Определение и цел на закаляването
Стоманата се нагрява до температура над критичната точка Ac3 (хипоевтектоидна стомана) или Ac1 (запиревтектоидна стомана), държи се за определен период от време, за да се аустенитира напълно или частично, и след това се охлажда със скорост, по-голяма от критичната скорост на закаляване. Процесът на термична обработка, който трансформира преохладения аустенит в мартензит или нисък бейнит, се нарича закаляване.
Целта на закаляването е преохладеният аустенит да се трансформира в мартензит или бейнит, за да се получи мартензитна или по-долна бейнитна структура, която след това се комбинира с отпускане при различни температури, за да се подобри значително якостта, твърдостта и устойчивостта на стоманата. Износоустойчивостта, якостта на умора и жилавостта и др., за да се отговорят на различните изисквания за употреба на различни механични части и инструменти. Закаляването може да се използва и за постигане на специални физични и химични свойства на някои специални стомани, като феромагнетизъм и корозионна устойчивост.
Когато стоманените части се охлаждат в закаляща среда с промени във физическото им състояние, процесът на охлаждане обикновено се разделя на следните три етапа: етап на парен филм, етап на кипене и етап на конвекция.
Закаляемост на стоманата
Закаляемостта и закаливаемостта са два показателя, които характеризират способността на стоманата да се закалява. Те са и важна основа за избора и употребата на материала.
1. Понятията за закаляемост и закаляемост
Закаливаемостта е способността на стоманата да постигне най-високата твърдост, която може да постигне, когато се закали и втвърди при идеални условия. Основният фактор, който определя закаливаемостта на стоманата, е съдържанието на въглерод в стоманата. По-точно, това е съдържанието на въглерод, разтворено в аустенита по време на закаляване и нагряване. Колкото по-високо е съдържанието на въглерод, толкова по-висока е закаливаемостта на стоманата. Легиращите елементи в стоманата имат малко влияние върху закаливаемостта, но имат значително влияние върху закаливаемостта на стоманата.
Закаливаемостта се отнася до характеристиките, които определят дълбочината на закаляване и разпределението на твърдостта на стоманата при определени условия. Това е способността да се постигне дълбочината на закаления слой при закаляване на стоманата. Това е присъщо свойство на стоманата. Закаливаемостта всъщност отразява лекотата, с която аустенитът се превръща в мартензит при закаляване на стоманата. Тя е свързана главно със стабилността на преохладения аустенит на стоманата или с критичната скорост на охлаждане при закаляване на стоманата.
Трябва също да се отбележи, че закаливаемостта на стоманата трябва да се разграничава от ефективната дълбочина на закаляване на стоманените части при специфични условия на закаляване. Закаливаемостта на стоманата е присъщо свойство на самата стомана. Тя зависи само от нейните вътрешни фактори и няма нищо общо с външни фактори. Ефективната дълбочина на закаливаемост на стоманата зависи не само от закаливаемостта на стоманата, но и от използвания материал. Тя е свързана с външни фактори като охлаждащата среда и размера на детайла. Например, при едни и същи условия на аустенитизация, закаливаемостта на една и съща стомана е еднаква, но ефективната дълбочина на закаляване при закаляване във вода е по-голяма от тази при закаляване в масло, а малките части са по-малки от закаляването в масло. Ефективната дълбочина на закаляване на големите части е голяма. Това не може да се каже, че закаляването във вода има по-висока закаливаемост от закаляването в масло. Не може да се каже, че малките части имат по-висока закаливаемост от големите части. Вижда се, че за да се оцени закаливаемостта на стоманата, трябва да се елиминира влиянието на външни фактори като форма, размер на детайла, охлаждаща среда и др.
Освен това, тъй като закаляемостта и закаляемостта са две различни понятия, стоманата с висока твърдост след закаляване не е задължително да има висока закаляемост; а стоманата с ниска твърдост също може да има висока закаляемост.
2. Фактори, влияещи върху закаляемостта
Закаливаемостта на стоманата зависи от стабилността на аустенита. Всеки фактор, който може да подобри стабилността на преохладен аустенит, да измести C кривата надясно и по този начин да намали критичната скорост на охлаждане, може да подобри закаливаемостта на висококачествената стомана. Стабилността на аустенита зависи главно от неговия химичен състав, размер на зърната и еднородност на състава, които са свързани с химичния състав на стоманата и условията на нагряване.
