Definicija i svrha kaljenja
Čelik se zagrijava na temperaturu iznad kritične tačke Ac3 (hipoeutektoidni čelik) ili Ac1 (hipereutektoidni čelik), drži se određeni vremenski period da bi se potpuno ili djelimično austenitizirao, a zatim se hladi brzinom većom od kritične brzine kaljenja. Proces termičke obrade koji transformiše pothlađeni austenit u martenzit ili niži bainit naziva se kaljenje.
Svrha kaljenja je transformacija pothlađenog austenita u martenzit ili bainit kako bi se dobila martenzitna ili niža bainitna struktura, koja se zatim kombinuje sa popuštanjem na različitim temperaturama kako bi se značajno poboljšala čvrstoća, tvrdoća i otpornost čelika. Habanje, zamorna čvrstoća i žilavost itd., kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi upotrebe različitih mehaničkih dijelova i alata. Kaljenje se također može koristiti za zadovoljavanje posebnih fizičkih i hemijskih svojstava određenih specijalnih čelika kao što su feromagnetizam i otpornost na koroziju.
Kada se čelični dijelovi hlade u mediju za kaljenje s promjenama fizičkog stanja, proces hlađenja se obično dijeli na sljedeće tri faze: fazu filma pare, fazu ključanja i fazu konvekcije.
Prokaljivost čelika
Prokaljivost i prokaljivost su dva pokazatelja performansi koji karakteriziraju sposobnost čelika da se podvrgne kaljenju. Oni su također važna osnova za odabir i upotrebu materijala.
1. Koncepti prokaljivosti i prokaljivosti
Prokaljivost je sposobnost čelika da postigne najveću tvrdoću koju može postići kada se kali i ojača pod idealnim uslovima. Glavni faktor koji određuje prokaljivost čelika je sadržaj ugljika u čeliku. Preciznije, to je sadržaj ugljika rastvoren u austenitu tokom kaljenja i zagrijavanja. Što je veći sadržaj ugljika, to je veća prokaljivost čelika. Legirajući elementi u čeliku imaju mali utjecaj na prokaljivost, ali imaju značajan utjecaj na prokaljivost čelika.
Prokaljivost se odnosi na karakteristike koje određuju dubinu kaljenja i raspodjelu tvrdoće čelika pod određenim uslovima. To jest, sposobnost postizanja dubine okaljenog sloja kada se čelik kali. To je inherentno svojstvo čelika. Prokaljivost zapravo odražava lakoću kojom se austenit transformiše u martenzit kada se čelik kali. Uglavnom je povezana sa stabilnošću pothlađenog austenita čelika ili sa kritičnom brzinom hlađenja čelika pri kaljenju.
Također treba istaći da se prokaljivost čelika mora razlikovati od efektivne dubine kaljenja čeličnih dijelova pod specifičnim uvjetima kaljenja. Prokaljivost čelika je inherentno svojstvo samog čelika. Zavisi samo od njegovih unutrašnjih faktora i nema nikakve veze s vanjskim faktorima. Efektivna dubina prokaljivosti čelika ne zavisi samo od prokaljivosti čelika, već i od korištenog materijala. Povezana je s vanjskim faktorima kao što su rashladni medij i veličina obratka. Na primjer, pod istim uvjetima austenitizacije, prokaljivost istog čelika je ista, ali je efektivna dubina kaljenja kaljenja u vodi veća nego kod kaljenja u ulju, a mali dijelovi su manji od kaljenja u ulju. Efektivna dubina kaljenja velikih dijelova je velika. To se ne može reći da kaljenje u vodi ima veću prokaljivost od kaljenja u ulju. Ne može se reći da mali dijelovi imaju veću prokaljivost od velikih dijelova. Može se vidjeti da se za procjenu prokaljivosti čelika mora eliminirati utjecaj vanjskih faktora kao što su oblik obratka, veličina, rashladni medij itd.
