationem, plerumque intra fornacem, ut structura prope aequilibrium obtineatur.
2. Propositum recoctionis
①Duritiem ad Machinationem Adapta: Duritiem machinabilem in ambitu HB170~230 adipisci.
②Relief Stress: Deformationem vel fissuras per processus subsequentes impedit.
③Structuram Grani Expolire: Microstructuram emendat.
④Praeparatio ad Curationem Caloris Finalem: Perlitam granularem (sphaeroidizatam) obtinet ad subsequentem refrigerationem et temperationem.
3. Sphaeroidizatio Recoctionis
Specificationes Processus: Temperatura calefactionis prope punctum Ac₁ est.
Propositum: Cementitam vel carbura in chalybe sphaeroidizare, unde perlita granularis (sphaeroidizata) fiat.
Ambitus Applicabilis: Adhibetur pro chalybibus cum compositionibus eutectoidis et hypereutectoidis.
4. Recoctio Diffusa (Recoctio Homogenizans)
Specificationes Processus: Temperatura calefactionis paulo infra lineam solus in diagramma phasium est.
Propositum: Segregationem tollere.
①Pro humili-chalybs carbonicusCum contento carbonis minore quam 0.25%, normalizatio praefertur recoctioni ut tractatio caloris praeparatoria.
②Pro chalybe mediocri carbonis cum contento carbonis inter 0.25% et 0.50%, vel recoctio vel normalizatio ut tractatio caloris praeparatoria adhiberi potest.
③Pro chalybe mediocri ad altum carbonis cum contento carbonis inter 0.50% et 0.75%, plena recoctio commendatur.
④Pro alto-chalybs carbonicusCum contento carbonis maiore quam 0.75%, primum normalizatio ad reticulum Fe₃C eliminandum adhibetur, deinde recoctio sphaeroidizationis fit.
III. Refrigeratio et Temperatio Ferri
A. Exstinguendo
1. Definitio Extinctionis: Extinctio implicat calefactionem ferri ad certam temperaturam supra punctum Ac₃ vel Ac₁, tentionem eius ad illam temperaturam, deinde refrigerationem eius celeritate maiore quam celeritas refrigerationis critica ad martensitam formandam.
2. Propositum Extinctionis Frigoris: Finis primarius est martensitam (vel interdum bainitam inferiorem) obtinere ad duritiem et resistentiam attritionis ferri augendam. Extinctio frigoris est unus e processibus curationis caloris maximi momenti pro ferro.
3. Determinatio Temperaturarum Extinctionis pro Diversis Generibus Ferri
Chalybs Hypoeutectoidus: Ac₃ + 30°C ad 50°C
Chalybs Eutectoidus et Hypereutectoidus: Ac₁ + 30°C ad 50°C
Chalybs mixtus: 50°C ad 100°C supra temperaturam criticam
4. Proprietates Refrigerandi Medii Extinctionis Idealis:
Lenta Refrigeratio Ante Temperaturam "Nasi": Ad sufficienter minuendam tensionem thermalem.
Alta Capacitas Refrigerandi Prope Temperaturam "Nasi": Ad vitandam formationem structurarum non martensiticarum.
Lenta Refrigeratio prope Punctum M₅: Ad tensionem a transformatione martensitica inductam imminuendam.
5. Methodi Extinctionis et Earum Characteres:
① Simplex Extinctio: Facilis ad operandum et apta parvis, simplicibus formis operibus. Microstructura resultans est martensita (M).
②Dupta Extinctio: Complexior et difficilior ad moderandum, adhibetur ad chalybem carbonicum plenum et maiores res ex chalybe mixto forma complexa. Microstructura inde orta est martensita (M).
③Extinctio Fracturae: Processus magis complexus, adhibitus ad magnas et complexas formas ex chalybe mixto. Microstructura resultans est martensita (M).
④Extinctio Isothermica: Adhibetur pro parvis, formis complexis, magnis requisitis praeditis. Microstructura resultans est bainita inferior (B).
6. Factores Durescentiam Afficientes
Gradus duribilitatis a stabilitate austenitae superrefrigeratae in chalybe pendet. Quo maior stabilitas austenitae superrefrigeratae, eo melior duriabilitas, et vice versa.
Factores qui stabilitatem austenitae superrefrigeratae afficiunt:
Situs Curvae C: Si curva C ad dextram movetur, celeritas critica refrigerationis ad extinctionem rapidam decrescit, duritiem meliorans.
