Вызначэнне і мэта загартоўвання
Сталь награваюць да тэмпературы вышэй за крытычную кропку Ac3 (гіпаэўтектычная сталь) або Ac1 (заэўтектычная сталь), вытрымліваюць на працягу пэўнага часу для поўнай або частковай аўстэнізацыі, а затым астуджаюць з хуткасцю, большай за крытычную хуткасць загартоўкі. Працэс тэрмічнай апрацоўкі, які ператварае пераахалоджаны аўстэніт у мартэнсіт або ніжні бейніт, называецца загартоўкай.
Мэта загартоўкі — пераўтварэнне пераахалоджанага аўстэніту ў мартэнсіт або бейніт для атрымання структуры мартэнсіту або ніжэйшага бейніту, якая затым спалучаецца з адпачынкам пры розных тэмпературах для значнага паляпшэння трываласці, цвёрдасці і ўстойлівасці сталі. Зносаўстойлівасць, трываласць на стомленасць і глейкасць і г.д., каб задаволіць розныя патрабаванні выкарыстання розных механічных дэталяў і інструментаў. Загартоўка таксама можа выкарыстоўвацца для задавальнення спецыяльных фізічных і хімічных уласцівасцей некаторых спецыяльных сталей, такіх як ферамагнетызм і каразійная ўстойлівасць.
Калі сталёвыя дэталі астуджаюцца ў загартоўвальным асяроддзі са зменай фізічнага стану, працэс астуджэння звычайна падзяляецца на наступныя тры стадыі: стадыя плёнкі пара, стадыя кіпення і стадыя канвекцыі.
Закальвальнасць сталі
Загартоўваемасць і загартоўваемасць — гэта два паказчыкі, якія характарызуюць здольнасць сталі да загартоўкі. Яны таксама з'яўляюцца важнай асновай для выбару і выкарыстання матэрыялу.
1. Паняцці загартоўванасці і загартоўванасці
Пракальвальнасць — гэта здольнасць сталі дасягаць найвышэйшай цвёрдасці пры загартоўцы і загартоўцы ў ідэальных умовах. Асноўным фактарам, які вызначае пракальвальнасць сталі, з'яўляецца ўтрыманне вугляроду ў сталі. Калі быць больш дакладным, гэта ўтрыманне вугляроду, растворанага ў аўстэніце падчас загартоўкі і награвання. Чым вышэй утрыманне вугляроду, тым вышэй пракальвальнасць сталі. Легіруючыя элементы ў сталі мала ўплываюць на пракальвальнасць, але яны аказваюць значны ўплыў на пракальвальнасць сталі.
Пракальвальнасць адносіцца да характарыстык, якія вызначаюць глыбіню загартоўкі і размеркаванне цвёрдасці сталі ў зададзеных умовах. Гэта значыць, здольнасць дасягнуць глыбіні загартаванага пласта пры загартоўцы сталі. Гэта ўласцівая сталі ўласцівасць. Пракальвальнасць насамрэч адлюстроўвае лёгкасць, з якой аўстэніт ператвараецца ў мартэнсіт пры загартоўцы сталі. Яна ў асноўным звязана са стабільнасцю пераахалоджанага аўстэніту сталі або з крытычнай хуткасцю астуджэння сталі пры загартоўцы.
Варта таксама адзначыць, што загартоўвальнасць сталі неабходна адрозніваць ад эфектыўнай глыбіні загартоўкі сталёвых дэталяў пры пэўных умовах загартоўкі. Загартоўка сталі з'яўляецца ўласцівасцю самой сталі. Яна залежыць толькі ад яе ўнутраных фактараў і не мае нічога агульнага з знешнімі. Эфектыўная глыбіня загартоўкі сталі залежыць не толькі ад загартоўкі сталі, але і ад выкарыстоўванага матэрыялу. Яна звязана з знешнімі фактарамі, такімі як астуджальная асяроддзе і памер дэталі. Напрыклад, пры аднолькавых умовах аўстэнітызацыі загартоўка адной і той жа сталі аднолькавая, але эфектыўная глыбіня загартоўкі пры загартоўцы ў вадзе большая, чым пры загартоўцы ў алеі, а дробныя дэталі меншыя, чым пры загартоўцы ў алеі. Эфектыўная глыбіня загартоўкі буйных дэталяў вялікая. Гэта не азначае, што загартоўка ў вадзе мае больш высокую загартоўвальнасць, чым загартоўка ў алеі. Нельга сказаць, што дробныя дэталі маюць больш высокую загартоўвальнасць, чым буйныя дэталі. Відаць, што для ацэнкі загартоўкі сталі неабходна выключыць уплыў знешніх фактараў, такіх як форма дэталі, памер, астуджальная асяроддзе і г.д.
