Definicija i svrha kaljenja
Čelik se zagrijava na temperaturu iznad kritične točke Ac3 (hipoeutektoidni čelik) ili Ac1 (hipereutektoidni čelik), drži se određeno vrijeme kako bi se potpuno ili djelomično austenitizirao, a zatim se hladi brzinom većom od kritične brzine kaljenja. Proces toplinske obrade koji pretvara pothlađeni austenit u martenzit ili niži bainit naziva se kaljenje.
Svrha kaljenja je transformirati pothlađeni austenit u martenzit ili bainit kako bi se dobila struktura martenzita ili nižeg bainita, koja se zatim kombinira s popuštanjem na različitim temperaturama kako bi se znatno 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 fizikalnih i kemijskih 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 općenito dijeli na sljedeće tri faze: fazu filma pare, fazu vrenja i fazu konvekcije.
Prokaljivost čelika
Prokaljivost i prokaljivost su dva pokazatelja performansi koji karakteriziraju sposobnost čelika da se kali. Također su važna osnova za odabir i upotrebu materijala.
1. Pojmovi prokaljivosti i prokaljivosti
Prokaljivost je sposobnost čelika da postigne najveću tvrdoću koju može postići kada se kali i otvrdne pod idealnim uvjetima. Glavni faktor koji određuje prokaljivost čelika je sadržaj ugljika u čeliku. Preciznije, to je sadržaj ugljika otopljenog u austenitu tijekom 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 uvjetima. To jest, sposobnost postizanja dubine okaljenog sloja kada se čelik kali. To je inherentno svojstvo čelika. Prokaljivost zapravo odražava lakoću kojom se austenit pretvara u martenzit kada se čelik kali. Uglavnom je povezana sa stabilnošću pothlađenog austenita čelika ili s kritičnom brzinom hlađenja čelika pri kaljenju.
Također treba istaknuti da se prokaljivost čelika mora razlikovati od efektivne dubine kaljenja čeličnih dijelova pod specifičnim uvjetima kaljenja. Prokaljivost čelika je inherentno svojstvo samog čelika. Ovisi samo o njegovim unutarnjim čimbenicima i nema nikakve veze s vanjskim čimbenicima. Efektivna dubina prokaljivosti čelika ne ovisi samo o prokaljivosti čelika, već i o korištenom materijalu. Povezana je s vanjskim čimbenicima kao što su rashladni medij i veličina obratka. Na primjer, pod istim uvjetima austenitizacije, prokaljivost istog čelika je ista, ali efektivna dubina kaljenja kaljenja u vodi je 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 čimbenika kao što su oblik obratka, veličina, rashladni medij itd.
Osim toga, budući da su prokaljivost i prokaljivost dva različita pojma, čelik s visokom tvrdoćom nakon kaljenja ne mora nužno imati visoku prokaljivost; a čelik s niskom tvrdoćom također može imati visoku prokaljivost.
2. Čimbenici koji utječu na prokaljivost
Prokaljivost čelika ovisi o 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 ovisi o njegovom kemijskom sastavu, veličini zrna i ujednačenosti sastava, što je povezano s kemijskim sastavom čelika i uvjetima 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 jezgra dobije potpuno martenzitnu ili 50% martenzitne strukture naziva se kritični promjer, predstavljen s 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 pronalazak šipke s polumartenzitnom strukturom u sredini. Promjer okrugle šipke to je kritični promjer. Što je veći kritični promjer, to je veća prokaljivost čelika.
(2) Metoda ispitivanja završnog kaljenja
Metoda ispitivanja kaljenjem na kraju koristi uzorak standardne veličine (Ф25 mm × 100 mm). Nakon austenitizacije, voda se prska na jedan kraj uzorka na posebnoj opremi kako bi se ohladio. Nakon hlađenja, tvrdoća se mjeri duž smjera osi - od kraja hlađenog vodom. Metoda ispitivanja za krivulju odnosa udaljenosti. Metoda ispitivanja kaljenja na kraju jedna je od metoda za određivanje prokaljivosti čelika. Njene prednosti su jednostavan rad i širok raspon primjene.