Osim toga, budući da su prokaljivost i prokaljivost dva različita koncepta, čelik s visokom tvrdoćom nakon kaljenja ne mora nužno imati visoku prokaljivost; a čelik s niskom tvrdoćom također može imati visoku prokaljivost.
2. Faktori koji utiču na prokaljivost
Prokaljivost čelika zavisi od stabilnosti austenita. Bilo koji faktor koji može poboljšati stabilnost pothlađenog austenita, pomaknuti C krivulju udesno i time smanjiti kritičnu brzinu hlađenja može poboljšati prokaljivost visokokvalitetnog čelika. Stabilnost austenita uglavnom zavisi od njegovog hemijskog sastava, veličine zrna i ujednačenosti sastava, koji su povezani sa hemijskim sastavom čelika i uslovima zagrijavanja.
3. Metoda mjerenja prokaljivosti
Postoji mnogo metoda za mjerenje prokaljivosti čelika, a najčešće korištene su metoda mjerenja kritičnog promjera i metoda ispitivanja završnog prokaljivanja.
(1) Metoda mjerenja kritičnog promjera
Nakon što se čelik kali u određenom mediju, maksimalni promjer, kada jezgro dobije potpuno martenzitnu ili 50% martenzitne strukture, naziva se kritični promjer, predstavljen sa Dc. Metoda mjerenja kritičnog promjera je izrada niza okruglih šipki različitih promjera, a nakon kaljenja, mjerenje U krivulje tvrdoće raspoređene duž promjera na svakom presjeku uzorka, te pronalaženje šipke s polumartenzitnom strukturom u sredini. Promjer okrugle šipke to je kritični promjer. Što je veći kritični promjer, veća je prokaljivost čelika.
(2) Metoda ispitivanja završnog kaljenja
Metoda ispitivanja kaljenjem na kraju koristi uzorak standardne veličine za kaljenje na kraju (Ф25mm×100mm). Nakon austenitizacije, voda se prska na jedan kraj uzorka pomoću posebne opreme da bi se ohladio. Nakon hlađenja, tvrdoća se mjeri duž smjera ose - od kraja hlađenog vodom. Metoda ispitivanja za krivulju odnosa udaljenosti. Metoda ispitivanja kaljenja na kraju je jedna od metoda za određivanje prokaljivosti čelika. Njene prednosti su jednostavan rad i širok raspon primjene.
4. Gašenje napona, deformacija i pucanja
(1) Unutrašnje naprezanje obratka tokom kaljenja
Kada se radni komad brzo hladi u mediju za kaljenje, budući da radni komad ima određenu veličinu i koeficijent toplotne provodljivosti je također određene vrijednosti, tokom procesa hlađenja će se pojaviti određeni temperaturni gradijent duž unutrašnjeg dijela radnog komada. Temperatura površine je niska, temperatura jezgra je visoka, a temperature površine i jezgra su visoke. Postoji temperaturna razlika. Tokom procesa hlađenja radnog komada, postoje i dvije fizičke pojave: jedna je termičko širenje, kako temperatura pada, dužina linije radnog komada će se smanjiti; druga je transformacija austenita u martenzit kada temperatura padne do tačke transformacije martenzita, što će povećati specifičnu zapreminu. Zbog temperaturne razlike tokom procesa hlađenja, količina termičkog širenja će biti različita na različitim dijelovima duž poprečnog presjeka radnog komada, a unutrašnji napon će se generirati u različitim dijelovima radnog komada. Zbog postojanja temperaturnih razlika unutar radnog komada, mogu postojati i dijelovi gdje temperatura pada brže od tačke gdje se pojavljuje martenzit. Transformacijom se zapremina širi, a dijelovi s visokom temperaturom su i dalje iznad tačke i još uvijek su u austenitnom stanju. Ovi različiti dijelovi će također generirati unutrašnji napon zbog razlika u specifičnim promjenama zapremine. Stoga se tokom procesa kaljenja i hlađenja mogu generirati dvije vrste unutrašnjeg napona: jedan je termički napon, a drugi je napon tkiva.