3. Метод за измерване на закаляемостта
Съществуват много методи за измерване на закалителността на стоманата, като най-често използваните са методът за измерване на критичния диаметър и методът за изпитване на крайна закалителност.
(1) Метод за измерване на критичен диаметър
След закаляване на стоманата в определена среда, максималният диаметър, при който сърцевината придобие изцяло мартензитна или 50% мартензитна структура, се нарича критичен диаметър и е представен от Dc. Методът за измерване на критичния диаметър е да се изработят серия кръгли пръти с различни диаметри и след закаляване да се измери U-кривата на твърдост, разпределена по диаметъра на всяка секция от пробата, и да се намери прътът с полумартензитна структура в центъра. Диаметърът на кръглия прът е критичният диаметър. Колкото по-голям е критичният диаметър, толкова по-висока е закалиемостта на стоманата.
(2) Метод за изпитване на крайно закаляване
Методът за изпитване с крайно закаляване използва образец със стандартен размер закален край (Ф25 мм × 100 мм). След аустенитизация, единият край на образеца се напръсква с вода със специално оборудване, за да се охлади. След охлаждане, твърдостта се измерва по посока на оста - от охладения с вода край. Метод за изпитване за крива на зависимостта на разстоянието. Методът за изпитване с крайно закаляване е един от методите за определяне на закалителността на стоманата. Неговите предимства са лесна работа и широк обхват на приложение.
4. Закаляване на напрежението, деформацията и напукването
(1) Вътрешно напрежение на детайла по време на закаляване
Когато детайлът се охлажда бързо в закалителна среда, тъй като детайлът има определен размер и коефициентът на топлопроводимост също е определена стойност, по време на процеса на охлаждане по вътрешната му част ще възникне определен температурен градиент. Температурата на повърхността е ниска, температурата на сърцевината е висока, а температурите на повърхността и сърцевината са високи. Има температурна разлика. По време на процеса на охлаждане на детайла има и две физични явления: едното е термично разширение, при което с понижаване на температурата дължината на линията на детайла се свива; другото е превръщането на аустенит в мартензит, когато температурата падне до точката на мартензитна трансформация, което ще увеличи специфичния обем. Поради температурната разлика по време на процеса на охлаждане, количеството термично разширение ще бъде различно в различните части на напречното сечение на детайла и в различните части на детайла ще се генерира вътрешно напрежение. Поради наличието на температурни разлики в детайла, може да има и части, където температурата пада по-бързо от точката, където се образува мартензит. При трансформация обемът се разширява, а частите с висока температура все още са по-високи от точката и все още са в аустенитно състояние. Тези различни части също ще генерират вътрешно напрежение поради разликите в специфичните промени в обема. Следователно, по време на процеса на закаляване и охлаждане могат да се генерират два вида вътрешно напрежение: едното е термично напрежение, а другото е тъканно напрежение.
Според характеристиките на времето на съществуване на вътрешното напрежение, то може да се раздели на моментно напрежение и остатъчно напрежение. Вътрешното напрежение, генерирано от детайла в определен момент по време на процеса на охлаждане, се нарича моментно напрежение; след като детайлът се охлади, напрежението, оставащо вътре в детайла, се нарича остатъчно напрежение.
Термичното напрежение се отнася до напрежението, причинено от неравномерно термично разширение (или свиване при студ), дължащо се на температурни разлики в различните части на детайла, когато той се нагрява (или охлажда).