Conclusio Clavis:
Quivis factor qui curvam C ad dextram movet duritiem ferri auget.
Factor Praecipuus:
Compositio Chemica: Praeter cobaltum (Co), omnia elementa mixturae in austenita dissoluta duritiem augent.
Quo propius contentum carbonis compositioni eutectoidali in chalybe carbonico est, eo magis curva C ad dextram movetur, et eo maior duritiabilitas.
7. Determinatio et Repraesentatio Durabilitatis
①Examen Durificabilitatis Extremae Extinctionis: Durificabilitas metitur methodo probationis extremæ extinctionis.
②Methodus Diametri Critici Extinctionis: Diameter criticus extinctionis (D₀) diametrum maximam chalybis repraesentat quae plene durari potest in medio extinctionis specifico.
B. Temperatio
1. Definitio Temperationis
Temperatio est processus tractationis caloris ubi chalybs extinctus iterum calefacitur ad temperaturam infra punctum A₁, ad eam temperaturam tenetur, et deinde ad temperaturam ambientem refrigeratur.
2. Propositum Temperationis
Tensionem Residuam Reducere vel Eliminare: Deformationem vel fissuras materiae fabricatae impedit.
Austenitam Residuam Reducere vel Eliminare: Dimensiones materiae fabricatae stabilizat.
Fragilitatem Chalybis Exstincti Elimina: Microstructuram et proprietates ad requisita materiae fabricandae accommodat.
Nota Magni Momenti: Chalybs post extinctionem statim temperandus est.
3. Processus Temperationis
1. Temperatio humilis
Propositum: Ad tensionem extinguendi minuendam, ad firmitatem materiae fabricandae augendam, et ad magnam duritiem ac resistentiam attritionis assequendam.
Temperatura: 150°C ~ 250°C.
Effectus: Duritia: HRC 58 ~ 64. Alta duritia et resistentia attritionis.
Usus: Instrumenta, formae, fercula, partes carburatae, et componentes superficie duratae.
2. Alta Temperatio
Propositum: Magnam tenacitatem una cum sufficienti robore et duritie assequi.
Temperatura: 500°C ~ 600°C.
Effectus: Duritia: HRC 25 ~ 35. Bonae proprietates mechanicae generales.
Usus: Axes, dentes dentati, virgae connexae, etc.
Refinatio Thermalis
Definitio: Temperatio subsequens temperatio altae temperaturae appellatur purificatio thermalis, vel simpliciter temperatio. Chalybs hoc processu tractatus praeclaram habet efficaciam generalem et late adhibetur.
Ⅳ. Tractatio Caloris Superficialis Ferri
A. Extinctio Superficialis Chalybum
1. Definitio Durescentiae Superficialis
Durificatio superficialis est processus curationis caloris destinatus ad stratum superficiale materiae fabricandae roborandum per celerem calefactionem ad transformandum stratum superficiale in austenitam et deinde celeriter refrigerationem. Hic processus perficitur sine mutatione compositionis chemicae chalybis aut structurae internae materiae.
2. Materiae ad superficiem indurandam et structuram post indurationem adhibitae
Materiae ad superficiem indurandam adhibitae
Materiae Typicae: Chalybs carbonis medii et chalybs carbonis mixtus mediae.
Prae-Curatio: Processus Typicus: Temperatio. Si proprietates centrales non sunt criticae, normalizatio loco eius adhiberi potest.
Structura Post-Durationis
Structura Superficialis: Stratum superficiale typice structuram induratam, ut martensitam vel bainitam, format, quae magnam duritiem et resistentiam detritioni praebet.
Structura Nuclei: Nucleus ferri plerumque structuram suam pristinam, velut statum perliticum vel temperatum, retinet, pro processu praeparationis et proprietatibus materiae basis. Hoc efficit ut nucleus bonam tenacitatem et robur conservet.
B. Characteres indurationis superficialis inductionis
1. Alta Temperatura Calefactionis et Celer Temperaturae Incrementum: Inductionis superficiei induratio typice altas temperaturas calefactionis et celeres rates calefactionis implicat, permittens calefactionem celerem intra breve tempus.
2. Structura Granorum Austeniticorum Subtiliorum in Strato Superficiali: Per calefactionem rapidam et subsequentem refrigerationem, stratum superficiale grana austeniticorum subtilia format. Post refrigerationem, superficies praecipue constat ex martensita subtili, cuius duritia typice 2-3 HRC altior est quam refrigeratio consueta.