Prema vremenskim karakteristikama postojanja unutrašnjeg napona, on se može podijeliti i na trenutni napon i zaostali napon. Unutrašnji napon koji generira obradak u određenom trenutku tokom procesa hlađenja naziva se trenutni napon; nakon što se obradak ohladi, napon koji ostaje unutar obradka naziva se zaostali napon.
Termički napon se odnosi na napon uzrokovan nekonzistentnim termičkim širenjem (ili hladnim skupljanjem) zbog temperaturnih razlika u različitim dijelovima obratka kada se zagrijava (ili hladi).
Sada uzmimo čvrsti cilindar kao primjer kako bismo ilustrirali pravila formiranja i promjene unutrašnjeg napona tokom procesa hlađenja. Ovdje se razmatra samo aksijalni napon. Na početku hlađenja, budući da se površina brzo hladi, temperatura je niska i znatno se skuplja, dok se jezgro hladi, temperatura je visoka, a skupljanje je malo. Kao rezultat toga, površina i unutrašnjost su međusobno ograničeni, što rezultira zateznim naponom na površini, dok je jezgro pod pritiskom. Kako hlađenje napreduje, temperaturna razlika između unutrašnjosti i vanjštine se povećava, a unutrašnji napon se također shodno tome povećava. Kada se napon poveća i premaši granicu tečenja na ovoj temperaturi, dolazi do plastične deformacije. Budući da je debljina srca veća od debljine površine, srce se uvijek prvo aksijalno skuplja. Kao rezultat plastične deformacije, unutrašnji napon se više ne povećava. Nakon hlađenja na određeni vremenski period, smanjenje temperature površine će se postepeno usporiti, a i njeno skupljanje će se postepeno smanjivati. U ovom trenutku, jezgro se još uvijek skuplja, tako da će se zatezni napon na površini i tlačni napon na jezgru postepeno smanjivati dok ne nestanu. Međutim, kako se hlađenje nastavlja, površinska vlažnost postaje sve niža i niža, a količina skupljanja se sve manje smanjuje ili čak prestaje. Budući da je temperatura u jezgri i dalje visoka, ona će se nastaviti skupljati i na kraju će se na površini obratka formirati tlačni napon, dok će jezgra imati zatezni napon. Međutim, budući da je temperatura niska, plastična deformacija se ne događa lako, pa će se ovaj napon povećavati kako se hlađenje nastavlja. Nastavlja se povećavati i na kraju ostaje unutar obratka kao zaostali napon.
Može se vidjeti da termički napon tokom procesa hlađenja u početku uzrokuje istezanje površinskog sloja i kompresiju jezgra, a preostali zaostali napon je kompresija površinskog sloja i istezanje jezgra.
Ukratko, termički napon koji nastaje tokom kaljenja i hlađenja uzrokovan je razlikom temperature poprečnog presjeka tokom procesa hlađenja. Što je veća brzina hlađenja i veća razlika temperature poprečnog presjeka, to je veći generirani termički napon. Pod istim uslovima rashladnog medija, što je viša temperatura zagrijavanja obratka, veća je veličina, manja je toplotna provodljivost čelika, veća je temperaturna razlika unutar obratka i veće je termički napon. Ako se obratak neravnomjerno hladi na visokoj temperaturi, bit će iskrivljen i deformiran. Ako je trenutni zatezni napon koji nastaje tokom procesa hlađenja obratka veći od zatezne čvrstoće materijala, doći će do pukotina od kaljenja.
Napon fazne transformacije odnosi se na napon uzrokovan različitim vremenom fazne transformacije u različitim dijelovima obratka tokom procesa termičke obrade, također poznat kao napon tkiva.