Сега вземете един плътен цилиндър като пример, за да илюстрирате правилата за образуване и промяна на вътрешното напрежение по време на процеса на охлаждане. Тук се обсъжда само аксиалното напрежение. В началото на охлаждането, тъй като повърхността се охлажда бързо, температурата е ниска и се свива много, докато сърцевината се охлажда, температурата е висока и свиването е малко. В резултат на това повърхността и вътрешността са взаимно ограничени, което води до опънно напрежение върху повърхността, докато сърцевината е под налягане. С напредването на охлаждането температурната разлика между вътрешната и външната страна се увеличава и вътрешното напрежение също се увеличава съответно. Когато напрежението се увеличи и надвиши границата на провлачване при тази температура, се получава пластична деформация. Тъй като дебелината на сърцевината е по-голяма от тази на повърхността, сърцето винаги се свива първо аксиално. В резултат на пластичната деформация вътрешното напрежение вече не се увеличава. След охлаждане до определен период от време, намаляването на температурата на повърхността постепенно ще се забави и свиването ѝ също постепенно ще намалее. По това време сърцевината все още се свива, така че опънното напрежение върху повърхността и компресионното напрежение върху сърцевината постепенно ще намалеят, докато изчезнат напълно. Въпреки това, с продължаващото охлаждане, повърхностната влажност намалява и свиването става все по-малко или дори спира. Тъй като температурата в сърцевината е все още висока, тя ще продължи да се свива и накрая върху повърхността на детайла ще се образува напрежение на натиск, докато сърцевината ще има напрежение на опън. Тъй като температурата е ниска, обаче, пластичната деформация не е лесна за възникване, така че това напрежение ще се увеличи с напредването на охлаждането. То продължава да се увеличава и накрая остава вътре в детайла като остатъчно напрежение.
Вижда се, че термичното напрежение по време на процеса на охлаждане първоначално води до разтягане на повърхностния слой и свиване на сърцевината, а останалото остатъчно напрежение е свиването на повърхностния слой и разтягането на сърцевината.
В обобщение, термичното напрежение, генерирано по време на закаляване и охлаждане, се дължи на температурната разлика в напречното сечение по време на процеса на охлаждане. Колкото по-голяма е скоростта на охлаждане и колкото по-голяма е температурната разлика в напречното сечение, толкова по-голямо е генерираното термично напрежение. При едни и същи условия на охлаждащата среда, колкото по-висока е температурата на нагряване на детайла, толкова по-голям е размерът му, толкова по-малка е топлопроводимостта на стоманата, толкова по-голяма е температурната разлика в детайла и толкова по-голямо е термичното напрежение. Ако детайлът се охлажда неравномерно при висока температура, той ще се деформира. Ако моментното напрежение на опън, генерирано по време на процеса на охлаждане на детайла, е по-голямо от якостта на опън на материала, ще се появят пукнатини от закаляване.
Напрежението на фазовата трансформация се отнася до напрежението, причинено от различното време на фазова трансформация в различни части на детайла по време на процеса на термична обработка, известно още като тъканно напрежение.
По време на закаляване и бързо охлаждане, когато повърхностният слой се охлади до точката Ms, настъпва мартензитна трансформация и причинява разширяване на обема. Въпреки това, поради запушването на сърцевината, която все още не е претърпяла трансформация, повърхностният слой генерира напрежение на натиск, докато сърцевината има напрежение на опън. Когато напрежението е достатъчно голямо, то ще причини деформация. Когато сърцевината се охлади до точката Ms, тя също ще претърпи мартензитна трансформация и ще се разшири по обем. Въпреки това, поради ограниченията на трансформирания повърхностен слой с ниска пластичност и висока якост, крайното му остатъчно напрежение ще бъде под формата на повърхностно напрежение и сърцевината ще бъде под налягане. Вижда се, че промяната и крайното състояние на напрежението на фазовата трансформация са точно противоположни на термичното напрежение. Освен това, тъй като напрежението на фазовата промяна се случва при ниски температури с ниска пластичност, деформацията е трудна в този момент, така че напрежението на фазовата промяна е по-вероятно да причини напукване на детайла.
Много фактори влияят върху размера на напрежението на фазова трансформация. Колкото по-бърза е скоростта на охлаждане на стоманата в температурния диапазон на мартензитна трансформация, колкото по-голям е размерът на стоманената заготовка, толкова по-лоша е топлопроводимостта на стоманата, колкото по-голям е специфичният обем на мартензита, толкова по-голямо става напрежението на фазова трансформация. Освен това, напрежението на фазова трансформация е свързано и със състава на стоманата и нейната закаливаемост. Например, високовъглеродната високолегирана стомана увеличава специфичния обем на мартензита поради високото си съдържание на въглерод, което би трябвало да увеличи напрежението на фазова трансформация в стоманата. С увеличаване на съдържанието на въглерод обаче точката Ms намалява и след закаляване остава голямо количество аустенит. Обемното му разширение намалява и остатъчното напрежение е ниско.
