Kas yra kietumas?

Kietumas yra terminas, naudojamas apibūdinti medžiagos gebėjimą sukietėti, kai ji yra veikiama šilumos, o po to užgesinama arba greitai atšaldoma. Jo nereikėtų painioti su kietumu, kuris reiškia medžiagos stiprumą ir gebėjimą atsispirti pažeidimams. Vietoj to, grūdinimas lemia, ar objektą galima padaryti kietesnį, ar jis atsparus kietėjimui. Šis terminas vartojamas tik kalbant apie metalinius objektus, įskaitant plieną ir metalų lydinius, ir netaikomas plastikams ar kitoms medžiagoms.

Pagrindinis grūdinimo bandymo tipas yra žinomas kaip Jominy arba „gesinimo“ testas. Norint atlikti šį bandymą, plieninis strypas kaitinamas, kol kristalizuojasi į veidą nukreiptą kubinę struktūrą, vadinamą austenitu. Pašalinus šilumos šaltinį, vienas austenito strypo galas nedelsiant apipurškiamas vandeniu, kad jis atvėstų iki kambario temperatūros. Šis aušinimo procesas vadinamas gesimu.

Labai greitas gesinimas sukels martensito – labai stiprios medžiagos – susidarymą. Jei gesinimas nėra pakankamai greitas, susidarys kita medžiaga, kuri nėra tokia stipri. Strypo kietumas matuojamas tam tikrais žingsniais nuo užgesinto galo. Kuo toliau nuo užgesinto galo, tuo lėtesnis aušinimo greitis, todėl martensito susidarymo tikimybė mažesnė.

Medžiaga, kuri sudaro martensitą su mažesniu aušinimo greičiu, yra lengviau sukietėja. Medžiaga, kurią reikia labai greitai gesinti, kad susidarytų martnsitas, bus sunkiau sukietėja. Dėl to kuo didesnis kietumo skirtumas tarp dviejų galų, tuo mažesnis kietumas.

Plieno ir kitų metalų grūdinimas priklauso tiek nuo objekto sudėties, tiek nuo jo formos ar geometrijos. Kuo storesnis objektas, tuo lėtesnis aušinimo greitis centre, todėl sunkiau sukietėti viduje. Tai reiškia, kad storesni objektai arba tie, kurių paviršiaus plotas yra mažas, bus mažiau kietinami nei mažesni ar plonesni objektai, pagaminti iš tos pačios medžiagos. Ploname objekte šiluma turi labai mažą atstumą, todėl aušinimo greitis gali būti greitas ir padidinti jo kietumo lygį.

Apskritai, kuo didesnis plieno gaminio anglies kiekis, tuo didesnis plieno grūdinimas. Įprasti elementai, pridedami prie plieno, siekiant padidinti jo kietumą, yra boras, manganas, chromas ir molibdenas. Lydinių pridėjimas turi būti atliekamas atsargiai, kad nepakeistų plieno savybės arba nepakenktų jo gebėjimui grūdintis.
Plieno kietumas ir jo gebėjimas suvirinti yra atvirkščiai susiję. Kuo labiau grūdinamas plienas, tuo sunkiau bus suvirinti; kuo mažesnė grūdinimo savybė, tuo lengviau suvirinti. Kietėjimo testas dažnai naudojamas suvirinant, siekiant nustatyti, ar galima sėkmingai suvirinti dvi medžiagas. Tai taip pat gali padėti suvirintojams pasirinkti elektrodus ir suvirinimo įrangą arba nustatymus.