Tokom kaljenja i brzog hlađenja, kada se površinski sloj ohladi do tačke Ms, dolazi do martenzitne transformacije i uzrokuje širenje volumena. Međutim, zbog začepljenja jezgra koje još nije prošlo transformaciju, površinski sloj generira tlačni napon, dok jezgro ima zatezni napon. Kada je napon dovoljno velik, uzrokovat će deformaciju. Kada se jezgro ohladi do tačke Ms, ono će također proći kroz martenzitnu transformaciju i proširiti se u volumenu. Međutim, zbog ograničenja transformiranog površinskog sloja sa niskom plastičnošću i visokom čvrstoćom, njegov konačni zaostali napon bit će u obliku površinskog napona, a jezgro će biti pod pritiskom. Može se vidjeti da su promjena i konačno stanje napona fazne transformacije potpuno suprotni termičkom naponu. Štaviše, budući da se napon fazne promjene javlja na niskim temperaturama sa niskom plastičnošću, deformacija je u ovom trenutku teška, pa je vjerovatnije da će napon fazne promjene uzrokovati pucanje obratka.
Mnogo je faktora koji utiču na veličinu napona fazne transformacije. Što je brža brzina hlađenja čelika u temperaturnom rasponu martenzitne transformacije, što je veća veličina čeličnog komada, to je lošija toplinska provodljivost čelika, što je veća specifična zapremina martenzita, to je veći napon fazne transformacije. Što je veći, on postaje veći. Pored toga, napon fazne transformacije je također povezan sa sastavom čelika i prokaljivošću čelika. Na primjer, visokougljični visokolegirani čelik povećava specifičnu zapreminu martenzita zbog visokog sadržaja ugljika, što bi trebalo povećati napon fazne transformacije čelika. Međutim, kako se sadržaj ugljika povećava, Ms tačka se smanjuje i nakon kaljenja postoji velika količina zaostalog austenita. Njegovo zapreminsko širenje se smanjuje, a preostali napon je nizak.
(2) Deformacija obratka tokom kaljenja
Tokom kaljenja, postoje dvije glavne vrste deformacije u obratku: jedna je promjena geometrijskog oblika obratka, koja se manifestuje kao promjene veličine i oblika, često nazvana deformacija savijanja, koja je uzrokovana naponom kaljenja; druga je deformacija volumena, koja se manifestuje kao proporcionalno širenje ili skupljanje volumena obratka, što je uzrokovano promjenom specifičnog volumena tokom fazne promjene.
Deformacija savijanja također uključuje deformaciju oblika i deformaciju uvijanja. Deformacija uvijanja uglavnom je uzrokovana nepravilnim postavljanjem obratka u peć tokom zagrijavanja, ili nedostatkom obrade oblikovanja nakon korekcije deformacije prije kaljenja, ili neravnomjernim hlađenjem različitih dijelova obratka kada se obratak hladi. Ova deformacija se može analizirati i riješiti za specifične situacije. U nastavku se uglavnom razmatra deformacija volumena i deformacija oblika.
1) Uzroci deformacije kaljenja i pravila njene promjene
Deformacija volumena uzrokovana strukturnom transformacijom Strukturno stanje obratka prije kaljenja je uglavnom perlit, odnosno miješana struktura ferita i cementita, a nakon kaljenja je martenzitna struktura. Različite specifične zapremine ovih tkiva uzrokovat će promjene volumena prije i poslije kaljenja, što rezultira deformacijom. Međutim, ova deformacija uzrokuje samo proporcionalno širenje i skupljanje obratka, tako da ne mijenja oblik obratka.
Osim toga, što je više martenzita u strukturi nakon termičke obrade, ili što je veći sadržaj ugljika u martenzitu, to je veće njegovo zapreminsko širenje, a što je veća količina zaostalog austenita, to je manje zapreminsko širenje. Stoga se promjena zapremine može kontrolirati kontroliranjem relativnog sadržaja martenzita i rezidualnog martenzita tokom termičke obrade. Ako se pravilno kontrolira, zapremina se neće ni širiti ni smanjivati.
