Визначення та мета гартування
Сталь нагрівають до температури вище критичної точки Ac3 (доевтектоїдна сталь) або Ac1 (заевтектоїдна сталь), витримують певний час для повної або часткової аустенізації, а потім охолоджують зі швидкістю, що перевищує критичну швидкість гартування. Процес термічної обробки, який перетворює переохолоджений аустеніт на мартенсит або нижчий бейніт, називається гартуванням.
Метою гартування є перетворення переохолодженого аустеніту на мартенсит або бейніт для отримання мартенситної або нижчої бейнітної структури, що потім поєднується з відпуском за різних температур, щоб значно покращити міцність, твердість та стійкість сталі. Зносостійкість, втомна міцність та в'язкість тощо, щоб задовольнити різні вимоги використання різних механічних деталей та інструментів. Гартування також може бути використане для задоволення спеціальних фізичних та хімічних властивостей деяких спеціальних сталей, таких як феромагнетизм та корозійна стійкість.
Коли сталеві деталі охолоджуються в гартівному середовищі зі зміною агрегатного стану, процес охолодження зазвичай поділяється на такі три стадії: стадія парової плівки, стадія кипіння та стадія конвекції.
Загартованість сталі
Загартовуваність та прогартовуваність – це два показники, що характеризують здатність сталі до гартування. Вони також є важливою основою для вибору та використання матеріалу.
1. Поняття прогартовуваності та загартовуваності
Загартовуваність – це здатність сталі досягати найвищої твердості при гартуванні та загартуванні за ідеальних умов. Основним фактором, що визначає загартовуваність сталі, є вміст вуглецю в сталі. Точніше, це вміст вуглецю, розчиненого в аустеніті під час гартування та нагрівання. Чим вищий вміст вуглецю, тим вища загартовуваність сталі. Легуючі елементи в сталі мало впливають на загартовуваність, але вони мають значний вплив на загартовуваність сталі.
Прогартовуваність стосується характеристик, що визначають глибину гартування та розподіл твердості сталі за певних умов. Тобто, здатність досягати глибини загартованого шару при гартуванні сталі. Це невід'ємна властивість сталі. Прогартовуваність фактично відображає легкість, з якою аустеніт перетворюється на мартенсит при гартуванні сталі. Вона головним чином пов'язана зі стабільністю переохолодженого аустеніту сталі або з критичною швидкістю охолодження сталі при гартуванні.
Слід також зазначити, що загартовуваність сталі слід відрізняти від ефективної глибини загартування сталевих деталей за певних умов гартування. Загартовуваність сталі є невід'ємною властивістю самої сталі. Вона залежить лише від її внутрішніх факторів і не має нічого спільного із зовнішніми. Ефективна глибина загартування сталі залежить не тільки від загартовуваності сталі, але й від використаного матеріалу. Вона пов'язана із зовнішніми факторами, такими як охолоджувальне середовище та розмір заготовки. Наприклад, за однакових умов аустенітизації загартовуваність тієї ж сталі однакова, але ефективна глибина загартування при гартуванні у воді більша, ніж при гартуванні в олії, а дрібні деталі менші, ніж при гартуванні в олії. Ефективна глибина загартування великих деталей велика. Це не означає, що загартування у воді має вищу загартовуваність, ніж гартування в олії. Не можна сказати, що дрібні деталі мають вищу загартовуваність, ніж великі деталі. Видно, що для оцінки загартовуваності сталі необхідно виключити вплив зовнішніх факторів, таких як форма заготовки, розмір, охолоджувальне середовище тощо.
Крім того, оскільки прогартовуваність та загартовуваність – це два різні поняття, сталь з високою твердістю після гартування не обов'язково має високу прогартовуваність; а сталь з низькою твердістю також може мати високу прогартовуваність.
2. Фактори, що впливають на прогартовуваність
Гартування сталі залежить від стабільності аустеніту. Будь-який фактор, який може покращити стабільність переохолодженого аустеніту, змістити криву C праворуч і тим самим зменшити критичну швидкість охолодження, може покращити гартування високоміцної сталі. Стабільність аустеніту головним чином залежить від його хімічного складу, розміру зерна та однорідності складу, які пов'язані з хімічним складом сталі та умовами нагрівання.
