Definisjonen og formålet med slokking
Stålet varmes opp til en temperatur over det kritiske punktet Ac3 (hypoeutektoid stål) eller Ac1 (hypereutektoid stål), holdes i en periode for å gjøre det helt eller delvis austenittisert, og deretter avkjøles med en hastighet som er større enn den kritiske bråkjølingshastigheten. Varmebehandlingsprosessen som omdanner underkjølt austenitt til martensitt eller lavere bainitt kalles bråkjøling.
Formålet med bråkjøling er å omdanne den superkjølte austenitten til martensitt eller bainitt for å oppnå en martensitt- eller lavere bainittstruktur, som deretter kombineres med anløping ved forskjellige temperaturer for å forbedre stålets styrke, hardhet og motstand betraktelig. Slitestyrke, utmattingsstyrke og seighet, etc., for å oppfylle de ulike brukskravene til ulike mekaniske deler og verktøy. Bråkjøling kan også brukes til å oppfylle de spesielle fysiske og kjemiske egenskapene til visse spesialstål, som ferromagnetisme og korrosjonsbestandighet.
Når ståldeler avkjøles i et bråkjølingsmedium med endringer i fysisk tilstand, deles kjøleprosessen vanligvis inn i følgende tre trinn: dampfilmtrinn, koketrinn og konveksjonstrinn.
Herdbarhet av stål
Herdbarhet og herdbarhet er to ytelsesindikatorer som karakteriserer ståls evne til å gjennomgå bråkjøling. De er også et viktig grunnlag for materialvalg og -bruk.
1. Begrepene herdbarhet og herdbarhet
Herdbarhet er stålets evne til å oppnå den høyeste hardheten det kan oppnå når det bråkjøles og herdes under ideelle forhold. Hovedfaktoren som bestemmer stålets herdbarhet er karboninnholdet i stålet. Mer presist er det karboninnholdet som er løst opp i austenitten under bråkjøling og oppvarming. Jo høyere karboninnhold, desto høyere er stålets herdbarhet. Legeringselementene i stål har liten innvirkning på herdbarheten, men de har en betydelig innvirkning på stålets herdbarhet.
Herdbarhet refererer til egenskapene som bestemmer herdedybden og hardhetsfordelingen til stål under spesifiserte forhold. Det vil si evnen til å oppnå dybden på det herdede laget når stål bråkjøles. Det er en iboende egenskap ved stål. Herdbarhet gjenspeiler faktisk hvor lett austenitt omdannes til martensitt når stålet bråkjøles. Det er hovedsakelig relatert til stabiliteten til den underkjølte austenitten i stålet, eller til den kritiske bråkjølingshastigheten til stålet.
Det bør også påpekes at herdbarheten til stål må skilles fra den effektive herdedybden til ståldeler under spesifikke bråkjølingsforhold. Herdbarheten til stål er en iboende egenskap ved selve stålet. Den avhenger kun av sine egne interne faktorer og har ingenting å gjøre med eksterne faktorer. Den effektive herdedybden til stål avhenger ikke bare av stålets herdbarhet, men avhenger også av materialet som brukes. Det er relatert til eksterne faktorer som kjølemedium og arbeidsstykkets størrelse. For eksempel, under de samme austenitiseringsforholdene, er herdbarheten til det samme stålet den samme, men den effektive herdedybden ved vannbråkjøling er større enn ved oljebråkjøling, og små deler er mindre enn oljebråkjøling. Den effektive herdedybden for store deler er stor. Dette kan ikke sies å være at vannbråkjøling har høyere herdbarhet enn oljebråkjøling. Det kan ikke sies at små deler har høyere herdbarhet enn store deler. Det kan sees at for å evaluere herdbarheten til stål, må påvirkningen av eksterne faktorer som arbeidsstykkets form, størrelse, kjølemedium osv. elimineres.