4. Gašenje naprezanja, deformacija i pucanja
(1) Unutarnje naprezanje obratka tijekom kaljenja
Kada se obradak brzo hladi u mediju za kaljenje, budući da obradak ima određenu veličinu, a koeficijent toplinske vodljivosti također je određene vrijednosti, tijekom procesa hlađenja pojavit će se određeni temperaturni gradijent duž unutarnjeg dijela obradka. Temperatura površine je niska, temperatura jezgre je visoka, a temperature površine i jezgre su visoke. Postoji temperaturna razlika. Tijekom procesa hlađenja obradka postoje i dvije fizikalne pojave: jedna je toplinsko širenje, kako temperatura pada, duljina linije obradka će se smanjiti; druga je transformacija austenita u martenzit kada temperatura padne do točke transformacije martenzita, što će povećati specifični volumen. Zbog temperaturne razlike tijekom procesa hlađenja, količina toplinskog širenja bit će različita na različitim dijelovima duž presjeka obradka, a unutarnje naprezanje će se stvarati u različitim dijelovima obradka. Zbog postojanja temperaturnih razlika unutar obradka, mogu postojati i dijelovi gdje temperatura pada brže od točke gdje se pojavljuje martenzit. Transformacijom se volumen širi, a dijelovi s visokom temperaturom još uvijek su viši od točke i još uvijek su u austenitnom stanju. Ovi različiti dijelovi također će generirati unutarnje naprezanje zbog razlika u specifičnim promjenama volumena. Stoga se tijekom procesa kaljenja i hlađenja mogu generirati dvije vrste unutarnjeg naprezanja: jedno je toplinsko naprezanje, a drugo je naprezanje tkiva.
Prema vremenskim karakteristikama postojanja unutarnjeg naprezanja, ono se može podijeliti i na trenutno naprezanje i zaostalo naprezanje. Unutarnje naprezanje koje izradak stvara u određenom trenutku tijekom procesa hlađenja naziva se trenutno naprezanje; nakon što se izradak ohladi, naprezanje koje ostaje unutar izratka naziva se zaostalo naprezanje.
Toplinsko naprezanje odnosi se na naprezanje uzrokovano nekonzistentnim toplinskim 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 nastanka i promjene unutarnjeg naprezanja tijekom procesa hlađenja. Ovdje se raspravlja samo o aksijalnom naprezanju. Na početku hlađenja, budući da se površina brzo hladi, temperatura je niska i jako se skuplja, dok se jezgra hladi, temperatura je visoka, a skupljanje je malo. Kao rezultat toga, površina i unutrašnjost su međusobno ograničeni, što rezultira vlačnim naprezanjem na površini, dok je jezgra pod tlakom. Kako hlađenje napreduje, temperaturna razlika između unutrašnjosti i vanjštine se povećava, a unutarnje naprezanje također se sukladno tome povećava. Kada se naprezanje poveća i premaši granicu razvlačenja na toj temperaturi, dolazi do plastične deformacije. Budući da je debljina srca veća od debljine površine, srce se uvijek prvo aksijalno skuplja. Kao rezultat plastične deformacije, unutarnje naprezanje se više ne povećava. Nakon hlađenja na određeno vrijeme, smanjenje temperature površine postupno će se usporiti, a i njezino skupljanje će se postupno smanjivati. U ovom trenutku jezgra se još uvijek skuplja, pa će se vlačno naprezanje na površini i tlačno naprezanje na jezgri postupno smanjivati dok ne nestanu. Međutim, kako se hlađenje nastavlja, površinska vlažnost postaje sve niža i niža, a količina skupljanja sve manja i manja ili čak prestaje. Budući da je temperatura u jezgri još uvijek visoka, ona će se nastaviti skupljati i na kraju će se na površini obratka stvoriti tlačno naprezanje, dok će jezgra imati vlačno naprezanje. Međutim, budući da je temperatura niska, plastična deformacija se ne događa lako, pa će se to naprezanje povećavati kako hlađenje napreduje. Nastavlja se povećavati i na kraju ostaje unutar obratka kao zaostalo naprezanje.
Može se vidjeti da toplinsko naprezanje tijekom procesa hlađenja u početku uzrokuje istezanje površinskog sloja i kompresiju jezgre, a preostalo zaostalo naprezanje je kompresija površinskog sloja i istezanje jezgre.
Ukratko, toplinsko naprezanje nastalo tijekom kaljenja uzrokovano je razlikom temperature presjeka tijekom procesa hlađenja. Što je veća brzina hlađenja i veća razlika temperature presjeka, to je veće i nastalo toplinsko naprezanje. Pod istim uvjetima rashladnog medija, što je viša temperatura zagrijavanja obratka, veća je veličina, manja je toplinska vodljivost čelika, veća je temperaturna razlika unutar obratka i veće je toplinsko naprezanje. Ako se obratak neravnomjerno hladi na visokoj temperaturi, bit će iskrivljen i deformiran. Ako je trenutno vlačno naprezanje nastalo tijekom procesa hlađenja obratka veće od vlačne čvrstoće materijala, doći će do pukotina od kaljenja.