3. Метод вимірювання загартовуваності
Існує багато методів вимірювання прогартованості сталі, найпоширенішими з яких є метод вимірювання критичного діаметра та метод випробування на кінцеву прогартованість.
(1) Метод вимірювання критичного діаметра
Після гартування сталі в певному середовищі максимальний діаметр, коли серцевина набуває повністю мартенситної або 50% мартенситної структури, називається критичним діаметром і позначається як Dc. Метод вимірювання критичного діаметра полягає у виготовленні серії круглих стрижнів різного діаметра, а після гартування вимірюють криву твердості U, розподілену вздовж діаметра на кожній ділянці зразка, і знаходять стрижень із напівмартенситною структурою в центрі. Діаметр круглого стрижня - це критичний діаметр. Чим більший критичний діаметр, тим вища прогартовуваність сталі.
(2) Метод випробування на кінцеве гартування
Метод випробування на загартування використовує зразок стандартного розміру (Ф25 мм × 100 мм). Після аустенітизації один кінець зразка охолоджується водою за допомогою спеціального обладнання. Після охолодження твердість вимірюється вздовж напрямку осі – від охолоджуваного водою кінця. Метод випробування для кривої залежності від відстані. Метод випробування на загартування є одним із методів визначення прогартованості сталі. Його перевагами є простота експлуатації та широкий діапазон застосування.
4. Зняття напруги, деформації та розтріскування
(1) Внутрішнє напруження заготовки під час гартування
Коли заготовка швидко охолоджується в гартуючому середовищі, оскільки заготовка має певний розмір, а коефіцієнт теплопровідності також має певне значення, під час процесу охолодження вздовж внутрішньої частини заготовки виникатиме певний градієнт температури. Температура поверхні низька, температура ядра висока, а температура поверхні та ядра високі. Існує різниця температур. Під час процесу охолодження заготовки також відбуваються два фізичні явища: одне - теплове розширення, коли температура падає, довжина лінії заготовки зменшується; інше - перетворення аустеніту в мартенсит, коли температура падає до точки мартенситного перетворення, що збільшує питомий об'єм. Через різницю температур під час процесу охолодження величина теплового розширення буде різною в різних частинах поперечного перерізу заготовки, і в різних частинах заготовки виникатимуть внутрішні напруження. Через існування різниці температур всередині заготовки також можуть бути частини, де температура падає швидше, ніж точка утворення мартенситу. Трансформація, об'єм розширюється, а деталі з високою температурою все ще знаходяться вище точки та все ще перебувають в аустенітному стані. Ці різні деталі також створюватимуть внутрішні напруження через різницю в питомих змінах об'єму. Таким чином, під час процесу гартування та охолодження можуть виникати два види внутрішніх напружень: одне - термічне напруження; інше - тканинне напруження.
За характеристиками часу існування внутрішніх напружень їх також можна розділити на миттєві та залишкові. Внутрішні напруження, що виникають у заготовці в певний момент під час процесу охолодження, називаються миттєвими напруженнями; після охолодження заготовки напруження, що залишається всередині заготовки, називаються залишковими напруженнями.
Термічна напруга – це напруга, спричинена нерівномірним тепловим розширенням (або холодним стисненням) через різницю температур у різних частинах заготовки під час її нагрівання (або охолодження).