3. Bona Qualitas Superficiei: Propter breve tempus calefactionis, superficies materiae minus obnoxia est oxidationi et decarburationi, et deformatio exstinctione inducta ad minimum reducitur, bona qualitas superficiei praestans.
4. Alta Robur Lassitudinis: Transformatio phasis martensiticae in strato superficiali tensionem compressivam generat, quae robur lassitudinis materiae fabricatae auget.
5. Alta Efficacia Productionis: Inductio superficiei indurans apta est ad productionem massalem, offerens magnam efficaciam operationalem.
C. Classificatio curationis caloris chemicae
Carburizatio, Carburizatio, Carburizatio, Chromizatio, Siliconizatio, Siliconizatio, Siliconizatio, Carbonitridatio, Borocarburizatio
D. Carburatio Gasi
Carburatio gasosa est processus ubi materia in fornacem sigillatam carburationis gasosae ponitur et ad temperaturam calefacta quae chalybem in austenitam transformat. Deinde, agens carburationis in fornacem guttatim infunditur, vel atmosphaera carburationis directe introducitur, permittens atomos carbonis in stratum superficiale materiae diffundere. Hic processus auget contentum carbonis (wc%) in superficie materiae.
√Agentes carburantes:
• Gases Carbone Divites: Ut gas carbonis, gas petrolei liquefactum (LPG), etc.
• Liquores organici: ut kerosene, methanol, benzenum, etc.
√Parametri Processus Carburizationis:
• Temperatura carburationis: 920~950°C.
• Tempus carburizationis: Pendet a profunditate desiderata strati carburizati et temperatura carburizationis.
E. Curatio Caloris Post Carburizationem
Chalybs post carburizationem tractationem caloris subire debet.
Processus Tractationis Caloris Post Carburizationem:
√Extinctio + Temperatio Temperaturae Humilis
1. Refrigeratio Directa Post Praerefrigerationem + Temperatio Temperaturae Humilis: Pars metallica praerefrigeratur a temperatura carburizationis ad paulo supra temperaturam Ar₁ nuclei, deinde statim refrigeratur, deinde temperatio temperaturae humilis ad 160~180°C.
2. Extinctio Singularis Post Praerefrigerationem + Refrigeratio Temperaturae Humilis: Post carburationem, pars laminata lente refrigeratur ad temperaturam ambientem, deinde iterum calefacta est ad extinctionem et refrigerationem temperaturae humilis.
3. Duplex Extinctio Post Praerefrigerationem + Refrigeratio Temperaturae Humilis: Post carburationem et refrigerationem lentam, opus duos gradus calefactionis et extinctionis subit, deinde refrigerationis temperaturae humilis.
Ⅴ. Tractatio Chemica Caloris Ferri
1. Definitio Tractationis Chemicae Caloris
Tractatio chemica caloris est processus tractationis caloris in quo materia ferrea in medio activo specifico ponitur, calefacta, et ad temperaturam tenetur, quo atomis activis in medio in superficiem materiae diffundere liceat. Hoc compositionem chemicam et microstructuram superficiei materiae mutat, ita proprietates eius alterans.
2. Processus fundamentalis curationis chemicae caloris
Decompositio: Calefactione peracta, medium activum putrescit, atomos activos liberans.
Absorptio: Atomi activi a superficie ferri adsorbentur et in solutionem solidam ferri dissolvuntur.
Diffusio: Atomi activi in superficie ferri absorpti et dissoluti in interiorem partem migrant.
Genera Inducendi Superficiei Durescentiae
a. Calefactio Inductionis Altae Frequentiae
Frequentia currentis: 250~300 kHz.
Profunditas Strati Indurati: 0.5~2.0 mm.
Usus: Dentes moduli medii et parvi et axes parvi ad mediam magnitudinem.
b. Calefactio Inductionis Mediae Frequentiae
Frequentia currentis: 2500~8000 kHz.
Profunditas Strati Indurati: 2~10 mm.
Usus: Axes maiores et dentes moduli magni ad medios.
c. Calefactio Inductionis Frequentiae Potestatis
Frequentia currentis: 50 Hz.
Profunditas Strati Indurati: 10~15 mm.
Usus: Opera quae stratum indurationis altissime requirunt.