Акрамя таго, паколькі загартоўваемасць і загартоўваемасць — гэта два розныя паняцці, сталь з высокай цвёрдасцю пасля загартоўкі не абавязкова мае высокую загартоўваемасць; а сталь з нізкай цвёрдасцю таксама можа мець высокую загартоўваемасць.
2. Фактары, якія ўплываюць на загартоўвальнасць
Загартоўвальнасць сталі залежыць ад стабільнасці аўстэніту. Любы фактар, які можа палепшыць стабільнасць пераахалоджанага аўстэніту, зрушыць крывую C направа і тым самым знізіць крытычную хуткасць астуджэння, можа палепшыць загартоўвальнасць высокатрывалай сталі. Стабільнасць аўстэніту ў асноўным залежыць ад яго хімічнага складу, памеру зерня і аднастайнасці складу, якія звязаны з хімічным складам сталі і ўмовамі нагрэву.
3. Метад вымярэння загартоўванасці
Існуе мноства метадаў вымярэння загартоўванасці сталі, найбольш распаўсюджанымі з якіх з'яўляюцца метад вымярэння крытычнага дыяметра і метад выпрабавання на канчатковую загартоўку.
(1) Метад вымярэння крытычнага дыяметра
Пасля загартоўкі сталі ў пэўным асяроддзі крытычны дыяметр, пры якім у цэнтры знаходзіцца толькі мартэнсітная структура, называецца максімальным дыяметрам і пазначаецца як Dc. Метад вымярэння крытычнага дыяметра заключаецца ў вырабе серыі круглых стрыжняў рознага дыяметра, пасля загартоўкі вымярэнні крывой цвёрдасці U, размеркаванай уздоўж дыяметра на кожным узоры, і пошуку стрыжня з паўмартэнсітнай структурай у цэнтры. Дыяметр круглага стрыжня — гэта крытычны дыяметр. Чым большы крытычны дыяметр, тым вышэйшая пракаліваемасць сталі.
(2) Метад выпрабавання на канцавое гашэнне
Метад выпрабаванняў загартоўкай выкарыстоўвае загартаваны ўзор стандартнага памеру (Ф25 мм × 100 мм). Пасля аўстэнітацыі адзін канец узору астуджаецца вадой з дапамогай спецыяльнага абсталявання. Пасля астуджэння цвёрдасць вымяраецца ўздоўж восевага кірунку — ад астуджанага вадой канца. Метад выпрабаванняў для крывой залежнасці ад адлегласці. Метад загартоўкі — адзін з метадаў вызначэння загартоўванасці сталі. Яго перавагамі з'яўляюцца прастата эксплуатацыі і шырокі дыяпазон прымянення.
4. Зняцце напружання, дэфармацыі і расколін
(1) Унутранае напружанне дэталі падчас загартоўкі
Калі дэталь хутка астуджаецца ў загартоўчым асяроддзі, то, паколькі дэталь мае пэўны памер і каэфіцыент цеплаправоднасці таксама мае пэўнае значэнне, падчас працэсу астуджэння ўздоўж унутранай часткі дэталі ўзнікае пэўны градыент тэмпературы. Тэмпература паверхні нізкая, тэмпература ядра высокая, а тэмпература паверхні і ядра высокія. Існуе розніца тэмператур. Падчас працэсу астуджэння дэталі таксама адбываюцца дзве фізічныя з'явы: першая - цеплавое пашырэнне, пры якім пры паніжэнні тэмпературы даўжыня лініі дэталі сціскаецца; другая - ператварэнне аўстэніту ў мартэнсіт, калі тэмпература падае да кропкі ператварэння мартэнсіту, што павялічвае ўдзельны аб'ём. З-за розніцы тэмператур падчас працэсу астуджэння велічыня цеплавога пашырэння будзе рознай у розных частках папярочнага сячэння дэталі, і ў розных частках дэталі будуць узнікаць унутраныя напружанні. З-за наяўнасці розніцы тэмператур унутры дэталі могуць быць таксама часткі, дзе тэмпература падае хутчэй, чым кропка, дзе ўтвараецца мартэнсіт. Падчас пераўтварэння аб'ём пашыраецца, і дэталі з высокай тэмпературай усё яшчэ знаходзяцца вышэй за кропку тэмпературы і ўсё яшчэ знаходзяцца ў стане аўстэніту. Гэтыя розныя дэталі таксама будуць ствараць унутраныя напружанні з-за розніцы ў зменах удзельнага аб'ёму. Такім чынам, падчас працэсу загартоўкі і астуджэння могуць узнікаць два віды ўнутраных напружанняў: адно - цеплавое напружанне і другое - тканевае напружанне.