Naprezanje fazne transformacije odnosi se na naprezanje uzrokovano različitim vremenom fazne transformacije u različitim dijelovima obratka tijekom procesa toplinske obrade, također poznato kao naprezanje tkiva.
Tijekom kaljenja i brzog hlađenja, kada se površinski sloj ohladi do točke Ms, dolazi do martenzitne transformacije i uzrokuje širenje volumena. Međutim, zbog začepljenja jezgre koja još nije prošla transformaciju, površinski sloj stvara tlačno naprezanje, dok jezgra ima vlačno naprezanje. Kada je naprezanje dovoljno veliko, uzrokovat će deformaciju. Kada se jezgra ohladi do točke Ms, također će proći kroz martenzitnu transformaciju i proširiti se u volumenu. Međutim, zbog ograničenja transformiranog površinskog sloja s niskom plastičnošću i visokom čvrstoćom, njegovo konačno zaostalo naprezanje bit će u obliku površinske napetosti, a jezgra će biti pod tlakom. Može se vidjeti da su promjena i konačno stanje naprezanja fazne transformacije upravo suprotni toplinskom naprezanju. Štoviše, budući da se naprezanje fazne promjene javlja na niskim temperaturama s niskom plastičnošću, deformacija je u ovom trenutku teška, pa je vjerojatnije da će naprezanje fazne promjene uzrokovati pucanje obratka.
Mnogo je čimbenika koji utječu na veličinu naprezanja fazne transformacije. Što je brža brzina hlađenja čelika u temperaturnom rasponu martenzitne transformacije, to je veća veličina čeličnog komada, to je lošija toplinska vodljivost čelika, što je veći specifični volumen martenzita, to je veće naprezanje fazne transformacije. Što je ono veće, ono je veće. Osim toga, naprezanje fazne transformacije također je povezano sa sastavom čelika i prokaljivošću čelika. Na primjer, visokougljični visokolegirani čelik povećava specifični volumen martenzita zbog visokog sadržaja ugljika, što bi trebalo povećati naprezanje fazne transformacije čelika. Međutim, kako se sadržaj ugljika povećava, Ms točka se smanjuje i nakon kaljenja postoji velika količina zaostalog austenita. Njegovo volumensko širenje se smanjuje, a zaostalo naprezanje je nisko.
(2) Deformacija obratka tijekom kaljenja
Tijekom kaljenja postoje dvije glavne vrste deformacije u obratku: jedna je promjena geometrijskog oblika obratka, koja se manifestira kao promjene veličine i oblika, često nazvana deformacija savijanja, a uzrokovana je naprezanjem kaljenja; druga je volumenska deformacija, koja se manifestira kao proporcionalno širenje ili skupljanje volumena obratka, što je uzrokovano promjenom specifičnog volumena tijekom promjene faze.
Deformacija savijanja također uključuje deformaciju oblika i deformaciju uvijanja. Deformacija uvijanja uglavnom je uzrokovana nepravilnim postavljanjem obratka u peć tijekom zagrijavanja ili nedostatkom obrade oblikovanja nakon korekcije deformacije prije kaljenja ili neravnomjernim hlađenjem različitih dijelova obratka kada se obratak hladi. Ova deformacija može se analizirati i riješiti za specifične situacije. U nastavku se uglavnom raspravlja o deformaciji volumena i deformaciji oblika.
1) Uzroci deformacije kaljenja i pravila njezine promjene
Volumenska deformacija uzrokovana strukturnom transformacijom Strukturno stanje obratka prije kaljenja je općenito perlit, odnosno miješana struktura ferita i cementita, a nakon kaljenja je martenzitna struktura. Različiti specifični volumeni 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 toplinske obrade ili što je veći sadržaj ugljika u martenzitu, to je veće njegovo volumensko širenje, a što je veća količina zaostalog austenita, to je manje volumensko širenje. Stoga se promjena volumena može kontrolirati kontroliranjem relativnog udjela martenzita i preostalog martenzita tijekom toplinske obrade. Ako se pravilno kontrolira, volumen se neće ni širiti ni smanjivati.
