A kioltás fogalma és célja
Az acélt a kritikus Ac3 (hipoeutektoid acél) vagy Ac1 (hipereutektoid acél) pont fölé hevítik, egy ideig ezen a hőmérsékleten tartják, hogy teljesen vagy részlegesen ausztenitesedjen, majd a kritikus edzési sebességnél nagyobb sebességgel hűtik le. A hőkezelési folyamatot, amely a túlhűtött ausztenitet martenzitté vagy alsó bainitté alakítja, edzésnek nevezik.
A kioltás célja a túlhűtött ausztenit martenzitté vagy bainitté alakítása, így martenzites vagy alacsonyabb bainittartalmú szerkezetet kapva, amelyet aztán különböző hőmérsékleteken végzett megeresztéssel kombinálva jelentősen javítják az acél szilárdságát, keménységét és ellenállását. A kopásállóságot, a fáradási szilárdságot és a szívósságot stb., hogy megfeleljenek a különféle mechanikus alkatrészek és szerszámok eltérő felhasználási követelményeinek. A kioltás bizonyos speciális acélok speciális fizikai és kémiai tulajdonságainak, például a ferromágnesességnek és a korrózióállóságnak a kielégítésére is használható.
Amikor az acél alkatrészeket változó halmazállapotú hűtőközegben hűtik, a hűtési folyamat általában a következő három szakaszra oszlik: gőzfilm szakasz, forrási szakasz és konvekciós szakasz.
Az acél edzhetősége
Az edzhetőség és az edzhetőség két olyan teljesítménymutató, amelyek jellemzik az acél edzésre való képességét. Fontos alapot képeznek az anyagválasztáshoz és -felhasználáshoz is.
1. Az edzhetőség és az edzhetőség fogalmai
Az edzhetőség az acél azon képessége, hogy ideális körülmények között edzve és keményítve elérje a lehető legnagyobb keménységet. Az acél edzhetőségét meghatározó fő tényező az acél széntartalma. Pontosabban, az ausztenitben a edzés és a melegítés során oldott széntartalom. Minél magasabb a széntartalom, annál nagyobb az acél edzhetősége. Az acél ötvözőelemei csekély hatással vannak az edzhetőségre, de jelentős hatással vannak az acél edzhetőségére.
Az edzhetőség az acél edzési mélységét és keménységeloszlását meghatározó jellemzőkre utal meghatározott körülmények között. Vagyis arra a képességre, hogy az acél edzésekor elérje az edzett réteg vastagságát. Ez az acél inherens tulajdonsága. Az edzhetőség valójában azt tükrözi, hogy az ausztenit milyen könnyen alakul martenzitté az acél edzésekor. Főleg az acél túlhűtött ausztenitjének stabilitásához, vagy az acél kritikus edzési hűtési sebességéhez kapcsolódik.
Azt is meg kell jegyezni, hogy az acél edzhetőségét meg kell különböztetni az acél alkatrészek effektív edzési mélységétől adott edzési körülmények között. Az acél edzhetősége az acél inherens tulajdonsága. Csak a saját belső tényezőitől függ, és semmi köze a külső tényezőkhöz. Az acél effektív edzési mélysége nemcsak az acél edzhetőségétől függ, hanem a felhasznált anyagtól is. Összefügg olyan külső tényezőkkel, mint a hűtőközeg és a munkadarab mérete. Például azonos ausztenitesítési körülmények között ugyanazon acél edzhetősége azonos, de a vízzel történő edzés effektív edzési mélysége nagyobb, mint az olajos edzésé, és a kis alkatrészek kisebbek, mint az olajos edzésé. A nagy alkatrészek effektív edzési mélysége nagy. Ez nem jelenti azt, hogy a vízzel történő edzés nagyobb edzhetőségű, mint az olajos edzésé. Nem jelenthető ki, hogy a kis alkatrészek edzhetősége nagyobb, mint a nagy alkatrészeké. Látható, hogy az acél edzhetőségének értékeléséhez ki kell zárni a külső tényezők, például a munkadarab alakjának, méretének, hűtőközegének stb. hatását.