У залежнасці ад характарыстык часу існавання ўнутраных напружанняў, іх таксама можна падзяліць на імгненныя і рэшткавыя. Унутраныя напружанні, якія ўзнікаюць у дэталі ў пэўны момант падчас працэсу астуджэння, называюцца імгненнымі; пасля астуджэння дэталі напружанне, якое застаецца ўнутры дэталі, называецца рэшткавым напружаннем.
Тэрмічная нагрузка — гэта напружанне, выкліканае неадпаведным цеплавым пашырэннем (або халодным сцісканнем) з-за розніцы тэмператур у розных частках апрацоўванай дэталі пры яе награванні (або астуджэнні).
Зараз возьмем у якасці прыкладу цвёрды цыліндр, каб праілюстраваць правілы ўтварэння і змены ўнутраных напружанняў падчас яго астуджэння. Тут абмяркоўваецца толькі восевае напружанне. У пачатку астуджэння, паколькі паверхня хутка астывае, тэмпература нізкая і моцна сціскаецца, а пры астуджэнні ядра тэмпература высокая, а сцісканне невялікае. У выніку паверхня і ўнутраная частка ўзаемна стрымліваюцца, што прыводзіць да расцяжных напружанняў на паверхні, у той час як ядро знаходзіцца пад ціскам. Па меры астуджэння розніца тэмператур паміж унутранай і звонку павялічваецца, і ўнутранае напружанне таксама адпаведна павялічваецца. Калі напружанне павялічваецца і перавышае мяжу цякучасці пры гэтай тэмпературы, адбываецца пластычная дэфармацыя. Паколькі таўшчыня ядра вышэйшая за таўшчыню паверхні, ядро заўсёды спачатку сціскаецца па восі. У выніку пластычнай дэфармацыі ўнутранае напружанне больш не павялічваецца. Пасля астуджэння на пэўны перыяд часу зніжэнне тэмпературы паверхні паступова запавольваецца, і яе сцісканне таксама паступова змяншаецца. У гэты час ядро ўсё яшчэ сціскаецца, таму расцяжныя напружанні на паверхні і сціскальныя напружанні на ядры будуць паступова змяншацца, пакуль не знікнуць. Аднак па меры астуджэння вільготнасць паверхні памяншаецца, а ўсаджванне змяншаецца або нават спыняецца. Паколькі тэмпература ў стрыжні ўсё яшчэ высокая, яно будзе працягваць сціскацца, і ў выніку на паверхні дэталі ўтворыцца напружанне сціску, а ў стрыжні — напружанне расцяжэння. Аднак, паколькі тэмпература нізкая, пластычная дэфармацыя не так простая, таму гэта напружанне будзе павялічвацца па меры астуджэння. Яно працягвае павялічвацца і ў выніку застаецца ўнутры дэталі ў выглядзе рэшткавага напружання.
Відаць, што цеплавое напружанне падчас працэсу астуджэння спачатку прыводзіць да расцяжэння павярхоўнага пласта і сціскання ядра, а астатняе рэшткавае напружанне - гэта сцісканне павярхоўнага пласта і расцяжэнне ядра.
Карацей кажучы, цеплавое напружанне, якое ўзнікае падчас загартоўвальнага астуджэння, выклікана розніцай тэмператур папярочнага сячэння падчас працэсу астуджэння. Чым большая хуткасць астуджэння і чым большая розніца тэмператур папярочнага сячэння, тым большае цеплавое напружанне, якое ўзнікае. Пры аднолькавых умовах астуджальнай асяроддзя, чым вышэйшая тэмпература нагрэву дэталі, тым большы яе памер, тым меншая цеплаправоднасць сталі, тым большая розніца тэмператур унутры дэталі і тым большае цеплавое напружанне. Калі дэталь астуджаецца нераўнамерна пры высокай тэмпературы, яна будзе дэфармавацца і дэфармавацца. Калі імгненнае расцягвальнае напружанне, якое ўзнікае падчас працэсу астуджэння дэталі, перавышае трываласць матэрыялу на расцяжэнне, узнікнуць расколіны ад загартоўкі.
Пад напружаннем фазавага пераходу разумеецца напружанне, выкліканае рознымі тэрмінамі фазавага пераходу ў розных частках дэталі падчас працэсу тэрмічнай апрацоўкі, таксама вядомае як напружанне тканіны.