I tillegg, siden herdbarhet og herdbarhet er to forskjellige konsepter, har stål med høy hardhet etter bråkjøling ikke nødvendigvis høy herdbarhet; og stål med lav hardhet kan også ha høy herdbarhet.
2. Faktorer som påvirker herdbarheten
Stålets herdbarhet avhenger av austenittens stabilitet. Enhver faktor som kan forbedre stabiliteten til underkjølt austenitt, forskyve C-kurven til høyre og dermed redusere den kritiske kjølehastigheten, kan forbedre herdbarheten til høyverdig stål. Austenittens stabilitet avhenger hovedsakelig av dens kjemiske sammensetning, kornstørrelse og sammensetningens ensartethet, som er relatert til stålets kjemiske sammensetning og oppvarmingsforhold.
3. Målemetode for herdbarhet
Det finnes mange metoder for å måle herdbarheten til stål, de mest brukte er målemetoden for kritisk diameter og metoden for testing av sluttherdbarhet.
(1) Målemetode for kritisk diameter
Etter at stålet er bråkjølt i et bestemt medium, kalles den maksimale diameteren når kjernen får bare martensitt eller 50 % martensittstruktur den kritiske diameteren, representert ved Dc. Målemetoden for kritisk diameter er å lage en serie rundstenger med forskjellige diametre, og etter bråkjøling måle hardhetens U-kurve fordelt langs diameteren på hver prøveseksjon, og finne stangen med semi-martensittstrukturen i midten. Diameteren til den runde stangen. Det er den kritiske diameteren. Jo større kritisk diameter, desto høyere er stålets herdbarhet.
(2) Testmetode for sluttslokking
Endeherdingstesten bruker en endeherdet prøve i standard størrelse (Ф25 mm × 100 mm). Etter austenittisering sprayes vann på den ene enden av prøven på spesialutstyr for å kjøle den ned. Etter avkjøling måles hardheten langs akseretningen – fra den vannkjølte enden. Testmetode for avstandsforholdskurve. Endeherdingstesten er en av metodene for å bestemme herdbarheten til stål. Fordelene er enkel betjening og bredt bruksområde.
4. Slokkespenning, deformasjon og sprekker
(1) Innvendig spenning i arbeidsstykket under bråkjøling
Når arbeidsstykket avkjøles raskt i bråkjølingsmediet, siden arbeidsstykket har en viss størrelse og varmeledningskoeffisienten også er en viss verdi, vil det oppstå en viss temperaturgradient langs den indre delen av arbeidsstykket under avkjølingsprosessen. Overflatetemperaturen er lav, kjernetemperaturen er høy, og overflate- og kjernetemperaturene er høye. Det er en temperaturforskjell. Under arbeidsstykkets avkjølingsprosess er det også to fysiske fenomener: det ene er termisk ekspansjon, når temperaturen synker, vil arbeidsstykkets linjelengde krympe; det andre er transformasjonen av austenitt til martensitt når temperaturen synker til martensitttransformasjonspunktet, noe som vil øke det spesifikke volumet. På grunn av temperaturforskjellen under avkjølingsprosessen vil mengden termisk ekspansjon være forskjellig på forskjellige deler langs arbeidsstykkets tverrsnitt, og indre spenninger vil genereres i forskjellige deler av arbeidsstykket. På grunn av temperaturforskjeller i arbeidsstykket kan det også være deler der temperaturen synker raskere enn punktet der martensitt oppstår. Transformasjonen øker, volumet utvider seg, og delene med høy temperatur er fortsatt høyere enn punktet og er fortsatt i austenitttilstanden. Disse forskjellige delene vil også generere indre spenninger på grunn av forskjeller i spesifikke volumendringer. Derfor kan to typer indre spenninger genereres under bråkjølings- og avkjølingsprosessen: den ene er termisk spenning; den andre er vevsspenning.
I henhold til eksistenstidskarakteristikkene til den indre spenningen kan den også deles inn i momentanspenning og restspenning. Den indre spenningen som genereres av arbeidsstykket på et bestemt tidspunkt under avkjølingsprosessen kalles momentanspenning; etter at arbeidsstykket er avkjølt, kalles spenningen som er igjen inne i arbeidsstykket restspenning.