Ezenkívül, mivel az edzhetőség és az edzhetőség két különböző fogalom, a nagy keménységű acél edzés után nem feltétlenül rendelkezik nagy edzhetőségsel; és az alacsony keménységű acél is rendelkezhet nagy edzhetőségsel.
2. Az edzhetőséget befolyásoló tényezők
Az acél edzhetősége az ausztenit stabilitásától függ. Bármely tényező, amely javíthatja a túlhűtött ausztenit stabilitását, eltolhatja a C-görbét jobbra, és ezáltal csökkentheti a kritikus hűtési sebességet, javíthatja a nagy szilárdságú acél edzhetőségét. Az ausztenit stabilitása főként a kémiai összetételétől, a szemcseméretétől és az összetétel egyenletességétől függ, amelyek az acél kémiai összetételével és a melegítési körülményekkel függenek.
3. Edzési képesség mérési módszere
Az acél edzhetőségének mérésére számos módszer létezik, a leggyakrabban használtak a kritikus átmérőmérési módszer és a végedzhetőségi vizsgálati módszer.
(1) Kritikus átmérő mérési módszer
Miután az acélt egy bizonyos közegben edzették, a maximális átmérőt, amelynél a mag teljes egészében vagy 50%-ban martenzites szerkezetet vesz fel, kritikus átmérőnek nevezik, amelyet Dc-vel jelölnek. A kritikus átmérő mérési módszere az, hogy különböző átmérőjű kerek rudak sorozatát készítik, majd a kioltás után megmérik az egyes mintadarabokon az átmérő mentén elosztott keménység U görbéjét, és megkeresik a rudat, amelynek közepén félig martenzites szerkezet van. A kerek rúd átmérője a kritikus átmérő. Minél nagyobb a kritikus átmérő, annál nagyobb az acél edzhetősége.
(2) Végkioltási vizsgálati módszer
A végedzéses vizsgálati módszer szabványméretű (Ф25mm × 100mm) végedzett mintát használ. Az ausztenitesítés után a minta egyik végére speciális berendezésen vizet permeteznek a hűtés érdekében. Lehűlés után a keménységet a tengelyirányban mérik – a vízhűtéses végtől kiindulva. Távolságviszony-görbe vizsgálati módszer. A végedzéses vizsgálati módszer az acél edzhetőségének meghatározására szolgáló módszerek egyike. Előnyei az egyszerű kezelhetőség és a széles alkalmazási tartomány.
4. Feszültség, deformáció és repedés oltása
(1) A munkadarab belső feszültsége edzés közben
Amikor a munkadarabot gyorsan lehűtik a hűtőközegben, mivel a munkadarabnak van egy bizonyos mérete és a hővezetési együtthatója is egy bizonyos értékű, a hűtési folyamat során egy bizonyos hőmérsékleti gradiens lép fel a munkadarab belső szakaszán. A felületi hőmérséklet alacsony, a maghőmérséklet magas, és a felületi és a maghőmérséklet magas. Hőmérsékletkülönbség van. A munkadarab hűtési folyamata során két fizikai jelenség is megfigyelhető: az egyik a hőtágulás, a hőmérséklet csökkenésével a munkadarab vonalhossza zsugorodik; a másik az ausztenit martenzitté alakulása, amikor a hőmérséklet a martenzites átalakulási pontra csökken, ami növeli a fajlagos térfogatot. A hűtési folyamat során fellépő hőmérsékletkülönbség miatt a hőtágulás mértéke a munkadarab keresztmetszetének különböző részein eltérő lesz, és a munkadarab különböző részein belső feszültség keletkezik. A munkadarabon belüli hőmérsékletkülönbségek miatt előfordulhatnak olyan részek is, ahol a hőmérséklet gyorsabban csökken, mint a martenzites pont. Az átalakulás során a térfogat kitágul, és a magas hőmérsékletű alkatrészek továbbra is magasabban vannak a pontnál, és továbbra is ausztenites állapotban vannak. Ezek a különböző alkatrészek belső feszültséget is generálnak a fajlagos térfogatváltozások eltérései miatt. Ezért kétféle belső feszültség keletkezhet a kioltási és hűtési folyamat során: az egyik a hőfeszültség, a másik a szöveti feszültség.