Deformacija oblika uzrokovana termičkim naprezanjem Deformacija uzrokovana termičkim naprezanjem javlja se u područjima visoke temperature gdje je granica tečenja čeličnih dijelova niska, plastičnost visoka, površina se brzo hladi, a temperaturna razlika između unutrašnjosti i vanjske strane obratka je najveća. U ovom trenutku, trenutni termički napon je površinski zatezni napon i tlačni napon jezgra. Budući da je temperatura jezgra u ovom trenutku visoka, granica tečenja je mnogo niža od površinske, pa se manifestira kao deformacija pod djelovanjem višesmjernog tlačnog napona, odnosno kocka je sfernog smjera. Raznolikost. Rezultat je da se veća skuplja, dok se manja širi. Na primjer, dugi cilindar se skraćuje u smjeru dužine i širi u smjeru promjera.
Deformacija oblika uzrokovana naprezanjem tkiva Deformacija uzrokovana naprezanjem tkiva također se javlja u ranom trenutku kada je naprezanje tkiva maksimalno. U ovom trenutku, razlika temperature poprečnog presjeka je velika, temperatura jezgre je viša, još uvijek je u austenitnom stanju, plastičnost je dobra, a granica tečenja je niska. Trenutni naprezanje tkiva je površinski tlačni napon i zatezni napon jezgre. Stoga se deformacija manifestira kao izduženje jezgre pod djelovanjem višesmjernog zateznog napona. Rezultat je da se pod djelovanjem naprezanja tkiva veća strana obratka izdužuje, dok se manja strana skraćuje. Na primjer, deformacija uzrokovana naprezanjem tkiva u dugom cilindru je izduženje u dužinu i smanjenje promjera.
Tabela 5.3 prikazuje pravila deformacije kaljenjem različitih tipičnih čeličnih dijelova.
2) Faktori koji utiču na deformaciju kaljenja
Faktori koji utiču na deformaciju kaljenja su uglavnom hemijski sastav čelika, originalna struktura, geometrija dijelova i proces termičke obrade.
3) Gašenje pukotina
Pukotine u dijelovima se uglavnom javljaju u kasnoj fazi kaljenja i hlađenja, odnosno nakon što je martenzitna transformacija u osnovi završena ili nakon potpunog hlađenja, dolazi do krhkog loma jer zatezni napon u dijelovima premašuje čvrstoću čelika na lom. Pukotine su obično okomite na smjer maksimalne zatezne deformacije, tako da različiti oblici pukotina u dijelovima uglavnom zavise od stanja raspodjele napona.
Uobičajene vrste pukotina od kaljenja: Uzdužne (aksijalne) pukotine uglavnom nastaju kada tangencijalni zatezni napon premaši prekidnu čvrstoću materijala; poprečne pukotine nastaju kada veliki aksijalni zatezni napon formiran na unutrašnjoj površini dijela premaši prekidnu čvrstoću materijala. Pukotine; mrežne pukotine nastaju pod djelovanjem dvodimenzionalnog zateznog napona na površinu; ljušteće pukotine nastaju u vrlo tankom očvrslom sloju, što se može dogoditi kada se napon naglo promijeni i prekomjerni zatezni napon djeluje u radijalnom smjeru. Vrsta pukotine.
Uzdužne pukotine se nazivaju i aksijalne pukotine. Pukotine se javljaju pri maksimalnom zateznom naponu blizu površine dijela i imaju određenu dubinu prema centru. Smjer pukotina je uglavnom paralelan s osom, ali se smjer može promijeniti i kada postoji koncentracija napona u dijelu ili kada postoje unutrašnji strukturni defekti.
Nakon što se obradak potpuno kali, sklone su pojave uzdužnih pukotina. To je povezano s velikim tangencijalnim zateznim naponom na površini kaljenog obratka. Kako se sadržaj ugljika u čeliku povećava, povećava se i tendencija stvaranja uzdužnih pukotina. Niskougljični čelik ima malu specifičnu zapreminu martenzita i jak termički napon. Na površini postoji veliki zaostali tlačni napon, tako da ga nije lako kaliti. Kako se sadržaj ugljika povećava, površinski tlačni napon se smanjuje, a strukturni napon se povećava. Istovremeno, vršni zatezni napon se pomiče prema površinskom sloju. Stoga je visokougljični čelik sklon uzdužnim pukotinama od kaljenja prilikom pregrijavanja.