Падчас загартоўкі і хуткага астуджэння, калі павярхоўны пласт астуджаецца да кропкі Ms, адбываецца мартэнсітнае пераўтварэнне і пашырэнне аб'ёму. Аднак з-за перашкод у стрыжні, які яшчэ не зведаў пераўтварэння, павярхоўны пласт стварае напружанне сціску, а стрыжань — напружанне расцяжэння. Калі напружанне дастаткова вялікае, яно выклікае дэфармацыю. Пры астуджэнні стрыжня да кропкі Ms яно таксама зведае мартэнсітнае пераўтварэнне і пашырыцца ў аб'ёме. Аднак з-за абмежаванняў пераўтворанага павярхоўнага пласта з нізкай пластычнасцю і высокай трываласцю яго канчатковае рэшткавае напружанне будзе ў выглядзе павярхоўнага нацяжэння, і стрыжань будзе пад ціскам. Можна заўважыць, што змена і канчатковы стан напружання фазавага пераходу прама супрацьлеглыя цеплавому напружанню. Больш за тое, паколькі напружанне фазавага пераходу адбываецца пры нізкіх тэмпературах з нізкай пластычнасцю, дэфармацыя ў гэты час абцяжараная, таму напружанне фазавага пераходу, хутчэй за ўсё, прывядзе да расколін нарыхтоўкі.
На велічыню напружання фазавага пераходу ўплывае мноства фактараў. Чым хутчэйшая хуткасць астуджэння сталі ў дыяпазоне тэмператур мартэнсітнага ператварэння, чым большы памер сталёвага кавалка, тым горшая цеплаправоднасць сталі, чым большы ўдзельны аб'ём мартэнсіту, тым большае напружанне фазавага пераходу. Чым яно большае. Акрамя таго, напружанне фазавага пераходу таксама звязана са складам сталі і яе пракальвальнасцю. Напрыклад, высокавугляродзістая высокалегаваная сталь павялічвае ўдзельны аб'ём мартэнсіту з-за высокага ўтрымання вугляроду, што павінна павялічваць напружанне фазавага пераходу ў сталі. Аднак з павелічэннем утрымання вугляроду кропка Ms памяншаецца, і пасля загартоўкі застаецца вялікая колькасць рэшткавага аўстэніту. Яго аб'ёмнае пашырэнне памяншаецца, а рэшткавае напружанне нізкае.
(2) Дэфармацыя дэталі падчас загартоўкі
Падчас загартоўкі ў дэталі назіраюцца два асноўныя тыпы дэфармацыі: першы — гэта змена геаметрычнай формы дэталі, якая праяўляецца ў зменах памераў і формы, часта званая дэфармацыяй дэфармацыі, выкліканай напружаннем загартоўкі; другі — аб'ёмная дэфармацыя, якая праяўляецца ў прапарцыйным пашырэнні або скарачэнні аб'ёму дэталі, выкліканым зменай удзельнага аб'ёму падчас фазавага пераходу.
Дэфармацыя дэфармацыі таксама ўключае дэфармацыю формы і дэфармацыю скручвання. Дэфармацыя скручвання ў асноўным выклікана няправільным размяшчэннем дэталі ў печы падчас нагрэву, або адсутнасцю апрацоўкі формы пасля карэкцыі дэфармацыі перад загартоўкай, або нераўнамерным астуджэннем розных частак дэталі пры астуджэнні дэталі. Гэтую дэфармацыю можна прааналізаваць і вырашыць для канкрэтных сітуацый. Ніжэй у асноўным абмяркоўваюцца аб'ёмная дэфармацыя і дэфармацыя формы.
1) Прычыны дэфармацыі загартоўкі і правілы яе змены
Аб'ёмная дэфармацыя, выкліканая структурным пераўтварэннем. Структурны стан дэталі да загартоўкі звычайна перлітны, гэта значыць змяшаная структура ферыту і цэментыту, а пасля загартоўкі — мартэнсітная структура. Розныя ўдзельныя аб'ёмы гэтых тканін прывядуць да змянення аб'ёму да і пасля загартоўкі, што прывядзе да дэфармацыі. Аднак гэтая дэфармацыя прыводзіць толькі да прапарцыйнага пашырэння і сціскання дэталі, таму яна не змяняе яе форму.
Акрамя таго, чым больш мартэнсіту ў структуры пасля тэрмічнай апрацоўкі або чым вышэй утрыманне вугляроду ў мартэнсіце, тым большае яго аб'ёмнае пашырэнне, а чым большая колькасць рэшткавага аўстэніту, тым меншае аб'ёмнае пашырэнне. Такім чынам, змяненне аб'ёму можна кантраляваць, кантралюючы адносны ўтрыманне мартэнсіту і рэшткавага мартэнсіту падчас тэрмічнай апрацоўкі. Пры правільным кантролі аб'ём не будзе ні пашырацца, ні сціскацца.