A belső feszültség fennállási ideje jellemzői szerint pillanatnyi feszültségre és maradékfeszültségre is osztható. A munkadarab által a hűtési folyamat egy bizonyos pillanatában létrehozott belső feszültséget pillanatnyi feszültségnek nevezzük; a munkadarab lehűlése után a munkadarab belsejében maradó feszültséget maradékfeszültségnek nevezzük.
A hőfeszültség a munkadarab különböző részeiben fellépő hőmérsékletkülönbségek miatti egyenetlen hőtágulás (vagy hideg-összehúzódás) által okozott feszültségre utal, amikor azt melegítik (vagy hűtik).
Vegyünk most egy szilárd hengert példaként, hogy szemléltessük a belső feszültség kialakulását és változását a hűlési folyamat során. Itt csak az axiális feszültséget tárgyaljuk. A hűtés kezdetén, mivel a felület gyorsan hűl, a hőmérséklet alacsony és jelentősen zsugorodik, míg a mag hűlésekor a hőmérséklet magas, és a zsugorodás kicsi. Ennek eredményeként a felület és a belső rész kölcsönösen korlátozva van, ami húzófeszültséget eredményez a felületen, miközben a mag nyomás alatt van. A hűtés előrehaladtával a belső és a külső rész közötti hőmérsékletkülönbség növekszik, és a belső feszültség is ennek megfelelően növekszik. Amikor a feszültség meghaladja a folyáshatárt ezen a hőmérsékleten, képlékeny alakváltozás következik be. Mivel a szív vastagsága nagyobb, mint a felület vastagsága, a szív mindig először axiálisan húzódik össze. A képlékeny alakváltozás következtében a belső feszültség már nem növekszik. Egy bizonyos ideig tartó lehűlés után a felületi hőmérséklet csökkenése fokozatosan lelassul, és a zsugorodása is fokozatosan csökken. Ekkor a mag még zsugorodik, így a felületen lévő húzófeszültség és a magon lévő nyomófeszültség fokozatosan csökken, amíg el nem tűnnek. A hűlés folytatódásával azonban a felületi páratartalom egyre csökken, a zsugorodás mértéke pedig egyre kisebb, vagy akár meg is szűnik. Mivel a mag hőmérséklete továbbra is magas, a zsugorodás tovább folytatódik, és végül nyomófeszültség alakul ki a munkadarab felületén, míg a mag húzófeszültséget vesz fel. Mivel azonban a hőmérséklet alacsony, a képlékeny alakváltozás nem könnyen következik be, így ez a feszültség a hűlés előrehaladtával növekszik. Tovább növekszik, és végül maradékfeszültségként a munkadarab belsejében marad.
Látható, hogy a hűtési folyamat során fellépő hőfeszültség kezdetben a felületi réteg nyúlását és a mag összenyomódását okozza, a fennmaradó maradékfeszültség pedig a felületi réteg összenyomódását és a mag nyújtását jelenti.
Összefoglalva, a kioltási hűtés során keletkező hőfeszültséget a hűtési folyamat során fellépő keresztmetszeti hőmérsékletkülönbség okozza. Minél nagyobb a hűtési sebesség és minél nagyobb a keresztmetszeti hőmérsékletkülönbség, annál nagyobb a keletkező hőfeszültség. Azonos hűtőközeg-feltételek mellett minél magasabb a munkadarab fűtési hőmérséklete, annál nagyobb a mérete, annál kisebb az acél hővezető képessége, annál nagyobb a hőmérsékletkülönbség a munkadarabon belül, és annál nagyobb a hőfeszültség. Ha a munkadarabot magas hőmérsékleten egyenetlenül hűtik le, akkor torzul és deformálódik. Ha a munkadarab hűtési folyamata során keletkező pillanatnyi szakítófeszültség nagyobb, mint az anyag szakítószilárdsága, akkor kioltási repedések keletkeznek.