Veličina dijelova direktno utiče na veličinu i raspodjelu zaostalog napona, a njihova sklonost ka pucanju pri kaljenju je također različita. Uzdužne pukotine se također lako formiraju kaljenjem unutar opasnog raspona veličina poprečnog presjeka. Osim toga, blokiranje čeličnim sirovinama često uzrokuje uzdužne pukotine. Budući da se većina čeličnih dijelova izrađuje valjanjem, ne-zlatni inkluziji, karbidi itd. u čeliku su raspoređeni duž smjera deformacije, što uzrokuje anizotropnost čelika. Na primjer, ako alatni čelik ima strukturu u obliku trake, njegova poprečna čvrstoća na lom nakon kaljenja je 30% do 50% manja od uzdužne čvrstoće na lom. Ako postoje faktori poput ne-zlatnih inkluzija u čeliku koji uzrokuju koncentraciju napona, čak i ako je tangencijalni napon veći od aksijalnog napona, uzdužne pukotine se lako formiraju pod uvjetima niskog napona. Iz tog razloga, stroga kontrola nivoa nemetalnih inkluzija i šećera u čeliku važan je faktor u sprječavanju pukotina od kaljenja.
Karakteristike raspodjele unutrašnjeg napona kod poprečnih i lučnih pukotina su: površina je izložena tlačnom naponu. Nakon što se površina udalji od određene udaljenosti, tlačni napon se mijenja u veliki zatezni napon. Pukotina nastaje u području zateznog napona, a zatim se, kada se unutrašnji napon proširi na površinu dijela, on preraspodijeli ili se krhkost čelika dodatno poveća.
Poprečne pukotine se često javljaju u velikim dijelovima vratila, kao što su valjci, rotori turbina ili drugi dijelovi vratila. Karakteristike pukotina su da su okomite na smjer ose i lome se iznutra prema van. Često se formiraju prije kaljenja i uzrokovane su termičkim naprezanjem. Veliki otkivci često imaju metalurške nedostatke kao što su pore, inkluzije, pukotine od kovanja i bijele mrlje. Ovi defekti služe kao početna tačka loma i loma pod djelovanjem aksijalnog zateznog napona. Lučne pukotine su uzrokovane termičkim naprezanjem i obično su raspoređene u obliku luka na dijelovima gdje se oblik dijela mijenja. Uglavnom se javljaju unutar obratka ili u blizini oštrih rubova, žljebova i rupa, a raspoređuju se u obliku luka. Kada se dijelovi od visokougljičnog čelika promjera ili debljine od 80 do 100 mm ili više ne kale, površina će pokazivati tlačni napon, a središte će pokazivati zatezni napon. Napon, maksimalni zatezni napon, javlja se u prijelaznoj zoni od očvrslog sloja do neočvrslog sloja, a lučne pukotine se javljaju u tim područjima. Osim toga, brzina hlađenja na oštrim ivicama i uglovima je brza i svi se kale. Prilikom prelaska na nježne dijelove, odnosno na neočvrsnuto područje, ovdje se pojavljuje zona maksimalnog zateznog napona, tako da su sklone pojavi lučnih pukotina. Brzina hlađenja u blizini rupe za iglu, žlijeba ili središnjeg otvora obratka je spora, odgovarajući očvrsli sloj je tanak, a zatezni napon u blizini očvrsle prelazne zone može lako uzrokovati lučne pukotine.
Retikularne pukotine, poznate i kao površinske pukotine, su površinske pukotine. Dubina pukotine je plitka, obično oko 0,01~1,5 mm. Glavna karakteristika ove vrste pukotine je da proizvoljni smjer pukotine nema nikakve veze s oblikom dijela. Mnoge pukotine su međusobno povezane i formiraju mrežu te su široko rasprostranjene. Kada je dubina pukotine veća, na primjer više od 1 mm, karakteristike mreže nestaju i postaju nasumično orijentirane ili uzdužno raspoređene pukotine. Mrežne pukotine su povezane sa stanjem dvodimenzionalnog zateznog napona na površini.