(2) Деформация на детайла по време на закаляване
По време на закаляване има два основни вида деформация в детайла: едната е промяната в геометричната форма на детайла, която се проявява като промени в размера и формата, често наричана деформация на изкривяване, причинена от напрежението при закаляване; другата е обемна деформация, която се проявява като пропорционално разширяване или свиване на обема на детайла, причинено от промяната в специфичния обем по време на фазова промяна.
Деформацията на изкривяване включва също деформация на формата и деформация на усукване. Деформацията на усукване се причинява главно от неправилно поставяне на детайла в пещта по време на нагряване или липса на обработка на оформянето след корекция на деформацията преди закаляване, или неравномерно охлаждане на различни части от детайла, когато детайлът се охлажда. Тази деформация може да бъде анализирана и решена за специфични ситуации. По-долу се разглеждат основно обемната деформация и деформацията на формата.
1) Причини за деформация от закаляване и нейните променящи се правила
Обемна деформация, причинена от структурна трансформация. Структурното състояние на детайла преди закаляване обикновено е перлит, т.е. смесена структура от ферит и цементит, а след закаляване е мартензитна структура. Различните специфични обеми на тези тъкани ще доведат до промени в обема преди и след закаляване, което ще доведе до деформация. Тази деформация обаче води само до пропорционално разширяване и свиване на детайла, така че не променя формата му.
Освен това, колкото повече мартензит има в структурата след термична обработка или колкото по-високо е съдържанието на въглерод в мартензита, толкова по-голямо е обемното му разширение, а колкото по-голямо е количеството задържан аустенит, толкова по-малко е обемното разширение. Следователно, промяната в обема може да се контролира чрез контролиране на относителното съдържание на мартензит и остатъчен мартензит по време на термична обработка. Ако се контролира правилно, обемът нито ще се разшири, нито ще се свие.
Деформация на формата, причинена от термично напрежение. Деформацията, причинена от термично напрежение, се среща в области с висока температура, където границата на провлачване на стоманените части е ниска, пластичността е висока, повърхността се охлажда бързо и температурната разлика между вътрешната и външната страна на детайла е най-голяма. В този момент моментното термично напрежение е повърхностно опънно напрежение и напрежение на натиск в сърцевината. Тъй като температурата на сърцевината е висока в този момент, границата на провлачване е много по-ниска от тази на повърхността, така че се проявява като деформация под действието на многопосочно напрежение на натиск, т.е. кубът е сферичен по посока. Разнообразие. Резултатът е, че по-големият се свива, докато по-малкият се разширява. Например, дълъг цилиндър се скъсява по посока на дължината и се разширява по посока на диаметъра.
Деформация на формата, причинена от тъканно напрежение Деформацията, причинена от тъканно напрежение, се появява и в ранния момент, когато тъканното напрежение е максимално. По това време температурната разлика в напречното сечение е голяма, температурата на сърцевината е по-висока, тя е все още в аустенитно състояние, пластичността е добра, а границата на провлачване е ниска. Моментното тъканно напрежение е повърхностно напрежение на натиск и напрежение на опън в сърцевината. Следователно, деформацията се проявява като удължаване на сърцевината под действието на многопосочно напрежение на опън. Резултатът е, че под действието на тъканното напрежение, по-голямата страна на детайла се удължава, докато по-малката страна се скъсява. Например, деформацията, причинена от тъканно напрежение в дълъг цилиндър, е удължаване на дължината и намаляване на диаметъра.
Таблица 5.3 показва правилата за деформация при закаляване на различни типични стоманени части.
2) Фактори, влияещи върху деформацията при закаляване
Факторите, които влияят върху деформацията от закаляване, са главно химичният състав на стоманата, оригиналната структура, геометрията на частите и процесът на термична обработка.
3) Закаляване на пукнатини
Пукнатините в частите се появяват главно в късния етап на закаляване и охлаждане, т.е. след като мартензитната трансформация е основно завършена или след пълно охлаждане, възниква крехко разрушаване, защото опънното напрежение в частите надвишава якостта на счупване на стоманата. Пукнатините обикновено са перпендикулярни на посоката на максималната деформация на опън, така че различните форми на пукнатини в частите зависят главно от състоянието на разпределение на напрежението.