Termisk spenning refererer til spenningen forårsaket av inkonsekvent termisk ekspansjon (eller kaldkontraksjon) på grunn av temperaturforskjeller i forskjellige deler av arbeidsstykket når det varmes opp (eller avkjøles).
Ta nå en solid sylinder som et eksempel for å illustrere dannelsen og endringen av regler for indre spenning under avkjølingsprosessen. Kun aksialspenningen diskuteres her. Ved begynnelsen av avkjølingen, fordi overflaten avkjøles raskt, er temperaturen lav og krymper mye. Mens kjernen avkjøles, er temperaturen høy og krympingen liten. Som et resultat er overflaten og innsiden gjensidig begrenset, noe som resulterer i strekkspenning på overflaten, mens kjernen er under trykkspenning. Etter hvert som avkjølingen fortsetter, øker temperaturforskjellen mellom innsiden og utsiden, og den indre spenningen øker også tilsvarende. Når spenningen øker til å overstige flytegrensen ved denne temperaturen, oppstår plastisk deformasjon. Siden tykkelsen på hjertet er høyere enn overflatens, trekker hjertet seg alltid sammen aksialt først. Som et resultat av plastisk deformasjon øker ikke lenger den indre spenningen. Etter avkjøling til en viss tidsperiode vil reduksjonen i overflatetemperatur gradvis avta, og krympingen vil også gradvis avta. På dette tidspunktet krymper kjernen fortsatt, så strekkspenningen på overflaten og trykkspenningen på kjernen vil gradvis avta til de forsvinner. Etter hvert som avkjølingen fortsetter, blir imidlertid overflatefuktigheten lavere og lavere, og krympingen blir mindre og mindre, eller slutter til og med å krympe. Siden temperaturen i kjernen fortsatt er høy, vil den fortsette å krympe, og til slutt vil det dannes trykkspenning på overflaten av arbeidsstykket, mens kjernen vil ha strekkspenning. Siden temperaturen er lav, er det imidlertid ikke lett å oppstå plastisk deformasjon, så denne spenningen vil øke etter hvert som avkjølingen fortsetter. Den fortsetter å øke og forblir til slutt inne i arbeidsstykket som restspenning.
Det kan sees at den termiske spenningen under avkjølingsprosessen i utgangspunktet fører til at overflatelaget strekkes og kjernen komprimeres, og den gjenværende restspenningen er overflatelaget som skal komprimeres og kjernen som strekkes.
Kort sagt, termisk spenning som genereres under bråkjøling er forårsaket av tverrsnittstemperaturforskjellen under kjøleprosessen. Jo større kjølehastighet og tverrsnittstemperaturforskjell, desto større genereres termisk spenning. Under de samme kjølemedieforholdene, jo høyere oppvarmingstemperaturen til arbeidsstykket er, desto større størrelse, desto mindre er stålets termiske ledningsevne, desto større er temperaturforskjellen i arbeidsstykket og desto større er termisk spenning. Hvis arbeidsstykket kjøles ujevnt ved høy temperatur, vil det bli forvrengt og deformert. Hvis den umiddelbare strekkspenningen som genereres under arbeidsstykkets kjøleprosess er større enn materialets strekkfasthet, vil det oppstå bråkjølingssprekker.
Fasetransformasjonsspenning refererer til spenningen forårsaket av ulik tidspunkt for fasetransformasjon i ulike deler av arbeidsstykket under varmebehandlingsprosessen, også kjent som vevsspenning.