Тепер візьмемо як приклад твердий циліндр, щоб проілюструвати правила формування та зміни внутрішніх напружень під час процесу його охолодження. Тут розглядається лише осьове напруження. На початку охолодження, оскільки поверхня швидко охолоджується, температура низька і сильно стискається, тоді як під час охолодження серцевини температура висока, а усадка невелика. В результаті поверхня та внутрішня частина взаємно стримуються, що призводить до виникнення розтягувального напруження на поверхні, тоді як серцевина знаходиться під тиском. У міру охолодження різниця температур між внутрішньою та зовнішньою частинами збільшується, і внутрішнє напруження також відповідно збільшується. Коли напруження зростає і перевищує межу текучості за цієї температури, відбувається пластична деформація. Оскільки товщина серцевини вища, ніж товщина поверхні, серцевина завжди спочатку стискається осьово. В результаті пластичної деформації внутрішнє напруження більше не збільшується. Після охолодження до певного періоду часу зниження температури поверхні поступово сповільниться, а її усадка також поступово зменшиться. У цей час серцевина все ще стискається, тому розтягувальне напруження на поверхні та стискальне напруження на серцевині поступово зменшуватимуться, доки не зникнуть. Однак, у міру продовження охолодження, вологість поверхні стає все нижчою, а величина усадки зменшується або навіть припиняється. Оскільки температура в осерді все ще висока, воно продовжуватиме стискатися, і зрештою на поверхні заготовки утворюватиметься стискаюче напруження, тоді як в осерді виникатиме розтягувальне напруження. Однак, оскільки температура низька, пластична деформація нелегко виникне, тому це напруження зростатиме в міру охолодження. Воно продовжує зростати і зрештою залишається всередині заготовки як залишкове напруження.
Видно, що термічне напруження під час процесу охолодження спочатку призводить до розтягування поверхневого шару та стиснення серцевини, а решта залишкового напруження - це стиснення поверхневого шару та розтягування серцевини.
Підсумовуючи, теплове напруження, що виникає під час гартування та охолодження, спричинене різницею температур поперечного перерізу під час процесу охолодження. Чим більша швидкість охолодження та чим більша різниця температур поперечного перерізу, тим більше створюється теплове напруження. За однакових умов охолоджувального середовища, чим вища температура нагрівання заготовки, тим більший її розмір, тим менша теплопровідність сталі, тим більша різниця температур усередині заготовки та тим більше теплове напруження. Якщо заготовка охолоджується нерівномірно при високій температурі, вона деформується та деформується. Якщо миттєве розтягувальне напруження, що виникає під час охолодження заготовки, більше, ніж міцність матеріалу на розтяг, виникнуть гартувальні тріщини.
Фазове перетворення – це напруження, спричинене різним часом фазового перетворення в різних частинах заготовки під час процесу термічної обробки, також відоме як тканинне напруження.
Під час гартування та швидкого охолодження, коли поверхневий шар охолоджується до точки Ms, відбувається мартенситне перетворення та розширення об'єму. Однак, через перешкоду в серцевині, яка ще не зазнала перетворення, поверхневий шар створює стискаюче напруження, тоді як серцевина має розтягувальне напруження. Коли напруження достатньо велике, це викликає деформацію. Коли серцевина охолоджується до точки Ms, вона також зазнає мартенситного перетворення та розширюється в об'ємі. Однак, через обмеження перетвореного поверхневого шару з низькою пластичністю та високою міцністю, її кінцеве залишкове напруження буде у формі поверхневого натягу, і серцевина буде під тиском. Видно, що зміна та кінцевий стан напруження фазового перетворення прямо протилежні термічним напруженням. Більше того, оскільки напруження фазового переходу відбувається при низьких температурах з низькою пластичністю, деформація в цей час утруднена, тому напруження фазового переходу, швидше за все, спричинить розтріскування заготовки.
Існує багато факторів, що впливають на величину напруження фазового переходу. Чим швидше охолодження сталі в діапазоні температур мартенситного перетворення, чим більший розмір сталевого шматка, тим гірша теплопровідність сталі, чим більший питомий об'єм мартенситу, тим більша напруга фазового переходу. Чим вона більша. Крім того, напруга фазового переходу також пов'язана зі складом сталі та її гартуванням. Наприклад, високовуглецева високолегована сталь збільшує питомий об'єм мартенситу через високий вміст вуглецю, що повинно збільшувати напругу фазового переходу сталі. Однак зі збільшенням вмісту вуглецю точка Ms зменшується, і після гартування залишається велика кількість залишкового аустеніту. Його об'ємне розширення зменшується, а залишкова напруга низька.
(2) Деформація заготовки під час гартування
Під час гартування в заготовці виникають два основних типи деформації: один - це зміна геометричної форми заготовки, яка проявляється у змінах розмірів та форми, часто звана деформацією викривлення, що викликана гартуючим напруженням; інший - це об'ємна деформація, яка проявляється у пропорційному розширенні або стисненні об'єму заготовки, що викликано зміною питомого об'єму під час фазової зміни.