A fázisátalakulásos feszültség a hőkezelési folyamat során a munkadarab különböző részein a fázisátalakulás eltérő időzítése által okozott feszültségre utal, más néven szöveti feszültségre.
Edzés és gyors hűtés során, amikor a felületi réteget az Ms pontra hűtjük, martenzites átalakulás következik be, és térfogat-növekedést okoz. Azonban a még átalakuláson át nem esett mag elzáródása miatt a felületi réteg nyomófeszültséget generál, míg a mag húzófeszültséget kap. Amikor a feszültség elég nagy, deformációt okoz. Amikor a magot az Ms pontra hűtjük, szintén martenzites átalakuláson megy keresztül, és térfogat-növekedést okoz. Azonban az átalakult felületi réteg alacsony képlékenységi és nagy szilárdságú korlátai miatt a végső maradékfeszültség felületi feszültség formájában jelentkezik, és a mag nyomás alatt marad. Látható, hogy a fázisátalakulási feszültség változása és végső állapota pontosan ellentétes a hőfeszültséggel. Továbbá, mivel a fázisátalakulási feszültség alacsony hőmérsékleten, alacsony képlékenységi állapotban jelentkezik, a deformáció ilyenkor nehézkes, így a fázisátalakulási feszültség nagyobb valószínűséggel okoz repedést a munkadarabon.
Számos tényező befolyásolja a fázisátalakulásos feszültség nagyságát. Minél gyorsabb az acél hűlési sebessége a martenzites átalakulás hőmérsékleti tartományában, minél nagyobb az acéldarab mérete, annál rosszabb az acél hővezető képessége, minél nagyobb a martenzit fajlagos térfogata, annál nagyobb a fázisátalakulásos feszültség. Minél nagyobb lesz. Ezenkívül a fázisátalakulásos feszültség az acél összetételével és az acél edzhetőségével is összefügg. Például a magas széntartalmú, magas ötvözetű acél növeli a martenzit fajlagos térfogatát a magas széntartalma miatt, aminek növelnie kellene az acél fázisátalakulásos feszültségét. Azonban a széntartalom növekedésével az Ms pont csökken, és a kioltás után nagy mennyiségű visszamaradt ausztenit marad vissza. A térfogat-tágulás csökken, és a maradék feszültség alacsony.
(2) A munkadarab deformációja edzés közben
A kioltás során a munkadarabban két fő deformációtípus figyelhető meg: az egyik a munkadarab geometriai alakjának megváltozása, amely méret- és alakváltozásként nyilvánul meg, ezt gyakran vetemedési deformációnak nevezik, és amelyet a kioltási feszültség okoz; a másik a térfogati deformáció, amely a munkadarab térfogatának arányos tágulásaként vagy összehúzódásaként nyilvánul meg, amelyet a fázisváltozás során bekövetkező fajlagos térfogatváltozás okoz.
A vetemedési deformáció magában foglalja az alakváltozást és a csavarodási deformációt is. A csavarodási deformációt főként a munkadarab nem megfelelő elhelyezése a kemencében a melegítés során, vagy az alakváltozás-korrekció utáni alakító kezelés hiánya a kioltás előtt, vagy a munkadarab különböző részeinek egyenetlen hűtése okozza a munkadarab lehűlésekor. Ez a deformáció elemezhető és megoldható konkrét helyzetekre. A következőkben főként a térfogatdeformációt és az alakdeformációt tárgyaljuk.