Under bråkjøling og rask avkjøling, når overflatelaget avkjøles til Ms-punktet, skjer det en martensittisk transformasjon som forårsaker volumutvidelse. På grunn av blokkeringen av kjernen som ennå ikke har gjennomgått transformasjon, genererer imidlertid overflatelaget trykkspenning, mens kjernen har strekkspenning. Når spenningen er stor nok, vil den forårsake deformasjon. Når kjernen avkjøles til Ms-punktet, vil den også gjennomgå martensittisk transformasjon og utvide seg i volum. På grunn av begrensningene til det transformerte overflatelaget med lav plastisitet og høy styrke, vil den endelige restspenningen imidlertid være i form av overflatespenning, og kjernen vil bli utsatt for trykk. Det kan sees at endringen og den endelige tilstanden til fasetransformasjonsspenningen er nøyaktig motsatt av termisk spenning. Dessuten, siden faseendringsspenning oppstår ved lave temperaturer med lav plastisitet, er deformasjon vanskelig på dette tidspunktet, så faseendringsspenning er mer sannsynlig å forårsake sprekkdannelser i arbeidsstykket.
Det er mange faktorer som påvirker størrelsen på fasetransformasjonsspenningen. Jo raskere stålet kjøles ned i martensitttransformasjonstemperaturområdet, desto større stålstykke, desto dårligere stålets varmeledningsevne, desto større spesifikt volum av martensitt, desto større fasetransformasjonsspenning. Jo større den blir. I tillegg er fasetransformasjonsspenningen også relatert til stålets sammensetning og stålets herdbarhet. For eksempel øker høykarbonstål med høyt legert stål det spesifikke volumet av martensitt på grunn av det høye karboninnholdet, noe som bør øke stålets fasetransformasjonsspenning. Men når karboninnholdet øker, synker Ms-punktet, og det blir en stor mengde austenitt tilbake etter bråkjøling. Volumekspansjonen avtar, og restspenningen er lav.
(2) Deformasjon av arbeidsstykket under bråkjøling
Under bråkjøling er det to hovedtyper deformasjon i arbeidsstykket: den ene er endringen i arbeidsstykkets geometriske form, som manifesterer seg som endringer i størrelse og form, ofte kalt vridningsdeformasjon, som er forårsaket av bråkjølingsspenning; den andre er volumdeformasjon, som manifesterer seg som en proporsjonal utvidelse eller sammentrekning av arbeidsstykkets volum, som er forårsaket av endringen i spesifikt volum under faseendring.
Vridningsdeformasjon inkluderer også formdeformasjon og vridningsdeformasjon. Vridningsdeformasjon skyldes hovedsakelig feil plassering av arbeidsstykket i ovnen under oppvarming, manglende formbehandling etter deformasjonskorrigering før bråkjøling, eller ujevn avkjøling av ulike deler av arbeidsstykket når arbeidsstykket avkjøles. Denne deformasjonen kan analyseres og løses for spesifikke situasjoner. Det følgende omhandler hovedsakelig volumdeformasjon og formdeformasjon.
1) Årsaker til slokkingsdeformasjon og dens endrede regler
Volumdeformasjon forårsaket av strukturell transformasjon Arbeidsstykkets strukturelle tilstand før bråkjøling er vanligvis perlitt, det vil si en blandet struktur av ferritt og sementitt, og etter bråkjøling er det en martensittisk struktur. De forskjellige spesifikke volumene i disse vevene vil forårsake volumendringer før og etter bråkjøling, noe som resulterer i deformasjon. Denne deformasjonen fører imidlertid bare til at arbeidsstykket utvider seg og trekker seg sammen proporsjonalt, så det endrer ikke formen på arbeidsstykket.
I tillegg, jo mer martensitt det er i strukturen etter varmebehandling, eller jo høyere karboninnholdet i martensitten er, desto større er volumekspansjonen, og jo større mengden av tilbakeholdt austenitt, desto mindre er volumekspansjonen. Derfor kan volumendringen kontrolleres ved å kontrollere det relative innholdet av martensitt og gjenværende martensitt under varmebehandlingen. Hvis volumet kontrolleres riktig, vil verken utvide seg eller krympe.