Дэфармацыя формы, выкліканая цеплавым напружаннем Дэфармацыя, выкліканая цеплавым напружаннем, узнікае ў зонах высокай тэмпературы, дзе мяжа цякучасці сталёвых дэталяў нізкая, пластычнасць высокая, паверхня хутка астывае, а розніца тэмператур паміж унутранай і вонкавай часткамі дэталі найбольшая. У гэты час імгненнае цеплавое напружанне - гэта павярхоўнае расцягвальнае напружанне і напружанне сціскання ў стрыжні. Паколькі тэмпература стрыжня ў гэты час высокая, мяжа цякучасці значна ніжэйшая за паверхню, таму яна праяўляецца як дэфармацыя пад дзеяннем шматнакіраваных сціскальных напружанняў, гэта значыць куб мае сферычную форму. Разнастайнасць. У выніку большы цыліндр сціскаецца, а меншы пашыраецца. Напрыклад, доўгі цыліндр скарачаецца ў кірунку даўжыні і пашыраецца ў кірунку дыяметра.
Дэфармацыя формы, выкліканая напружаннем тканіны Дэфармацыя, выкліканая напружаннем тканіны, таксама адбываецца ў ранні момант, калі напружанне тканіны максімальнае. У гэты час розніца тэмператур папярочнага сячэння вялікая, тэмпература ядра вышэйшая, яно ўсё яшчэ знаходзіцца ў стане аўстэніту, пластычнасць добрая, а мяжа цякучасці нізкая. Імгненнае напружанне тканіны - гэта павярхоўнае напружанне сціску і напружанне расцяжэння ядра. Такім чынам, дэфармацыя праяўляецца ў падаўжэнні ядра пад дзеяннем шматнакіраванага напружання расцяжэння. У выніку пад дзеяннем напружання тканіны большы бок апрацоўванай дэталі падаўжаецца, а меншы бок скарачаецца. Напрыклад, дэфармацыя, выкліканая напружаннем тканіны ў доўгім цыліндры, - гэта падаўжэнне ў даўжыню і памяншэнне дыяметра.
У табліцы 5.3 паказаны правілы дэфармацыі загартоўкі розных тыповых сталёвых дэталяў.
2) Фактары, якія ўплываюць на дэфармацыю загартоўкі
Фактары, якія ўплываюць на дэфармацыю загартоўкі, - гэта ў асноўным хімічны склад сталі, зыходная структура, геаметрыя дэталяў і працэс тэрмічнай апрацоўкі.
3) Гашэнне расколін
Расколіны ў дэталях у асноўным узнікаюць на позніх стадыях загартоўкі і астуджэння, гэта значыць пасля таго, як мартэнсітнае ператварэнне ў асноўным завершана або пасля поўнага астуджэння, узнікае далікатнае разбурэнне, таму што напружанне расцяжэння ў дэталях перавышае трываласць сталі на разрыў. Расколіны звычайна перпендыкулярныя кірунку максімальнай дэфармацыі расцяжэння, таму розныя формы расколін у дэталях у асноўным залежаць ад стану размеркавання напружанняў.
Распаўсюджаныя тыпы расколін ад загартоўвання: падоўжныя (восевыя) расколіны ўтвараюцца ў асноўным, калі тангенцыяльнае расцягвальнае напружанне перавышае трываласць матэрыялу на разрыў; папярочныя расколіны ўтвараюцца, калі вялікае восевае расцягвальнае напружанне, якое ўтвараецца на ўнутранай паверхні дэталі, перавышае трываласць матэрыялу на разрыў. Расколіны; сеткавыя расколіны ўтвараюцца пад дзеяннем двухмернага расцягвальнага напружання на паверхні; адслойвальныя расколіны ўзнікаюць у вельмі тонкім зацвярдзелым пласце, што можа адбыцца пры рэзкай змене напружання і празмерным расцягвальным напружанні, якія дзейнічаюць у радыяльным кірунку. Тып расколіны.
Падоўжныя расколіны таксама называюць восевымі расколінамі. Расколіны ўзнікаюць пры максімальным расцяжэнні паблізу паверхні дэталі і маюць пэўную глыбіню да цэнтра. Кірунак расколін звычайна паралельны восі, але кірунак можа таксама змяняцца пры канцэнтрацыі напружанняў у дэталі або пры наяўнасці ўнутраных структурных дэфектаў.
Пасля поўнай загартоўкі дэталі ўзнікаюць падоўжныя расколіны. Гэта звязана з вялікім тангенцыяльным расцяжэннем на паверхні загартаванай дэталі. Па меры павелічэння ўтрымання вугляроду ў сталі павялічваецца схільнасць да ўтварэння падоўжных расколін. Нізкавугляродзістая сталь мае невялікі ўдзельны аб'ём мартэнсіту і моцнае тэрмічнае напружанне. На паверхні ёсць вялікае рэшткавае напружанне сціску, таму яе цяжка загартаваць. Па меры павелічэння ўтрымання вугляроду паверхневае напружанне сціску памяншаецца, а структурнае напружанне павялічваецца. У той жа час пік расцяжэння перамяшчаецца да павярхоўнага пласта. Такім чынам, высокавугляродзістая сталь схільная да падоўжных расколін пры загартоўцы пры перагрэве.