Деформація викривлення також включає деформацію форми та деформацію скручування. Деформація скручування головним чином спричинена неправильним розміщенням заготовки в печі під час нагрівання, або відсутністю формування після корекції деформації перед гартуванням, або нерівномірним охолодженням різних частин заготовки під час охолодження заготовки. Цю деформацію можна проаналізувати та вирішити для конкретних ситуацій. Далі в основному розглядаються об'ємна деформація та деформація форми.
1) Причини деформації гарту та правила її зміни
Об'ємна деформація, спричинена структурною трансформацією. Структурний стан заготовки перед гартуванням, як правило, перлітний, тобто має змішану структуру фериту та цементиту, а після гартування — мартенситну структуру. Різні питомі об'єми цих тканин спричиняють зміни об'єму до та після гартування, що призводить до деформації. Однак ця деформація призводить лише до пропорційного розширення та стиснення заготовки, тому вона не змінює її форму.
Крім того, чим більше мартенситу в структурі після термічної обробки або чим вищий вміст вуглецю в мартенситі, тим більше його об'ємне розширення, а чим більша кількість залишкового аустеніту, тим менше об'ємне розширення. Отже, зміну об'єму можна контролювати, контролюючи відносний вміст мартенситу та залишкового мартенситу під час термічної обробки. За умови правильного контролю об'єм не буде ні розширюватися, ні зменшуватися.
Деформація форми, спричинена термічним напруженням. Деформація, спричинена термічним напруженням, виникає в областях високої температури, де межа текучості сталевих деталей низька, пластичність висока, поверхня швидко охолоджується, а різниця температур між внутрішньою та зовнішньою частинами заготовки найбільша. У цей час миттєве термічне напруження - це поверхневе напруження розтягу та напруження стиску серцевини. Оскільки температура серцевини в цей час висока, межа текучості значно нижча, ніж поверхнева, тому вона проявляється як деформація під дією різноспрямованих напружень стиску, тобто куб має сферичну форму. Різноманітність. В результаті більший циліндр стискається, а менший розширюється. Наприклад, довгий циліндр скорочується в напрямку довжини та розширюється в напрямку діаметра.
Деформація форми, спричинена тканинним напруженням. Деформація, спричинена тканинним напруженням, також виникає на ранніх етапах, коли тканинне напруження максимальне. У цей час різниця температур поперечного перерізу велика, температура ядра вища, воно все ще знаходиться в аустенітному стані, пластичність добра, а межа текучості низька. Миттєве тканинне напруження - це поверхневе стискаюче напруження та розтягувальне напруження ядра. Тому деформація проявляється як видовження ядра під дією різноспрямованих розтягувальних напружень. В результаті під дією тканинного напруження більша сторона заготовки видовжується, а менша - коротшає. Наприклад, деформація, спричинена тканинним напруженням у довгому циліндрі, - це видовження в довжину та зменшення діаметра.
У таблиці 5.3 наведено правила деформації гартування різних типових сталевих деталей.
2) Фактори, що впливають на деформацію гартування
Фактори, що впливають на деформацію гартування, це головним чином хімічний склад сталі, початкова структура, геометрія деталей та процес термічної обробки.
3) Гасіння тріщин
Тріщини в деталях виникають переважно на пізній стадії гартування та охолодження, тобто після того, як мартенситне перетворення фактично завершено або після повного охолодження, виникає крихке руйнування, оскільки розтягувальне напруження в деталях перевищує межу міцності сталі. Тріщини зазвичай перпендикулярні до напрямку максимальної деформації розтягу, тому різні форми тріщин у деталях головним чином залежать від стану розподілу напружень.
Поширені типи тріщин гартування: поздовжні (осьові) тріщини в основному утворюються, коли тангенціальне розтягувальне напруження перевищує міцність матеріалу на розрив; поперечні тріщини утворюються, коли велике осьове розтягувальне напруження, що утворюється на внутрішній поверхні деталі, перевищує міцність матеріалу на розрив. Тріщини; сітчасті тріщини утворюються під дією двовимірного розтягувального напруження на поверхні; відшаровувальні тріщини виникають у дуже тонкому загартованому шарі, що може виникнути, коли напруження різко змінюється, а надмірне розтягувальне напруження діє в радіальному напрямку. Вид тріщини.