Formdeformasjon forårsaket av termisk stress Deformasjon forårsaket av termisk stress forekommer i områder med høy temperatur der flytegrensen til ståldeler er lav, plastisiteten er høy, overflaten avkjøles raskt, og temperaturforskjellen mellom innsiden og utsiden av arbeidsstykket er størst. På dette tidspunktet er den øyeblikkelige termiske spenningen overflatestrekkspenning og kjernetrykkspenning. Siden kjernetemperaturen er høy på dette tidspunktet, er flytegrensen mye lavere enn overflaten, så det manifesterer seg som deformasjon under påvirkning av flerveis trykkspenning, det vil si at kuben er sfærisk i variasjon. Resultatet er at den større krymper, mens den mindre utvider seg. For eksempel forkortes en lang sylinder i lengderetningen og utvider seg i diameterretningen.
Formdeformasjon forårsaket av vevsspenning Deformasjon forårsaket av vevsspenning oppstår også tidlig når vevsspenningen er maksimal. På dette tidspunktet er temperaturforskjellen i tverrsnittet stor, kjernetemperaturen er høyere, den er fortsatt i austenitttilstand, plastisiteten er god, og flytegrensen er lav. Den umiddelbare vevsspenningen er overflatetrykkspenning og kjernestrekkspenning. Derfor manifesterer deformasjonen seg som forlengelse av kjernen under påvirkning av flerveis strekkspenning. Resultatet er at under påvirkning av vevsspenning forlenges den større siden av arbeidsstykket, mens den mindre siden forkortes. For eksempel er deformasjonen forårsaket av vevsspenning i en lang sylinder forlengelse i lengde og reduksjon i diameter.
Tabell 5.3 viser reglene for bråkjølingsdeformasjon for ulike typiske ståldeler.
2) Faktorer som påvirker slokkingsdeformasjonen
Faktorene som påvirker bråkjølingsdeformasjonen er hovedsakelig stålets kjemiske sammensetning, den opprinnelige strukturen, delenes geometri og varmebehandlingsprosessen.
3) Slukking av sprekker
Sprekker i deler oppstår hovedsakelig i slutten av bråkjølings- og avkjølingsfasen, det vil si etter at den martensittiske transformasjonen i hovedsak er fullført eller etter fullstendig avkjøling, oppstår sprøbrudd fordi strekkspenningen i delene overstiger stålets bruddstyrke. Sprekker er vanligvis vinkelrett på retningen for maksimal strekkdeformasjon, så ulike former for sprekker i deler avhenger hovedsakelig av spenningsfordelingstilstanden.
Vanlige typer bråkjølingssprekker: Longitudinelle (aksiale) sprekker oppstår hovedsakelig når den tangentielle strekkspenningen overstiger materialets bruddstyrke; tverrgående sprekker dannes når den store aksiale strekkspenningen som dannes på den indre overflaten av delen overstiger materialets bruddstyrke. Sprekker; nettverkssprekker dannes under påvirkning av todimensjonal strekkspenning på overflaten; avskallingssprekker oppstår i et veldig tynt, herdet lag, noe som kan oppstå når spenningen endres kraftig og overdreven strekkspenning virker i radial retning. Type sprekk.
Longitudinale sprekker kalles også aksiale sprekker. Sprekker oppstår ved maksimal strekkspenning nær overflaten av delen, og har en viss dybde mot midten. Retningen på sprekkene er vanligvis parallell med aksen, men retningen kan også endres når det er spenningskonsentrasjon i delen eller når det er interne strukturelle defekter.
Etter at arbeidsstykket er fullstendig bråkjølt, er det en tendens til at det oppstår langsgående sprekker. Dette er relatert til den store tangentielle strekkspenningen på overflaten av det bråkjølte arbeidsstykket. Etter hvert som karboninnholdet i stålet øker, øker tendensen til å danne langsgående sprekker. Lavkarbonstål har et lite spesifikt volum av martensitt og sterk termisk spenning. Det er en stor gjenværende trykkspenning på overflaten, så det er ikke lett å bråkjøle. Etter hvert som karboninnholdet øker, reduseres overflatetrykkspenningen og den strukturelle spenningen øker. Samtidig beveger toppstrekkspenningen seg mot overflatelaget. Derfor er høykarbonstål utsatt for langsgående bråkjølingssprekker når det overopphetes.