Dijelovi od visokougljičnog ili cementiranog čelika s dekarburiziranim slojem na površini skloni su stvaranju mrežastih pukotina tokom kaljenja. To je zato što površinski sloj ima niži sadržaj ugljika i manju specifičnu zapreminu od unutrašnjeg sloja martenzita. Tokom kaljenja, površinski sloj karbida je izložen zateznom naprezanju. Dijelovi čiji defosforacijski sloj nije potpuno uklonjen tokom mehaničke obrade također će formirati mrežaste pukotine tokom visokofrekventnog ili plamenog površinskog kaljenja. Da bi se izbjegle takve pukotine, kvalitet površine dijelova treba strogo kontrolisati, a oksidacijsko zavarivanje treba spriječiti tokom termičke obrade. Osim toga, nakon što se kalup za kovanje koristi određeni vremenski period, pukotine od termičkog zamora koje se pojavljuju u trakama ili mrežama u šupljini i pukotine u procesu brušenja kaljenih dijelova pripadaju ovom obliku.
Pukotine usljed ljuštenja javljaju se u vrlo uskom području površinskog sloja. Kompresivni napon djeluje u aksijalnom i tangencijalnom smjeru, a zatezni napon se javlja u radijalnom smjeru. Pukotine su paralelne s površinom dijela. Ljuštenje očvrslog sloja nakon što se dijelovi površinski kale i cementiraju pripada takvim pukotinama. Njegova pojava povezana je s neravnomjernom strukturom u očvrslom sloju. Na primjer, nakon što se legirani cementirani čelik ohladi određenom brzinom, struktura u cementiranom sloju je: vanjski sloj izuzetno finog perlita + karbid, a podsloj je martenzit + rezidualni austenit, dok je unutrašnji sloj fini perlit ili struktura izuzetno finog perlita. Budući da je specifični volumen formiranja podsloja martenzita najveći, rezultat širenja volumena je da tlačni napon djeluje na površinski sloj u aksijalnom i tangencijalnom smjeru, a zatezni napon se javlja u radijalnom smjeru, te dolazi do promjene napona prema unutra, prelazeći u stanje kompresivnog napona, a pukotine usljed ljuštenja javljaju se u izuzetno tankim područjima gdje napon naglo prelazi. Generalno, pukotine se kriju unutra paralelno s površinom, a u težim slučajevima mogu uzrokovati ljuštenje površine. Ako se ubrza ili smanji brzina hlađenja cementiranih dijelova, u cementiranom sloju može se dobiti ujednačena martenzitna struktura ili ultrafina perlitna struktura, što može spriječiti pojavu takvih pukotina. Osim toga, tokom površinskog kaljenja visokom frekvencijom ili plamenom, površina se često pregrije, a strukturna nehomogenost duž očvrslog sloja može lako formirati takve površinske pukotine.
Mikropukotine se razlikuju od četiri prethodno spomenute pukotine po tome što su uzrokovane mikronaprezanjem. Intergranularne pukotine koje se javljaju nakon kaljenja, pregrijavanja i brušenja visokougljičnog alatnog čelika ili cementiranih obradaka, kao i pukotine uzrokovane nepravovremenim popuštanjem kaljenih dijelova, sve su povezane s postojanjem i naknadnim širenjem mikropukotina u čeliku.
Mikropukotine se moraju ispitati pod mikroskopom. Obično se javljaju na originalnim granicama zrna austenita ili na spoju martenzitnih slojeva. Neke pukotine prodiru kroz martenzitne slojeve. Istraživanja pokazuju da su mikropukotine češće kod ljuskavog dvojakog martenzita. Razlog je taj što se ljuskavi martenzit sudara jedan s drugim kada raste velikom brzinom i stvara visoki napon. Međutim, sam dvojaki martenzit je krhak i ne može proizvesti plastičnu deformaciju koja opušta napon, te stoga lako uzrokuje mikropukotine. Zrna austenita su gruba i podložnost mikropukotinama se povećava. Prisustvo mikropukotina u čeliku značajno će smanjiti čvrstoću i plastičnost kaljenih dijelova, što dovodi do ranog oštećenja (loma) dijelova.