Често срещани видове пукнатини от закаляване: Надлъжните (аксиални) пукнатини се образуват главно, когато тангенциалното напрежение на опън надвишава якостта на скъсване на материала; напречните пукнатини се образуват, когато голямото аксиално напрежение на опън, образувано върху вътрешната повърхност на детайла, надвишава якостта на скъсване на материала. Пукнатини; мрежовите пукнатини се образуват под действието на двуизмерно напрежение на опън върху повърхността; лющещите се пукнатини се появяват в много тънък втвърден слой, което може да се случи, когато напрежението се промени рязко и прекомерното напрежение на опън действа в радиална посока. Вид пукнатина.
Надлъжните пукнатини се наричат още аксиални пукнатини. Пукнатините възникват при максимално напрежение на опън близо до повърхността на детайла и имат определена дълбочина към центъра. Посоката на пукнатините обикновено е успоредна на оста, но може да се промени и когато има концентрация на напрежение в детайла или когато има вътрешни структурни дефекти.
След пълно закаляване на детайла, е възможно да се появят надлъжни пукнатини. Това е свързано с голямото тангенциално напрежение на опън върху повърхността на закаления детайл. С увеличаване на съдържанието на въглерод в стоманата, склонността към образуване на надлъжни пукнатини се увеличава. Нисковъглеродната стомана има малък специфичен обем мартензит и силно термично напрежение. На повърхността има голямо остатъчно напрежение на натиск, така че не е лесно да се закали. С увеличаване на съдържанието на въглерод, повърхностното напрежение на натиск намалява, а структурното напрежение се увеличава. В същото време пикът на напрежението на опън се измества към повърхностния слой. Следователно, високовъглеродната стомана е склонна към надлъжни пукнатини от закаляване при прегряване.
Размерът на частите пряко влияе върху размера и разпределението на остатъчното напрежение, а тенденцията им към напукване от закаляване също е различна. Надлъжните пукнатини също лесно се образуват чрез закаляване в опасния диапазон на размерите на напречното сечение. Освен това, блокирането на стоманените суровини често причинява надлъжни пукнатини. Тъй като повечето стоманени части се произвеждат чрез валцуване, не-златни включвания, карбиди и др. в стоманата са разпределени по посока на деформация, което води до анизотропия на стоманата. Например, ако инструменталната стомана има лентова структура, нейната напречна якост на счупване след закаляване е с 30% до 50% по-малка от надлъжната якост на счупване. Ако има фактори като не-златни включвания в стоманата, които причиняват концентрация на напрежение, дори ако тангенциалното напрежение е по-голямо от аксиалното напрежение, надлъжните пукнатини лесно се образуват при условия на ниско напрежение. Поради тази причина стриктният контрол на нивото на неметални включвания и захар в стоманата е важен фактор за предотвратяване на пукнатини от закаляване.
Характеристиките на разпределението на вътрешното напрежение при напречните пукнатини и дъговите пукнатини са следните: повърхността е подложена на натиск. След като се отдалечи от повърхността на определено разстояние, натискното напрежение се променя в голямо опънно напрежение. Пукнатината възниква в зоната на опънното напрежение и след това, когато вътрешното напрежение се разпространява към повърхността на детайла, то се преразпределя или крехкостта на стоманата се увеличава допълнително.
Напречни пукнатини често се появяват в големи части на вала, като ролки, ротори на турбини или други части на вала. Характеристиките на пукнатините са, че са перпендикулярни на посоката на оста и се разкъсват отвътре навън. Те често се образуват преди закаляване и са причинени от термично напрежение. Големите изковки често имат металургични дефекти като пори, включвания, пукнатини от коване и бели петна. Тези дефекти служат като отправна точка на счупване и се счупват под действието на аксиално напрежение на опън. Дъговите пукнатини се причиняват от термично напрежение и обикновено се разпределят дъгообразно в частите, където формата на детайла се променя. Те се появяват главно вътре в детайла или близо до остри ръбове, канали и отвори и се разпределят дъгообразно. Когато части от високовъглеродна стомана с диаметър или дебелина от 80 до 100 мм или повече не се закалят, повърхността ще покаже напрежение на натиск, а центърът - напрежение на опън. Максималното напрежение на опън се появява в преходната зона от закаления слой към незакаления слой и в тези области се появяват дъгови пукнатини. Освен това, скоростта на охлаждане при острите ръбове и ъгли е бърза и всички се закаляват. При преход към меки части, т.е. към незакалена зона, тук се появява зоната с максимално напрежение на опън, така че е податлива на поява на дъгови пукнатини. Скоростта на охлаждане в близост до отвора за щифт, жлеба или централния отвор на детайла е бавна, съответният закален слой е тънък и напрежението на опън в близост до закалената преходна зона може лесно да причини дъгови пукнатини.