3. Inductio Superficiei Durificatio
Principium Fundamentale Indurisationis Superficialis Inductionis
Effectus Cutis:
Cum fluxus alternans in bobina inductionis fluxum in superficiem materiae fabricandae inducit, maxima pars fluxus inducti prope superficiem concentratur, dum fere nullus fluxus per interiora materiae fabricandae transit. Hoc phaenomenon effectus cutaneus appellatur.
Principium Indurificationis Superficialis Inductionis:
Effectu cutaneo innixo, superficies materiae celeriter ad temperaturam austenizationis calefiit (ad 800~1000°C intra pauca secunda ascendens), dum interior pars materiae fere non calefacta manet. Deinde materia aquae aspersione refrigeratur, quo fit ut superficies durities efficiatur.
4. Fragilitas animi
Temperatio Fragilitatis in Chalybe Exstincto
Fragilitas temperationis ad phaenomenon refertur ubi tenacitas impactus chalybis extincti significanter decrescit cum ad certas temperaturas temperatus est.
Primum Genus Fragilitatis Temperandae
Temperaturae Ambitus: 250°C ad 350°C.
Proprietates: Si chalybs extinctus intra hoc ambitum temperaturae temperatus est, valde probabile est ut huiusmodi fragilitatem temperationis evolvat, quae eliminari non potest.
Solutio: Vitanda est temperatio chalybis extincti intra hoc ambitum temperaturae.
Primum genus fragilitatis temperationis etiam fragilitas temperationis temperaturae humilis vel fragilitas temperationis irreversibilis appellatur.
Ⅵ. Temperatio
1. Temperatio est processus curationis caloris finalis qui exstinctionem subito postit.
Cur chalybes extincti temperatione indigent?
Microstructura Post Extinctionem: Post extinctionem, microstructura ferri typice constat ex martensita et austenita residua. Ambae sunt phases metastabilis et sub certis condicionibus transformabuntur.
Proprietates Martensitae: Martensita duritia magna sed etiam fragilitate magna (praesertim in martensita aciculari carbonis alti) insignitur, quae requisitis functionis pro multis applicationibus non satisfacit.
Characteres Transformationis Martensiticae: Transformatio in martensitam celerrime fit. Post refrigerationem, materia tensionibus internis residuis praedita est, quae ad deformationem vel fissuras ducere possunt.
Conclusio: Materia fabricanda post refrigerationem statim adhiberi non potest! Temperatio necessaria est ad tensiones internas minuendas et firmitatem materiae fabricandae augendam, eamque ad usum aptam reddendam.
2. Differentia inter Durificabilitatem et Capacitatem Durificandi:
Durabilitas:
Durificatio refertur ad facultatem ferri ad certam profunditatem duritiei (profunditatem strati indurati) post refrigerationem assequendam. Haec a compositione et structura ferri pendet, praesertim a elementis eius mixturae et genere ferri. Durificatio est mensura quam bene ferrum per crassitudinem suam durescere potest durante processu refrigerationis.
Duritia (Capacitas Durescentiae):
Durities, sive facultas indurandi, ad maximam duritiem refertur quae in chalybe post refrigerationem exstinctam obtineri potest. Haec duritia maxime afficitur a contento carbonis chalybis. Maior contentus carbonis plerumque ad maiorem duritiem potentialem ducit, sed haec a elementis chalybis adligantibus et efficacia processus refrigerationis exstinctae limitari potest.
3. Durabilitas Ferri
√Conceptus Durabilitatis
Durabilitas significat facultatem chalybis ad certum gradum duritiei martensiticae post refrigerationem a temperatura austenizationis assequendum. Simplicius dictum, est facultas chalybis ad martensitam formandam durante refrigeratione.
Mensura Durabilitatis
Magnitudo duribilitatis indicatur profunditate strati indurati, post refrigerationem sub condicionibus specificatis obtenti.
Profunditas Strati Durati: Haec est profunditas a superficie materiae induratae ad regionem ubi structura semi-martensitica est.
Media Exstinctionis Communia:
•Aqua
Proprietates: Oeconomicus cum valida capacitate refrigerandi, sed habet celeritatem refrigerandi magnam prope punctum ebullitionis, quae ad refrigerationem nimiam ducere potest.
Usus: Typice ad chalybes carbonicos adhibetur.
Aqua Salsa: Solutio salis vel alcali in aqua, quae maiorem vim refrigerandi ad altas temperaturas habet comparata cum aqua, ita ut apta sit ad chalybes carbonicos.