Da bi se izbjegle mikropukotine u dijelovima od visokougljičnog čelika, mogu se usvojiti mjere poput niže temperature kaljenja, postizanja fine martenzitne strukture i smanjenja sadržaja ugljika u martenzitu. Osim toga, pravovremeno otpuštanje nakon kaljenja je efikasna metoda za smanjenje unutrašnjeg napona. Ispitivanja su dokazala da nakon dovoljnog otpuštanja iznad 200°C, karbidi istaloženi na pukotinama imaju učinak "zavarivanja" pukotina, što može značajno smanjiti opasnost od mikropukotina.
Gore navedeno je diskusija o uzrocima i metodama sprječavanja pukotina na osnovu obrasca distribucije pukotina. U stvarnoj proizvodnji, distribucija pukotina varira zbog faktora kao što su kvalitet čelika, oblik dijela i tehnologija tople i hladne obrade. Ponekad pukotine već postoje prije termičke obrade i dalje se šire tokom procesa kaljenja; ponekad se nekoliko oblika pukotina može pojaviti u istom dijelu istovremeno. U ovom slučaju, na osnovu morfoloških karakteristika pukotine, makroskopske analize površine loma, metalografskog ispitivanja i, kada je potrebno, hemijske analize i drugih metoda, treba koristiti sveobuhvatnu analizu od kvaliteta materijala, organizacijske strukture do uzroka naprezanja termičke obrade kako bi se pronašli glavni uzroci pukotine, a zatim odredile efikasne preventivne mjere.
Analiza loma pukotina je važna metoda za analizu uzroka pukotina. Svaki lom ima početnu tačku za pukotine. Pukotine uzrokovane gašenjem obično počinju od tačke konvergencije radijalnih pukotina.
Ako se izvor pukotine nalazi na površini dijela, to znači da je pukotina uzrokovana prekomjernim zateznim naponom na površini. Ako na površini nema strukturnih defekata poput inkluzija, ali postoje faktori koncentracije napona poput ozbiljnih tragova noža, oksidne ljuske, oštrih uglova čeličnih dijelova ili strukturnih promjena, mogu se pojaviti pukotine.
Ako je porijeklo pukotine unutar dijela, to je povezano s nedostacima materijala ili prekomjernim unutrašnjim zaostalim zateznim naponom. Površina loma normalnog kaljenja je siva i finog porculana. Ako je površina loma tamnosiva i hrapava, uzrok je pregrijavanje ili je originalno tkivo debelo.
Generalno govoreći, na staklenom dijelu pukotine pri kaljenju ne bi trebalo biti oksidacijske boje, niti bi trebalo biti dekarburizacije oko pukotine. Ako postoji dekarburizacija oko pukotine ili oksidirana boja na dijelu pukotine, to ukazuje na to da je dio već imao pukotine prije kaljenja, a originalne pukotine će se proširiti pod utjecajem naprezanja toplinske obrade. Ako se u blizini pukotina dijela vide segregirani karbidi i inkluzije, to znači da su pukotine povezane s jakom segregacijom karbida u sirovini ili prisustvom inkluzija. Ako se pukotine pojavljuju samo na oštrim uglovima ili dijelovima dijela s mutacijom oblika bez gore navedenog fenomena, to znači da je pukotina uzrokovana nerazumnim strukturnim dizajnom dijela ili nepravilnim mjerama za sprječavanje pukotina, ili prekomjernim naprezanjem toplinske obrade.
Osim toga, pukotine u dijelovima podvrgnutim hemijskoj termičkoj obradi i površinskom kaljenju uglavnom se pojavljuju u blizini očvrslog sloja. Poboljšanje strukture očvrslog sloja i smanjenje napona termičke obrade važni su načini za izbjegavanje površinskih pukotina.
Vrijeme objave: 22. maj 2024.