Памер дэталяў непасрэдна ўплывае на памер і размеркаванне рэшткавых напружанняў, а таксама адрозніваецца іх схільнасць да расколін пры загартоўцы. Падоўжныя расколіны таксама лёгка ўтвараюцца пры загартоўцы ў межах небяспечнага дыяпазону памераў папярочнага сячэння. Акрамя таго, закаркаванне сталёвай сыравінай часта выклікае падоўжныя расколіны. Паколькі большасць сталёвых дэталяў вырабляецца метадам пракаткі, незалатыя ўключэнні, карбіды і г.д. у сталі размеркаваны ўздоўж кірунку дэфармацыі, што прыводзіць да анізатропнасці сталі. Напрыклад, калі інструментальная сталь мае стужачную структуру, яе папярочная трываласць на разлом пасля загартоўкі на 30%-50% меншая за падоўжную трываласць на разлом. Калі ў сталі ёсць такія фактары, як незалатыя ўключэнні, якія выклікаюць канцэнтрацыю напружанняў, нават калі тангенцыяльнае напружанне большае за восевае напружанне, падоўжныя расколіны лёгка ўтвараюцца пры нізкіх напружаннях. Па гэтай прычыне строгі кантроль узроўню неметалічных уключэнняў і цукру ў сталі з'яўляецца важным фактарам прадухілення расколін пры загартоўцы.
Характарыстыкі размеркавання ўнутраных напружанняў папярочных і дугавых расколін наступныя: паверхня падвяргаецца сціскальнаму напружанню. Пасля таго, як паверхня адыдзе на пэўную адлегласць, сціскальнае напружанне змяняецца на вялікае расцягвальнае напружанне. Расколіна ўзнікае ў зоне расцягвальнага напружання, і толькі тады, калі ўнутранае напружанне пераразмяркоўваецца, яно распаўсюджваецца на паверхню дэталі толькі ў тым выпадку, калі яно пераразмяркоўваецца або далікатнасць сталі яшчэ больш павялічваецца.
Папярочныя расколіны часта ўзнікаюць у буйных дэталях валаў, такіх як ролікі, ротары турбін або іншыя дэталі валаў. Характарыстыкі расколін заключаюцца ў тым, што яны перпендыкулярныя кірунку восі і разбураюцца знутры вонкі. Яны часта ўтвараюцца да загартоўкі і выклікаюцца тэрмічным напружаннем. Буйныя пакоўкі часта маюць металургічныя дэфекты, такія як поры, уключэнні, расколіны пры коўцы і белыя плямы. Гэтыя дэфекты служаць адпраўной кропкай разбурэння і разбурэння пад дзеяннем восевага расцяжэння. Дугавыя расколіны выклікаюцца тэрмічным напружаннем і звычайна размяркоўваюцца ў форме дугі ў месцах, дзе змяняецца форма дэталі. Яны ў асноўным узнікаюць унутры апрацоўванай дэталі або паблізу вострых краёў, пазов і адтулін і размяркоўваюцца ў форме дугі. Калі дэталі з высокавугляродзістай сталі дыяметрам або таўшчынёй ад 80 да 100 мм і больш не гартуюцца, паверхня будзе паказваць напружанне сціску, а цэнтр - напружанне расцяжэння. Максімальнае напружанне расцяжэння ўзнікае ў пераходнай зоне ад загартаванага пласта да незагартаванага пласта, і ў гэтых зонах узнікаюць дугападобныя расколіны. Акрамя таго, хуткасць астуджэння на вострых краях і кутах высокая, і ўсе яны гартуюцца. Пры пераходзе да мяккіх дэталяў, гэта значыць да незагартаванай зоны, тут з'яўляецца зона максімальнага расцяжэння, таму схільная да ўзнікнення дугавых расколін. Хуткасць астуджэння паблізу адтуліны для штыфта, пазы або цэнтральнай адтуліны апрацоўванай дэталі павольная, адпаведны загартаваны пласт тонкі, і расцяжэнне паблізу пераходнай зоны загартоўкі можа лёгка выклікаць дугавыя расколіны.
Сеткаватыя расколіны, таксама вядомыя як паверхневыя расколіны, — гэта паверхневыя расколіны. Глыбіня расколіны невялікая, звычайна каля 0,01~1,5 мм. Асноўнай характарыстыкай гэтага тыпу расколін з'яўляецца тое, што адвольны кірунак расколіны не мае нічога агульнага з формай дэталі. Шматлікія расколіны злучаны адна з адной, утвараючы сетку, і шырока размеркаваны. Калі глыбіня расколіны большая, напрыклад, больш за 1 мм, характарыстыкі сеткі знікаюць і становяцца выпадкова арыентаванымі або падоўжна размеркаванымі расколінамі. Сеткаватыя расколіны звязаны са станам двухмернага расцягвальнага напружання на паверхні.