Ретикуларните пукнатини, известни още като повърхностни пукнатини, са повърхностни пукнатини. Дълбочината на пукнатината е плитка, обикновено около 0,01~1,5 мм. Основната характеристика на този вид пукнатина е, че произволната посока на пукнатината няма нищо общо с формата на детайла. Много пукнатини са свързани помежду си, образувайки мрежа и са широко разпространени. Когато дълбочината на пукнатината е по-голяма, например повече от 1 мм, мрежовите характеристики изчезват и се превръщат в произволно ориентирани или надлъжно разпределени пукнатини. Мрежовите пукнатини са свързани със състоянието на двуизмерно опънно напрежение върху повърхността.
Частите от високовъглеродна или карбуризирана стомана с декарбуризиран слой на повърхността са склонни към образуване на мрежови пукнатини по време на закаляване. Това е така, защото повърхностният слой има по-ниско съдържание на въглерод и по-малък специфичен обем от вътрешния слой мартензит. По време на закаляване повърхностният слой на карбида е подложен на опънно напрежение. Частите, чийто дефосфоризационен слой не е напълно отстранен по време на механична обработка, също ще образуват мрежови пукнатини по време на високочестотно или пламъчно повърхностно закаляване. За да се избегнат такива пукнатини, качеството на повърхността на частите трябва да се контролира стриктно и да се предотвратява окислително заваряване по време на термична обработка. Освен това, след определен период от време, пукнатини от термична умора, които се появяват на ленти или мрежи в кухината, и пукнатини по време на процеса на шлифоване на закалените части, принадлежат към тази форма.
Пукнатините от лющене се появяват в много тясна област на повърхностния слой. Напрежението на натиск действа в аксиална и тангенциална посока, а напрежението на опън - в радиална посока. Пукнатините са успоредни на повърхността на детайла. Отлепването на закаления слой след охлаждане на повърхността чрез закаляване и цементация принадлежи към такива пукнатини. Появата му е свързана с неравномерната структура на закаления слой. Например, след като легираната цементирана стомана се охлади с определена скорост, структурата на цементирания слой е: външен слой от изключително фин перлит + карбид, а подслоят е мартензит + остатъчен аустенит, докато вътрешният слой е с фин перлит или изключително фина перлитна структура. Тъй като специфичният обем на образуване на подслоя мартензит е най-голям, резултатът от разширяването на обема е, че напрежението на натиск действа върху повърхностния слой в аксиална и тангенциална посока, а напрежението на опън - в радиална посока, като настъпва мутация на напрежението навътре, преминавайки в състояние на напрежение на натиск. Пукнатините от лющене се появяват в изключително тънки области, където напрежението преминава рязко. Обикновено пукнатините се крият успоредно на повърхността и в тежки случаи могат да причинят повърхностно лющене. Ако скоростта на охлаждане на цементираните части се ускори или намали, в цементирания слой може да се получи равномерна мартензитна структура или ултрафина перлитна структура, което може да предотврати появата на такива пукнатини. Освен това, по време на високочестотно или пламъчно закаляване на повърхността, повърхността често се прегрява и структурната нееднородност по протежение на закаления слой може лесно да образува такива повърхностни пукнатини.
Микропукнатините се различават от четирите гореспоменати пукнатини по това, че са причинени от микронапрежение. Междукристалните пукнатини, които се появяват след закаляване, прегряване и шлифоване на високовъглеродна инструментална стомана или цементирани детайли, както и пукнатините, причинени от ненавременно отпускане на закалени части, са свързани с наличието и последващото разширяване на микропукнатини в стоманата.