Deformacija oblika uzrokovana toplinskim naprezanjem Deformacija uzrokovana toplinskim naprezanjem javlja se u područjima visoke temperature gdje je granica razvlačenja čeličnih dijelova niska, plastičnost visoka, površina se brzo hladi, a temperaturna razlika između unutrašnjosti i vanjske strane obratka je najveća. U ovom trenutku, trenutno toplinsko naprezanje je površinsko vlačno naprezanje i tlačno naprezanje jezgre. Budući da je temperatura jezgre u ovom trenutku visoka, granica razvlačenja je mnogo niža od površinske, pa se manifestira kao deformacija pod djelovanjem višesmjernog tlačnog naprezanja, odnosno kocka je sfernog smjera. Raznolikost. Rezultat je da se veća skuplja, dok se manja širi. Na primjer, dugi cilindar skraćuje se u smjeru duljine 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 presjeka je velika, temperatura jezgre je viša, još je u austenitnom stanju, plastičnost je dobra, a granica razvlačenja niska. Trenutačno naprezanje tkiva je površinsko tlačno naprezanje i vlačno naprezanje jezgre. Stoga se deformacija manifestira kao izduženje jezgre pod djelovanjem višesmjernog vlačnog naprezanja. 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 duljinu i smanjenje promjera.
Tablica 5.3 prikazuje pravila deformacije kaljenjem različitih tipičnih čeličnih dijelova.
2) Čimbenici koji utječu na deformaciju kaljenja
Čimbenici koji utječu na deformaciju kaljenja su uglavnom kemijski sastav čelika, izvorna struktura, geometrija dijelova i proces toplinske obrade.
3) Gašenje pukotina
Pukotine u dijelovima uglavnom se 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 vlačno naprezanje u dijelovima premašuje lomnu čvrstoću čelika. Pukotine su obično okomite na smjer maksimalne vlačne deformacije, pa različiti oblici pukotina u dijelovima uglavnom ovise o stanju raspodjele naprezanja.
Uobičajene vrste pukotina od kaljenja: Uzdužne (aksijalne) pukotine uglavnom nastaju kada tangencijalno vlačno naprezanje premašuje prekidnu čvrstoću materijala; poprečne pukotine nastaju kada veliko aksijalno vlačno naprezanje nastalo na unutarnjoj površini dijela premašuje prekidnu čvrstoću materijala. Pukotine; mrežne pukotine nastaju pod djelovanjem dvodimenzionalnog vlačnog naprezanja na površinu; ljušteće pukotine nastaju u vrlo tankom očvrslom sloju, što se može dogoditi kada se naprezanje naglo promijeni i pretjerano vlačno naprezanje djeluje u radijalnom smjeru. Vrsta pukotine.
Uzdužne pukotine nazivaju se i aksijalnim pukotinama. Pukotine se javljaju pri maksimalnom vlačnom naprezanju blizu površine dijela i imaju određenu dubinu prema središtu. Smjer pukotina općenito je paralelan s osi, ali smjer se može promijeniti i kada postoji koncentracija naprezanja u dijelu ili kada postoje unutarnji strukturni nedostaci.
Nakon što se obratak potpuno kali, sklone su uzdužnim pukotinama. To je povezano s velikim tangencijalnim vlačnim naprezanjem na površini kaljenog obratka. Kako se sadržaj ugljika u čeliku povećava, povećava se sklonost stvaranju uzdužnih pukotina. Niskougljični čelik ima mali specifični volumen martenzita i jaka toplinska naprezanja. Na površini postoji veliko zaostalo tlačno naprezanje, pa ga nije lako kaliti. Kako se sadržaj ugljika povećava, površinsko tlačno naprezanje se smanjuje, a strukturno naprezanje raste. Istovremeno, vršno vlačno naprezanje pomiče se prema površinskom sloju. Stoga je visokougljični čelik sklon uzdužnim pukotinama od kaljenja prilikom pregrijavanja.