•Oleum
Proprietates: Refrigerationem tardiorem praebet temperaturis humilibus (prope punctum ebullitionis), quae efficaciter propensionem ad deformationem et fissuras minuit, sed facultatem refrigerandi inferiorem habet temperaturis altis.
Usus: Idoneus chalybibus mixtis.
Genera: Comprehendit oleum exstinguens, oleum machinale, et oleum diesel.
Tempus Calefactionis
Tempus calefactionis constat ex celeritate calefactionis (tempus ad temperaturam desideratam perveniendam insumptum) et tempore retentionis (tempus ad temperaturam destinatam servatum).
Principia ad Tempus Calefactionis Determinandum: Aequabilem temperaturae distributionem per totam rem, tam intus quam extra, curare debes.
Cura ut austenitatio completa sit et ut austenita formata uniformis et tenuis sit.
Basis ad Tempus Calefactionis Determinandum: Solet aestimari utens formulis empiricis vel determinari per experimenta.
Media Extinguentia
Duo Aspectus Claves:
a. Celeritas Refrigerationis: Maior celeritas refrigerationis formationem martensitae promovet.
b. Tensio Residua: Maior celeritas refrigerationis auget tensionem residuam, quae ad maiorem propensionem deformationis et fissurarum in materia producenda ducere potest.
II. Normalizatio
1. Definitio Normalizationis
Normalizatio est processus tractationis caloris in quo chalybs ad temperaturam 30°C ad 50°C supra temperaturam Ac3 calefacitur, ad eam temperaturam tenetur, deinde aere refrigeratur ut microstructura prope statum aequilibrii obtineatur. Comparata cum recoctione, normalizatio celeriorem refrigerationem habet, unde structura perlitae subtilior (P) et maior robur ac duritiam provenit.
2. Propositum Normalizationis
Propositum normalizationis similis est proposito recoctioni.
3. Applicationes Normalizationis
• Cementitam secundariam reticulatam elimina.
• Inservit ut curatio caloris finalis pro partibus cum minoribus requisitis.
• Fungitur ut curatio caloris praeparatoria pro chalybe structurali carbonis humilis et medii ad machinabilitatem emendandam.
4. Genera recoctionis
Primum Genus Recoctionis:
Propositum et Functio: Finis non est transformationem phasis inducere sed ferrum ex statu inaequali ad statum aequalem transferre.
Genera:
• Recoctio Diffusionis: Conatur compositionem homogeneizare segregatione eliminata.
• Recoctio Recrystallizationis: Ductilitatem restituit per eliminationem effectuum duritiei.
• Recoctio ad Levandam Stressum: Tensiones internas minuit sine microstructura mutanda.
Secundum Genus Recoctionis:
Propositum et Functio: Microstructuram et proprietates mutare intendit, microstructuram perlite dominatam efficiendo. Hoc genus etiam efficit ut distributio et morphologia perlitei, ferritei, et carburorum requisitis specificis satisfaciant.
Genera:
• Recoctio Plena: Chalybs supra temperaturam Ac3 calefacit et deinde lente refrigerat ut structuram perlitae uniformem producat.
• Recoctio Incompleta: Chalybs inter temperaturas Ac1 et Ac3 calefacit ut structura partim transformetur.
• Recoctio Isothermica: Chalybs supra Ac3 calefacit, deinde celeriter ad temperaturam isothermicam refrigerat et sustinetur ut structura desiderata obtineatur.
• Sphaeroidizatione Recoctione: Structuram carburi sphaeroidalem producit, machinabilitatem et tenacitatem augens.
Ⅷ.1. Definitio Tractationis Caloris
Tractatio caloris ad processum refertur quo metallum calefactum, ad certam temperaturam tenetur, deinde refrigeratum, dum in statu solido est, ut structura interna et microstructura mutentur, ita proprietates desideratas assequendo.
2. Characteres Tractationis Caloris
Tractatio caloris formam materiae fabricandae non mutat; potius structuram internam et microstructuram ferri mutat, quae vicissim proprietates ferri mutat.
3. Propositum curationis caloris
Propositum curationis caloris est proprietates mechanicas vel processus ferri (vel operis) emendare, potentiam ferri plene adhibere, qualitatem operis augere, et eius vitam utilem prorogare.
4. Conclusio Clavis
Utrum proprietates materiae per curationem caloris emendari possint, gravissime pendet ex eo utrum mutationes in microstructura et structura eius per processum calefactionis et refrigerationis fiant necne.
Tempus publicationis: XIX Augusti, MMXXIV