Поздовжні тріщини також називають осьовими тріщинами. Тріщини виникають при максимальному напруженні розтягу поблизу поверхні деталі та мають певну глибину до центру. Напрямок тріщин зазвичай паралельний осі, але напрямок також може змінюватися, коли в деталі є концентрація напружень або коли є внутрішні структурні дефекти.
Після повного гартування заготовки схильні до утворення поздовжніх тріщин. Це пов'язано з великим тангенціальним напруженням розтягу на поверхні загартованої заготовки. Зі збільшенням вмісту вуглецю в сталі зростає схильність до утворення поздовжніх тріщин. Низьковуглецева сталь має невеликий питомий об'єм мартенситу та сильне термічне напруження. На поверхні є велике залишкове напруження стиску, тому її важко гартувати. Зі збільшенням вмісту вуглецю поверхневе напруження стиску зменшується, а структурне напруження збільшується. Водночас пікове напруження розтягу зміщується до поверхневого шару. Тому високовуглецева сталь схильна до поздовжніх гартуючих тріщин при перегріві.
Розмір деталей безпосередньо впливає на розмір та розподіл залишкових напружень, а також їхня схильність до розтріскування при гартуванні також різна. Поздовжні тріщини також легко утворюються під час гартування в межах небезпечного діапазону розмірів поперечного перерізу. Крім того, блокування сталевої сировини часто призводить до поздовжніх тріщин. Оскільки більшість сталевих деталей виготовляються методом прокатки, незолоті включення, карбіди тощо в сталі розподіляються вздовж напрямку деформації, що робить сталь анізотропною. Наприклад, якщо інструментальна сталь має стрічкоподібну структуру, її поперечна міцність на розрив після гартування на 30-50% менша, ніж поздовжня міцність на розрив. Якщо в сталі є такі фактори, як незолоті включення, які викликають концентрацію напружень, навіть якщо тангенціальне напруження більше, ніж осьове напруження, поздовжні тріщини легко утворюються в умовах низьких напружень. З цієї причини суворий контроль рівня неметалевих включень та цукру в сталі є важливим фактором запобігання тріщинам при гартуванні.
Характеристики розподілу внутрішніх напружень поперечних та дугоподібних тріщин такі: поверхня піддається стискаючому напруженню. Після віддалення від поверхні на певну відстань стискаюче напруження змінюється на велике розтягуюче напруження. Тріщина виникає в зоні розтягуючого напруження, а потім, коли внутрішнє напруження поширюється на поверхню деталі, воно перерозподіляється або крихкість сталі ще більше зростає.
Поперечні тріщини часто виникають у великих деталях валів, таких як ролики, ротори турбін або інші деталі валів. Характеристика тріщин полягає в тому, що вони перпендикулярні до напрямку осі та розриваються зсередини назовні. Вони часто утворюються до загартування та викликані термічним напруженням. Великі поковки часто мають металургійні дефекти, такі як пори, включення, тріщини кування та білі плями. Ці дефекти служать відправною точкою руйнування та ламаються під дією осьового розтягуючого напруження. Дугові тріщини викликані термічним напруженням і зазвичай розподіляються у формі дуги в місцях, де змінюється форма деталі. Вони в основному виникають всередині заготовки або поблизу гострих країв, канавок та отворів і розподіляються у формі дуги. Коли деталі з високовуглецевої сталі діаметром або товщиною від 80 до 100 мм або більше не гартуються, поверхня демонструватиме стискаюче напруження, а центр - розтягуюче напруження. Максимальне розтягуюче напруження виникає в перехідній зоні від загартованого шару до незагартованого шару, і в цих областях виникають дугові тріщини. Крім того, швидкість охолодження на гострих краях і кутах є високою, і всі вони гартуються. При переході до м'яких деталей, тобто до незагартованої ділянки, тут з'являється зона максимального розтягуючого напруження, тому схильні до виникнення дугових тріщин. Швидкість охолодження поблизу отвору для штифта, канавки або центрального отвору заготовки є повільною, відповідний загартований шар тонкий, а розтягуюче напруження поблизу загартованої перехідної зони може легко спричинити дугові тріщини.