Størrelsen på delene påvirker direkte størrelsen og fordelingen av restspenningen, og tendensen til bråkjølingssprekker er også forskjellig. Langsgående sprekker dannes også lett ved bråkjøling innenfor det farlige tverrsnittsstørrelsesområdet. I tillegg forårsaker blokkering av stålråvarer ofte langsgående sprekker. Siden de fleste ståldeler er laget ved valsing, er ikke-gullinneslutninger, karbider osv. i stålet fordelt langs deformasjonsretningen, noe som fører til at stålet blir anisotropisk. Hvis for eksempel verktøystålet har en båndlignende struktur, er dens tverrgående bruddstyrke etter bråkjøling 30 % til 50 % mindre enn den langsgående bruddstyrken. Hvis det er faktorer som ikke-gullinneslutninger i stålet som forårsaker spenningskonsentrasjon, selv om tangentiell spenning er større enn aksialspenning, er langsgående sprekker lett å dannes under lave spenningsforhold. Av denne grunn er streng kontroll av nivået av ikke-metalliske inneslutninger og sukker i stål en viktig faktor for å forhindre bråkjølingssprekker.
De indre spenningsfordelingsegenskapene til tverrgående sprekker og buesprekker er: overflaten er utsatt for trykkspenning. Etter å ha forlatt overflaten over en viss avstand, endres trykkspenningen til en stor strekkspenning. Sprekken oppstår i strekkspenningsområdet, og når den indre spenningen sprer seg til overflaten av delen, spres den bare hvis den omfordeles eller stålets sprøhet øker ytterligere.
Tverrgående sprekker oppstår ofte i store akseldeler, som ruller, turbinrotorer eller andre akseldeler. Sprekkene kjennetegnes av at de er vinkelrett på akseretningen og brytes fra innsiden og utover. De dannes ofte før herding og er forårsaket av termisk spenning. Store smiinger har ofte metallurgiske defekter som porer, inneslutninger, smiingssprekker og hvite flekker. Disse defektene fungerer som utgangspunkt for brudd og brudd under påvirkning av aksial strekkspenning. Buesprekker er forårsaket av termisk spenning og er vanligvis fordelt i en bueform på de delene der formen på delen endres. Det oppstår hovedsakelig inne i arbeidsstykket eller i nærheten av skarpe kanter, spor og hull, og er fordelt i en bueform. Når deler av høykarbonstål med en diameter eller tykkelse på 80 til 100 mm eller mer ikke bråkjøles, vil overflaten vise trykkspenning og midten vil vise strekkspenning. Spenningen, den maksimale strekkspenningen oppstår i overgangssonen fra det herdede laget til det ikke-herdede laget, og buesprekker oppstår i disse områdene. I tillegg er kjølehastigheten ved skarpe kanter og hjørner rask, og alle blir bråkjølt. Ved overgang til myke deler, det vil si til det uherdede området, oppstår den maksimale strekkspenningssonen her, så det er sannsynlig at det oppstår lysbuesprekker. Kjølehastigheten nær pinnehullet, sporet eller midthullet i arbeidsstykket er lav, det tilsvarende herdede laget er tynt, og strekkspenningen nær den herdede overgangssonen kan lett forårsake lysbuesprekker.
Retikulære sprekker, også kjent som overflatesprekker, er overflatesprekker. Sprekkens dybde er grunn, vanligvis rundt 0,01~1,5 mm. Hovedkarakteristikken ved denne typen sprekk er at den vilkårlige retningen på sprekken ikke har noe med delens form å gjøre. Mange sprekker er forbundet med hverandre for å danne et nettverk og er vidt fordelt. Når sprekkdybden er større, for eksempel mer enn 1 mm, forsvinner nettverksegenskapene og blir tilfeldig orienterte eller langsgående fordelte sprekker. Nettverkssprekker er relatert til tilstanden til todimensjonal strekkspenning på overflaten.