Дэталі з высокавугляродзістай або цэментаванай сталі з абязводжаным пластом на паверхні схільныя да ўтварэння сеткаватых расколін падчас загартоўкі. Гэта звязана з тым, што павярхоўны пласт мае меншае ўтрыманне вугляроду і меншы ўдзельны аб'ём, чым унутраны пласт мартэнсіту. Падчас загартоўкі павярхоўны пласт карбіду падвяргаецца расцяжэнню. Дэталі, пласт дэфасфарызацыі якіх не быў цалкам выдалены падчас механічнай апрацоўкі, таксама будуць утвараць сеткаватыя расколіны падчас высокачастотнай або полымявай паверхневай загартоўкі. Каб пазбегнуць такіх расколін, якасць паверхні дэталяў павінна строга кантралявацца, а акісляльная зварка павінна быць прадухілена падчас тэрмічнай апрацоўкі. Акрамя таго, пасля пэўнага часу выкарыстання штампа да гэтага тыпу адносяцца цеплавыя расколіны ад стомленасці, якія з'яўляюцца ў выглядзе палос або сетак у паражніне, а таксама расколіны ў працэсе шліфавання загартаваных дэталяў.
Расколіны адслойвання ўзнікаюць у вельмі вузкай вобласці павярхоўнага пласта. Сціскальныя напружанні дзейнічаюць у восевым і тангенцыяльным напрамках, а расцягвальныя напружанні — у радыяльным кірунку. Расколіны паралельныя паверхні дэталі. Да такіх расколін адслойванне загартаванага пласта пасля павярхоўнага астуджэння дэталяў адносіцца. Яго ўзнікненне звязана з нераўнамернай структурай загартаванага пласта. Напрыклад, пасля астуджэння легаванай цэментаванай сталі з пэўнай хуткасцю структура цэментаванага пласта выглядае наступным чынам: вонкавы пласт — надзвычай дробны перліт + карбід, а падпласт — мартэнсіт + рэшткавы аўстэніт, унутраны пласт — дробны перліт або надзвычай дробны перліт. Паколькі ўдзельны аб'ём падпласта мартэнсіту найбольшы, у выніку пашырэння аб'ёму на павярхоўны пласт дзейнічаюць сціскальныя напружанні ў восевым і тангенцыяльным напрамках, а расцягвальныя напружанні — у радыяльным кірунку, прычым адбываецца мутацыя напружання ўнутр, пераходзячы ў стан сціскальнага напружання, а расколіны адслойвання ўзнікаюць у надзвычай тонкіх участках, дзе рэзка змяняюцца пераходы напружанняў. Звычайна расколіны хаваюцца ўнутры паралельна паверхні, і ў цяжкіх выпадках могуць выклікаць павярхоўнае адслойванне. Калі хуткасць астуджэння цэментаваных дэталяў паскорыць або паменшыць, у цэментаваным пласце можна атрымаць аднастайную структуру мартэнсіту або ультратонкую перлітную структуру, што можа прадухіліць узнікненне такіх расколін. Акрамя таго, падчас высокачастотнай або полымявай паверхневай гартоўкі паверхня часта пераграваецца, і структурная неаднароднасць уздоўж загартаванага пласта можа лёгка ўтварыць такія паверхневыя расколіны.
Мікратрэшчыны адрозніваюцца ад чатырох вышэйзгаданых тым, што яны выклікаюцца мікранапружаннямі. Міжкрышталітныя расколіны, якія з'яўляюцца пасля загартоўкі, перагрэву і шліфоўкі высокавугляродзістай інструментальнай сталі або цэментаваных дэталяў, а таксама расколіны, выкліканыя несвоечасовым адпачынкам загартаваных дэталяў, звязаныя з наяўнасцю і наступным пашырэннем мікратрэшчыны ў сталі.
Мікратрэшчыны неабходна даследаваць пад мікраскопам. Звычайна яны ўзнікаюць на межах зыходных зерняў аўстэніту або на стыку мартэнсітных пласцін. Некаторыя расколіны пранікаюць праз мартэнсітныя пласціны. Даследаванні паказваюць, што мікратрэшчыны часцей сустракаюцца ў лускаватым двайнікавым мартэнсіце. Прычына ў тым, што лускаваты мартэнсіт сутыкаецца адзін з адным пры росце з высокай хуткасцю і стварае высокія напружанні. Аднак сам двайнікавы мартэнсіт далікатны і не можа ствараць пластычнай дэфармацыі, якая здымае напружанне, таму лёгка выклікае мікратрэшчыны. Зерні аўстэніту буйныя, і схільнасць да мікратрэшчыны павялічваецца. Наяўнасць мікратрэшчыны ў сталі значна зніжае трываласць і пластычнасць загартаваных дэталяў, што прыводзіць да іх ранняга пашкоджання (разбурэння).