Сітчасті тріщини, також відомі як поверхневі тріщини, є поверхневими тріщинами. Глибина тріщини невелика, зазвичай близько 0,01~1,5 мм. Основною характеристикою цього типу тріщин є те, що довільний напрямок тріщини не має нічого спільного з формою деталі. Багато тріщин з'єднані одна з одною, утворюючи мережу, і широко розподілені. Коли глибина тріщини більша, наприклад, більше 1 мм, характеристики мережі зникають і перетворюються на хаотично орієнтовані або поздовжньо розподілені тріщини. Сітчасті тріщини пов'язані зі станом двовимірного розтягувального напруження на поверхні.
Деталі з високовуглецевої або карбюризованої сталі з декарбюризованим шаром на поверхні схильні до утворення сітчастих тріщин під час гартування. Це пояснюється тим, що поверхневий шар має нижчий вміст вуглецю та менший питомий об'єм, ніж внутрішній шар мартенситу. Під час гартування поверхневий шар карбіду піддається розтягувальному напруженню. Деталі, шар дефосфоризації яких не був повністю видалений під час механічної обробки, також утворюватимуть сітчасті тріщини під час високочастотного або полум'яного поверхневого гартування. Щоб уникнути таких тріщин, якість поверхні деталей слід суворо контролювати, а окислювальне зварювання слід запобігати під час термічної обробки. Крім того, після певного часу використання штампа до цього типу належать термічні втомні тріщини, що з'являються у вигляді смуг або сіток у порожнині, а також тріщини під час шліфування загартованих деталей.
Тріщини відшаровування виникають у дуже вузькій ділянці поверхневого шару. Стискне напруження діє в осьовому та тангенціальному напрямках, а розтягне напруження виникає в радіальному напрямку. Тріщини розташовані паралельно поверхні деталі. До таких тріщин належить відшаровування загартованого шару після охолодження деталей поверхневим гартуванням та цементацією. Його виникнення пов'язане з нерівномірною структурою загартованого шару. Наприклад, після охолодження легованої цементованої сталі з певною швидкістю структура цементованого шару така: зовнішній шар - надзвичайно дрібний перліт + карбід, а підшар - мартенсит + залишковий аустеніт, внутрішній шар - дрібний перліт або надзвичайно дрібна перлітна структура. Оскільки питомий об'єм утворення підшарового мартенситу є найбільшим, результатом розширення об'єму є те, що стискне напруження діє на поверхневий шар в осьовому та тангенціальному напрямках, а розтягне напруження виникає в радіальному напрямку, і відбувається мутація напруження всередину, переходячи в стан стискного напруження, а тріщини відшаровування виникають у надзвичайно тонких ділянках, де різко змінюються напруження. Зазвичай тріщини ховаються всередині паралельно поверхні, а в особливо важких випадках можуть спричинити поверхневе відшарування. Якщо швидкість охолодження цементованих деталей прискорити або зменшити, у цементованому шарі можна отримати однорідну мартенситну структуру або надтонку перлітну структуру, що може запобігти виникненню таких тріщин. Крім того, під час високочастотного або полум'яного гартування поверхні поверхня часто перегрівається, і структурна неоднорідність вздовж загартованого шару може легко утворювати такі поверхневі тріщини.
Мікротріщини відрізняються від чотирьох вищезгаданих тріщин тим, що вони викликані мікронапруженнями. Міжкристалічні тріщини, що виникають після гартування, перегрівання та шліфування високовуглецевої інструментальної сталі або цементованих заготовок, а також тріщини, спричинені несвоєчасним відпуском загартованих деталей, пов'язані з існуванням та подальшим розширенням мікротріщин у сталі.