Veličina dijelova izravno utječe na veličinu i raspodjelu zaostalog naprezanja, a njegova sklonost pucanju pri kaljenju također je različita. Uzdužne pukotine također se lako formiraju kaljenjem unutar opasnog raspona veličina poprečnog presjeka. Osim toga, začepljenje čeličnim sirovinama često uzrokuje uzdužne pukotine. Budući da se većina čeličnih dijelova izrađuje valjanjem, ne-zlatni inkluziji, karbidi itd. u čeliku raspoređeni su duž smjera deformacije, što uzrokuje anizotropnost čelika. Na primjer, ako alatni čelik ima strukturu u obliku trake, njegova poprečna lomna čvrstoća nakon kaljenja je 30% do 50% manja od uzdužne lomne čvrstoće. Ako postoje čimbenici poput ne-zlatnih inkluzija u čeliku koji uzrokuju koncentraciju naprezanja, čak i ako je tangencijalno naprezanje veće od aksijalnog naprezanja, uzdužne pukotine se lako formiraju pod uvjetima niskog naprezanja. Iz tog razloga, stroga kontrola razine nemetalnih inkluzija i šećera u čeliku važan je čimbenik u sprječavanju pukotina od kaljenja.
Karakteristike raspodjele unutarnjeg naprezanja poprečnih pukotina i lučnih pukotina su: površina je izložena tlačnom naprezanju. Nakon što se površina udalji za određenu udaljenost, tlačno naprezanje se mijenja u veliko vlačno naprezanje. Pukotina nastaje u području vlačnog naprezanja, a zatim se, kada se unutarnje naprezanje proširi na površinu dijela, širi samo ako se preraspodijeli ili se krhkost čelika dodatno poveća.
Poprečne pukotine često se javljaju u velikim dijelovima osovine, kao što su valjci, rotori turbina ili drugi dijelovi osovine. Karakteristike pukotina su da su okomite na smjer osi i lome se iznutra prema van. Često nastaju prije kaljenja i uzrokovane su toplinskim naprezanjem. Veliki otkivci često imaju metalurške nedostatke poput pora, inkluzija, pukotina od kovanja i bijelih mrlja. Ovi nedostaci služe kao početna točka loma i loma pod djelovanjem aksijalnog vlačnog naprezanja. Lučne pukotine uzrokovane su toplinskim 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 tlačno naprezanje, a središte će pokazivati vlačno naprezanje. Naprezanje, maksimalno vlačno naprezanje, javlja se u prijelaznoj zoni iz očvrslog sloja u neočvrsli sloj, a lučne pukotine nastaju u tim područjima. Osim toga, brzina hlađenja na oštrim rubovima i kutovima je brza i svi se kale. Prilikom prijelaza na nježne dijelove, odnosno na nekaljeno područje, ovdje se pojavljuje zona maksimalnog vlačnog naprezanja, pa su sklone nastanku lučnih pukotina. Brzina hlađenja u blizini rupe za iglu, utora ili središnje rupe obratka je spora, odgovarajući kaljeni sloj je tanak, a vlačno naprezanje u blizini okaljene prijelazne 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 tvore mrežu te su široko raspoređene. Kada je dubina pukotine veća, na primjer više od 1 mm, karakteristike mreže nestaju i postaju nasumično orijentirane ili uzdužno raspoređene pukotine. Mrežne pukotine povezane su sa stanjem dvodimenzionalnog vlačnog naprezanja na površini.
Dijelovi od visokougljičnog ili cementiranog čelika s dekarburiziranim slojem na površini skloni su stvaranju mrežastih pukotina tijekom kaljenja. To je zato što površinski sloj ima niži sadržaj ugljika i manji specifični volumen od unutarnjeg sloja martenzita. Tijekom kaljenja, površinski sloj karbida izložen je vlačnom naprezanju. Dijelovi čiji defosforacijski sloj nije potpuno uklonjen tijekom mehaničke obrade također će stvarati mrežaste pukotine tijekom visokofrekventnog ili plamenog površinskog kaljenja. Kako bi se izbjegle takve pukotine, kvaliteta površine dijelova treba se strogo kontrolirati, a oksidacijsko zavarivanje treba spriječiti tijekom toplinske obrade. Osim toga, nakon što se kalup za kovanje koristi određeno vrijeme, toplinske pukotine od zamora koje se pojavljuju u trakama ili mrežama u šupljini i pukotine u procesu brušenja kaljenih dijelova pripadaju ovom obliku.
Pukotine od ljuštenja javljaju se u vrlo uskom području površinskog sloja. Tlačno naprezanje djeluje u aksijalnom i tangencijalnom smjeru, a vlačno naprezanje 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 + preostali austenit, unutarnji sloj je fini perlit ili struktura izuzetno finog perlita. Budući da je specifični volumen formiranja podsloja martenzita najveći, rezultat širenja volumena je da tlačno naprezanje djeluje na površinski sloj u aksijalnom i tangencijalnom smjeru, a vlačno naprezanje se javlja u radijalnom smjeru, te dolazi do promjene naprezanja prema unutra, prelazeći u stanje tlačnog naprezanja, a pukotine od ljuštenja javljaju se u izuzetno tankim područjima gdje naprezanje naglo prelazi. Općenito, pukotine se kriju iznutra 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, tijekom visokofrekventnog ili plamenog površinskog kaljenja, površina se često pregrije, a strukturna nehomogenost duž očvrslog sloja može lako stvoriti takve površinske pukotine.