Каб пазбегнуць мікратрэшчыны ў дэталях з высокавугляродзістай сталі, можна прыняць такія меры, як зніжэнне тэмпературы нагрэву пры загартоўцы, атрыманне дробнай мартэнсітнай структуры і зніжэнне ўтрымання вугляроду ў мартэнсіце. Акрамя таго, своечасовы адпачынак пасля загартоўкі з'яўляецца эфектыўным метадам зніжэння ўнутраных напружанняў. Выпрабаванні паказалі, што пасля дастатковага адпачынку вышэй за 200°C карбіды, якія выпадаюць у месцах расколін, маюць эфект «зваркі» расколін, што можа значна знізіць небяспеку ўзнікнення мікратрэшчыны.
Вышэй прыведзены прычыны і метады прадухілення расколін на аснове характару размеркавання расколін. У рэальных умовах вытворчасці размеркаванне расколін змяняецца з-за такіх фактараў, як якасць сталі, форма дэталі, а таксама тэхналогія гарачай і халоднай апрацоўкі. Часам расколіны ўжо існуюць да тэрмічнай апрацоўкі і далей пашыраюцца падчас працэсу загартоўкі; часам у адной дэталі адначасова могуць з'явіцца некалькі відаў расколін. У гэтым выпадку, зыходзячы з марфалагічных характарыстык расколіны, макраскапічнага аналізу паверхні разлому, металаграфічнага даследавання і, пры неабходнасці, хімічнага аналізу і іншых метадаў, неабходна правесці комплексны аналіз, пачынаючы ад якасці матэрыялу і арганізацыйнай структуры і заканчваючы прычынамі напружання, выкліканага тэрмічнай апрацоўкай, каб знайсці расколіну, вызначыць асноўныя прычыны і затым вызначыць эфектыўныя прафілактычныя меры.
Аналіз разбурэння расколін з'яўляецца важным метадам аналізу прычын іх узнікнення. Любое разбурэнне мае пачатковую кропку для ўзнікнення расколін. Расколіны, якія ўзнікаюць пры гашэнні, звычайна пачынаюцца з кропкі збліжэння радыяльных расколін.
Калі крыніца расколіны знаходзіцца на паверхні дэталі, гэта азначае, што расколіна выклікана празмерным расцягвальным напружаннем на паверхні. Калі на паверхні няма структурных дэфектаў, такіх як уключэнні, але ёсць фактары канцэнтрацыі напружанняў, такія як моцныя сляды ад нажа, аксідная акаліна, вострыя куты сталёвых дэталяў або структурныя змены, могуць узнікнуць расколіны.
Калі крыніца расколіны знаходзіцца ўнутры дэталі, яна звязана з дэфектамі матэрыялу або празмернымі ўнутранымі рэшткавымі напружаннямі расцяжэння. Паверхня разлому пасля нармальнай загартоўкі шэрая і тонкая фарфоравая. Калі паверхня разлому цёмна-шэрая і шурпатая, гэта выклікана перагрэвам або зыходнай тканінай.
У цэлым, на шкляной частцы расколіны, якая ўзнікае пры загартоўцы, не павінна быць акісляльнага колеру, а вакол расколіны не павінна быць абязуглероджвання. Калі вакол расколіны ёсць абязуглероджванне або акісляльны колер на ўчастку расколіны, гэта сведчыць аб тым, што дэталь ужо мела расколіны да загартоўкі, і першапачатковыя расколіны будуць пашырацца пад уздзеяннем напружанняў пры тэрмічнай апрацоўцы. Калі паблізу расколін дэталі бачныя адслаеныя карбіды і ўключэнні, гэта азначае, што расколіны звязаны з моцным адслаеннем карбідаў у сыравіне або наяўнасцю ўключэнняў. Калі расколіны з'яўляюцца толькі на вострых кутах або частках дэталі са зменай формы без вышэйзгаданай з'явы, гэта азначае, што расколіна выклікана неразумнай канструкцыяй дэталі або няправільнымі мерамі па прадухіленні расколін, або празмернымі напружаннямі пры тэрмічнай апрацоўцы.
Акрамя таго, расколіны ў дэталях, якія падвяргаюцца хімічнай тэрмічнай апрацоўцы і павярхоўнай загартоўцы, часцей за ўсё з'яўляюцца паблізу загартаванага пласта. Паляпшэнне структуры загартаванага пласта і зніжэнне напружання пры тэрмічнай апрацоўцы з'яўляюцца важнымі спосабамі прадухілення паверхневых расколін.
Час публікацыі: 22 мая 2024 г.