Мікротріщини необхідно досліджувати під мікроскопом. Зазвичай вони виникають на межах зерен вихідного аустеніту або на стику шарів мартенситу. Деякі тріщини пронизують шари мартенситу. Дослідження показують, що мікротріщини частіше зустрічаються в лускатому двійниковому мартенситі. Причина полягає в тому, що лускатий мартенсит стикається один з одним під час зростання з високою швидкістю та створює високі напруження. Однак сам двійниковий мартенсит є крихким і не може створювати пластичної деформації, що розслаблює напруження, тому легко викликає мікротріщини. Зерна аустеніту грубі, і схильність до мікротріщин зростає. Наявність мікротріщин у сталі значно знижує міцність і пластичність загартованих деталей, що призводить до їх передчасного пошкодження (руйнування).
Щоб уникнути мікротріщин у деталях з високовуглецевої сталі, можна вжити таких заходів, як зниження температури гартування, отримання дрібної мартенситної структури та зменшення вмісту вуглецю в мартенситі. Крім того, своєчасний відпуск після гартування є ефективним методом зменшення внутрішніх напружень. Випробування довели, що після достатнього відпуску вище 200°C карбіди, що випадають у тріщинах, мають ефект «зварювання» тріщин, що може значно зменшити небезпеку появи мікротріщин.
Вищезазначене є обговоренням причин та методів запобігання тріщинам на основі схеми розподілу тріщин. У реальному виробництві розподіл тріщин змінюється залежно від таких факторів, як якість сталі, форма деталі та технологія гарячої та холодної обробки. Іноді тріщини вже існують до термічної обробки та додатково розширюються під час процесу гартування; іноді в одній деталі одночасно можуть з'являтися кілька видів тріщин. У цьому випадку, виходячи з морфологічних характеристик тріщини, макроскопічного аналізу поверхні зламу, металографічного дослідження та, за необхідності, хімічного аналізу та інших методів, слід використовувати комплексний аналіз, починаючи від якості матеріалу та організаційної структури до причин напружень, спричинених термічною обробкою, щоб знайти тріщину, визначити основні причини та потім визначити ефективні профілактичні заходи.
Аналіз руйнування тріщин є важливим методом аналізу причин виникнення тріщин. Будь-яке руйнування має початкову точку для тріщин. Тріщини, що виникають внаслідок гасіння, зазвичай починаються з точки зближення радіальних тріщин.
Якщо джерело тріщини знаходиться на поверхні деталі, це означає, що тріщина спричинена надмірним розтягуючим напруженням на поверхні. Якщо на поверхні немає структурних дефектів, таких як включення, але є фактори концентрації напружень, такі як сильні сліди від ножа, оксидна окалина, гострі кути сталевих деталей або структурні зміни, можуть виникнути тріщини.
Якщо джерело тріщини знаходиться всередині деталі, це пов'язано з дефектами матеріалу або надмірним внутрішнім залишковим напруженням розтягу. Поверхня зламу після нормального гартування сіра та має дрібний порцеляновий колір. Якщо поверхня зламу темно-сіра та шорстка, це спричинено перегрівом або товстою вихідною тканиною.
Загалом кажучи, на скляній ділянці тріщини гартування не повинно бути ознак окислення, а навколо тріщини не повинно бути зневуглецювання. Якщо навколо тріщини є зневуглецювання або окислення на ділянці тріщини, це вказує на те, що деталь вже мала тріщини до гартування, і початкові тріщини розширюватимуться під впливом напружень термічної обробки. Якщо поблизу тріщин деталі видно відокремлені карбіди та включення, це означає, що тріщини пов'язані з сильною сегрегацією карбідів у сировині або наявністю включень. Якщо тріщини з'являються лише на гострих кутах або частинах деталі зі зміною форми без вищезазначеного явища, це означає, що тріщина спричинена нераціональним конструктивним рішенням деталі або неправильними заходами щодо запобігання тріщинам, або надмірним напруженням термічної обробки.
Крім того, тріщини в деталях, що пройшли хімічну термічну обробку та поверхневе гартування, здебільшого з'являються поблизу загартованого шару. Покращення структури загартованого шару та зниження напружень від термічної обробки є важливими способами запобігання поверхневим тріщинам.
Час публікації: 22 травня 2024 р.