Микропукнатините трябва да се изследват под микроскоп. Те обикновено се появяват по границите на оригиналните аустенитни зърна или на кръстовището на мартензитните листове. Някои пукнатини проникват в мартензитните листове. Изследванията показват, че микропукнатините са по-често срещани в люспест двойников мартензит. Причината е, че люспестият мартензит се сблъсква един с друг, когато расте с висока скорост, и генерира високо напрежение. Самият двойников мартензит обаче е крехък и не може да генерира пластична деформация, която отпуска напрежението, като по този начин лесно причинява микропукнатини. Аустенитните зърна са едри и податливостта към микропукнатини се увеличава. Наличието на микропукнатини в стоманата значително ще намали якостта и пластичността на закалените части, което ще доведе до ранно повреждане (счупване) на частите.
За да се избегнат микропукнатини във високовъглеродни стоманени части, могат да се предприемат мерки като по-ниска температура на закаляване, получаване на фина мартензитна структура и намаляване на съдържанието на въглерод в мартензита. Освен това, навременното отпускане след закаляване е ефективен метод за намаляване на вътрешното напрежение. Тестовете са доказали, че след достатъчно отпускане над 200°C, карбидите, утаени в пукнатините, имат ефект на „заваряване“ на пукнатините, което може значително да намали опасността от микропукнатини.
Горното е обсъждане на причините и методите за предотвратяване на пукнатини въз основа на модела на разпределение на пукнатините. В реалното производство разпределението на пукнатините варира поради фактори като качество на стоманата, форма на детайла и технология за гореща и студена обработка. Понякога пукнатини вече съществуват преди термичната обработка и се разширяват допълнително по време на процеса на закаляване; понякога няколко вида пукнатини могат да се появят в една и съща част едновременно. В този случай, въз основа на морфологичните характеристики на пукнатината, макроскопски анализ на повърхността на счупване, металографско изследване и, когато е необходимо, химичен анализ и други методи, трябва да се използват за провеждане на цялостен анализ от качеството на материала, организационната структура до причините за напреженията при термична обработка, за да се открият основните причини и след това да се определят ефективни превантивни мерки.
Анализът на пукнатините чрез разрушаване е важен метод за анализ на причините за появата им. Всяко разрушаване има начална точка за появата на пукнатини. Пукнатините от закаляване обикновено започват от точката на сближаване на радиалните пукнатини.
Ако произходът на пукнатината се намира на повърхността на детайла, това означава, че пукнатината е причинена от прекомерно опънно напрежение върху повърхността. Ако няма структурни дефекти, като например включвания по повърхността, но има фактори на концентрация на напрежение, като например силни следи от нож, оксиден окалина, остри ъгли на стоманени части или структурни промени, могат да се появят пукнатини.
Ако произходът на пукнатината е вътре в детайла, тя е свързана с дефекти в материала или прекомерно вътрешно остатъчно напрежение на опън. Повърхността на счупване при нормално закаляване е сива и фин порцелан. Ако повърхността на счупване е тъмносива и грапава, това е причинено от прегряване или оригиналната тъкан е дебела.
Най-общо казано, не трябва да има окислителен цвят върху стъклената част на пукнатината от закаляването и не трябва да има обезвъглеродяване около пукнатината. Ако има обезвъглеродяване около пукнатината или окислителен цвят върху пукнатината, това показва, че детайлът вече е имал пукнатини преди закаляването и първоначалните пукнатини ще се разширят под влияние на напрежението при термична обработка. Ако се видят отделени карбиди и включвания близо до пукнатините на детайла, това означава, че пукнатините са свързани със силното отделяне на карбиди в суровината или наличието на включвания. Ако пукнатини се появяват само в острите ъгли или частите с промяна на формата на детайла, без горното явление, това означава, че пукнатината е причинена от неправилен структурен дизайн на детайла или неправилни мерки за предотвратяване на пукнатини, или прекомерно напрежение при термична обработка.
Освен това, пукнатините при химическа термична обработка и повърхностно закаляване на детайлите се появяват най-вече близо до закаления слой. Подобряването на структурата на закаления слой и намаляването на напрежението при термична обработка са важни начини за избягване на повърхностни пукнатини.
Време на публикуване: 22 май 2024 г.