Mikropukotine se razlikuju od četiri prethodno spomenute pukotine po tome što su uzrokovane mikronaprezanjem. Intergranularne pukotine koje se pojavljuju nakon kaljenja, pregrijavanja i brušenja visokougljičnog alatnog čelika ili cementiranih obratka, kao i pukotine uzrokovane nepravovremenim popuštanjem kaljenih dijelova, povezane su s postojanjem i naknadnim širenjem mikropukotina u čeliku.
Mikropukotine se moraju pregledati pod mikroskopom. Obično se javljaju na izvornim granicama zrna austenita ili na spoju martenzitnih slojeva. Neke pukotine prodiru kroz martenzitne slojeve. Istraživanja pokazuju da su mikropukotine češće u ljuskavom martenzitu s dvojakicom. Razlog je taj što se ljuskavi martenzit sudara jedan s drugim kada raste velikom brzinom i stvara velika naprezanja. Međutim, sam martenzit s dvojakicom je krhak i ne može proizvesti plastičnu deformaciju koja opušta naprezanja, te stoga lako uzrokuje mikropukotine. Zrna austenita su gruba i osjetljivost na mikropukotine se povećava. Prisutnost mikropukotina u čeliku značajno će smanjiti čvrstoću i plastičnost kaljenih dijelova, što dovodi do ranog oštećenja (loma) dijelova.
Kako 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 učinkovita je metoda za smanjenje unutarnjeg naprezanja. 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 rasprava o uzrocima i metodama sprječavanja pukotina na temelju obrasca raspodjele pukotina. U stvarnoj proizvodnji, raspodjela pukotina varira zbog čimbenika kao što su kvaliteta čelika, oblik dijela te tehnologija tople i hladne obrade. Ponekad pukotine već postoje prije toplinske obrade i dodatno se šire tijekom procesa kaljenja; ponekad se u istom dijelu može pojaviti nekoliko oblika pukotina istovremeno. U tom slučaju, na temelju morfoloških karakteristika pukotine, makroskopske analize površine prijeloma, metalografskog ispitivanja i, kada je potrebno, kemijske analize i drugih metoda, treba provesti sveobuhvatnu analizu od kvalitete materijala, organizacijske strukture do uzroka naprezanja toplinske obrade kako bi se pronašli glavni uzroci pukotine, a zatim odredile učinkovite preventivne mjere.
Analiza loma pukotina važna je metoda za analizu uzroka pukotina. Svaki lom ima početnu točku za pukotine. Pukotine uzrokovane gašenjem obično počinju od točke konvergencije radijalnih pukotina.
Ako se izvor pukotine nalazi na površini dijela, to znači da je pukotina uzrokovana prekomjernim vlačnim naprezanjem na površini. Ako na površini nema strukturnih nedostataka poput inkluzija, ali postoje faktori koncentracije naprezanja poput jakih tragova noža, oksidne ljuske, oštrih kutova čeličnih dijelova ili strukturnih promjena, mogu se pojaviti pukotine.
Ako je izvor pukotine unutar dijela, povezana je s nedostacima materijala ili prekomjernim unutarnjim zaostalim vlačnim naprezanjem. Površina prijeloma normalnog kaljenja je siva i finog porculana. Ako je površina prijeloma tamnosiva i hrapava, uzrok je pregrijavanje ili je izvorno tkivo debelo.
Općenito govoreći, na staklenom dijelu pukotine od kaljenja 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 izvorne 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 prisutnošću inkluzija. Ako se pukotine pojavljuju samo na oštrim kutovima 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 pretjeranim naprezanjem toplinske obrade.
Osim toga, pukotine u dijelovima podvrgnutim kemijskoj toplinskoj obradi i površinskom kaljenju uglavnom se pojavljuju u blizini očvrslog sloja. Poboljšanje strukture očvrslog sloja i smanjenje naprezanja toplinske obrade važni su načini za izbjegavanje površinskih pukotina.
Vrijeme objave: 22. svibnja 2024.