Deler av stål med høyt karboninnhold eller karburisert stål med et avkarburisert lag på overflaten er utsatt for nettverkssprekker under bråkjøling. Dette skyldes at overflatelaget har lavere karboninnhold og mindre spesifikt volum enn det indre laget av martensitt. Under bråkjøling utsettes overflatelaget av karbid for strekkspenning. Deler hvis avfosforiseringslag ikke er fullstendig fjernet under mekanisk bearbeiding, vil også danne nettverkssprekker under høyfrekvent eller flammeoverflatebråkjøling. For å unngå slike sprekker bør overflatekvaliteten til delene kontrolleres strengt, og oksidasjonssveising bør forhindres under varmebehandling. I tillegg, etter at smieformen har vært brukt i en viss periode, tilhører termiske utmattingssprekker som oppstår i strimler eller nettverk i hulrommet og sprekker i slipeprosessen av bråkjølte deler denne formen.
Avskallingssprekker oppstår i et svært smalt område av overflatelaget. Trykkspenning virker i aksial og tangentiell retning, og strekkspenning oppstår i radial retning. Sprekkene er parallelle med overflaten av delen. Avskalling av det herdede laget etter overflatebløting og karburering av deler er avkjølt, tilhører slike sprekker. Forekomsten er relatert til den ujevne strukturen i det herdede laget. For eksempel, etter at legert karburisert stål er avkjølt med en viss hastighet, er strukturen i det karburiserte laget: ytre lag av ekstremt fin perlitt + karbid, og underlaget er martensitt + restaustenitt, det indre laget er fin perlitt eller ekstremt fin perlittstruktur. Siden det spesifikke volumet av underlaget martensitt er størst, er resultatet av volumutvidelsen at trykkspenning virker på overflatelaget i aksial og tangentiell retning, og strekkspenning oppstår i radial retning, og en spenningsmutasjon oppstår innover, som går over til en trykkspenningstilstand, og avskallingssprekker oppstår i ekstremt tynne områder der spenningsovergangene er skarpe. Vanligvis lurer sprekker parallelt med overflaten, og i alvorlige tilfeller kan de forårsake overflateavskalling. Hvis avkjølingshastigheten til karburerte deler akselereres eller reduseres, kan det oppnås en jevn martensittstruktur eller ultrafin perlittstruktur i det karburerte laget, noe som kan forhindre forekomsten av slike sprekker. I tillegg, under høyfrekvent eller flammende overflateslukking, blir overflaten ofte overopphetet, og den strukturelle inhomogeniteten langs det herdede laget kan lett danne slike overflatesprekker.
Mikrosprekker er forskjellige fra de fire nevnte sprekkene ved at de er forårsaket av mikrospenning. Intergranulære sprekker som oppstår etter bråkjøling, overoppheting og sliping av verktøystål med høyt karboninnhold eller karburerte arbeidsstykker, samt sprekker forårsaket av manglende rettidig herding av bråkjølte deler, er alle relatert til forekomsten og den påfølgende utvidelsen av mikrosprekker i stålet.
Mikrosprekker må undersøkes under et mikroskop. De oppstår vanligvis ved de opprinnelige austenittkorngrensene eller ved krysset mellom martensittark. Noen sprekker trenger inn i martensittarkene. Forskning viser at mikrosprekker er vanligere i flakete, tvinnet martensitt. Årsaken er at den flakete martensitten kolliderer med hverandre når den vokser med høy hastighet og genererer høy spenning. Imidlertid er den tvinnede martensitten i seg selv sprø og kan ikke produsere plastisk deformasjon, noe som avlaster spenningen, og forårsaker dermed lett mikrosprekker. Austenittkornene er grove, og mottakeligheten for mikrosprekker øker. Tilstedeværelsen av mikrosprekker i stålet vil redusere styrken og plastisiteten til de bråkjølte delene betydelig, noe som fører til tidlig skade (brudd) på delene.
For å unngå mikrosprekker i deler av stål med høyt karboninnhold, kan man iverksette tiltak som lavere bråkjølingstemperatur, oppnå en fin martensittstruktur og redusere karboninnholdet i martensitt. I tillegg er rettidig anløping etter bråkjøling en effektiv metode for å redusere indre spenninger. Tester har vist at etter tilstrekkelig anløping over 200 °C, har karbidene som utfelles ved sprekkene en effekt av å "sveise" sprekkene, noe som kan redusere faren for mikrosprekker betydelig.
Ovennevnte er en diskusjon av årsaker og forebyggingsmetoder for sprekker basert på sprekkfordelingsmønsteret. I faktisk produksjon varierer fordelingen av sprekker på grunn av faktorer som stålkvalitet, delform og varm- og kaldbehandlingsteknologi. Noen ganger finnes sprekker allerede før varmebehandling og utvides ytterligere under bråkjølingsprosessen; noen ganger kan flere former for sprekker oppstå i samme del samtidig. I dette tilfellet, basert på sprekkens morfologiske egenskaper, bør makroskopisk analyse av bruddflaten, metallografisk undersøkelse og om nødvendig kjemisk analyse og andre metoder brukes til å gjennomføre en omfattende analyse fra materialkvalitet, organisasjonsstruktur til årsakene til varmebehandlingsstress for å finne hovedårsakene til sprekken og deretter bestemme effektive forebyggende tiltak.
Bruddanalyse av sprekker er en viktig metode for å analysere årsakene til sprekker. Ethvert brudd har et utgangspunkt for sprekker. Slokkingssprekker starter vanligvis fra konvergenspunktet for radiale sprekker.
Hvis sprekkens opprinnelse ligger på overflaten av delen, betyr det at sprekken er forårsaket av for høy strekkspenning på overflaten. Hvis det ikke er strukturelle defekter som inneslutninger på overflaten, men det er spenningskonsentrasjonsfaktorer som alvorlige knivmerker, oksidskall, skarpe hjørner på ståldeler eller strukturelle mutasjonsdeler, kan det oppstå sprekker.
Hvis sprekkens opprinnelse er inne i delen, er det relatert til materialfeil eller for høy intern reststrekkspenning. Bruddflaten ved normal bråkjøling er grå og fint porselen. Hvis bruddflaten er mørkegrå og ru, er det forårsaket av overoppheting, eller det opprinnelige vevet er tykt.
Generelt sett skal det ikke være oksidasjonsfarge på glassdelen av bråkjølingssprekken, og det skal ikke være noen avkulling rundt sprekken. Hvis det er avkulling rundt sprekken eller en oksidert farge på sprekkdelen, indikerer det at delen allerede hadde sprekker før bråkjølingen, og de opprinnelige sprekkene vil utvide seg under påvirkning av varmebehandlingsbelastning. Hvis det sees segregerte karbider og inneslutninger i nærheten av sprekkene i delen, betyr det at sprekkene er relatert til kraftig segregering av karbider i råmaterialet eller tilstedeværelsen av inneslutninger. Hvis sprekker bare oppstår i de skarpe hjørnene eller formmutasjonsdelene av delen uten ovennevnte fenomen, betyr det at sprekken er forårsaket av urimelig strukturell utforming av delen eller upassende tiltak for å forhindre sprekker, eller overdreven varmebehandlingsbelastning.
I tillegg oppstår sprekker i deler som er under kjemisk varmebehandling og overflateslukking hovedsakelig nær det herdede laget. Forbedring av strukturen til det herdede laget og reduksjon av varmebehandlingsbelastning er viktige måter å unngå overflatesprekker på.
Publisert: 22. mai 2024