1) A kioltó deformáció okai és változási szabályai
Szerkezeti átalakulás okozta térfogatdeformáció A munkadarab szerkezeti állapota a kioltás előtt általában perlit, azaz ferrit és cementit vegyes szerkezete, a kioltás után pedig martenzites szerkezet. Ezen szövetek eltérő fajlagos térfogata térfogatváltozást okoz a kioltás előtt és után, ami deformációt eredményez. Ez a deformáció azonban csak a munkadarab arányos tágulását és összehúzódását okozza, így a munkadarab alakja nem változik.
Ezenkívül minél több martenzit van a szerkezetben a hőkezelés után, vagy minél magasabb a martenzit széntartalma, annál nagyobb a térfogat-növekedése, és minél nagyobb a visszamaradó ausztenit mennyisége, annál kisebb a térfogat-növekedés. Ezért a térfogatváltozás a hőkezelés során a martenzit és a maradék martenzit relatív tartalmának szabályozásával szabályozható. Megfelelő szabályozás esetén a térfogat sem nem fog tágulni, sem zsugorodni.
Hőfeszültség okozta alakváltozás A hőfeszültség okozta alakváltozás magas hőmérsékletű területeken következik be, ahol az acél alkatrészek folyáshatára alacsony, képlékenysége magas, felülete gyorsan hűl, és a munkadarab belső és külső felülete közötti hőmérsékletkülönbség a legnagyobb. Ekkor a pillanatnyi hőfeszültség a felületi húzófeszültség és a mag nyomófeszültsége. Mivel a mag hőmérséklete ekkor magas, a folyáshatár jóval alacsonyabb, mint a felületé, így többirányú nyomófeszültség hatására deformációként nyilvánul meg, azaz a kocka gömb alakú lesz az irányában. Változatosság. Ennek eredményeként a nagyobb összehúzódik, míg a kisebb kitágul. Például egy hosszú henger hosszirányban rövidül, átmérőirányban pedig kitágul.
Szöveti feszültség okozta alakváltozás A szöveti feszültség okozta alakváltozás szintén a szöveti feszültség maximálisságának korai pillanatában következik be. Ekkor a keresztmetszeti hőmérsékletkülönbség nagy, a maghőmérséklet magasabb, a mag még ausztenites állapotban van, a képlékenység jó, a folyáshatár alacsony. A pillanatnyi szöveti feszültség a felületi nyomófeszültség és a mag szakítófeszültsége. Ezért a deformáció a mag megnyúlásaként nyilvánul meg többirányú szakítófeszültség hatására. Ennek eredményeként a szöveti feszültség hatására a munkadarab nagyobb oldala megnyúlik, míg a kisebb oldala rövidül. Például egy hosszú hengerben a szöveti feszültség okozta deformáció hosszában megnyúlik és átmérőjében csökken.
Az 5.3. táblázat különböző tipikus acélalkatrészek edzés közbeni alakváltozási szabályait mutatja.
2) A kioltási deformációt befolyásoló tényezők
A kioltási deformációt befolyásoló tényezők főként az acél kémiai összetétele, az eredeti szerkezet, az alkatrészek geometriája és a hőkezelési eljárás.
3) Repedések kioltása
Az alkatrészek repedései főként a kioltás és lehűlés késői szakaszában keletkeznek, azaz miután a martenzites átalakulás lényegében befejeződött, vagy a teljes lehűlés után ridegtörés következik be, mivel az alkatrészekben a szakítófeszültség meghaladja az acél törési szilárdságát. A repedések általában merőlegesek a maximális szakítódeformáció irányára, így az alkatrészek repedéseinek különböző formái főként a feszültségeloszlás állapotától függenek.
Gyakori edzési repedéstípusok: Hosszanti (axiális) repedések főként akkor keletkeznek, amikor a tangenciális szakítófeszültség meghaladja az anyag szakítószilárdságát; keresztirányú repedések akkor alakulnak ki, amikor az alkatrész belső felületén kialakuló nagy axiális szakítófeszültség meghaladja az anyag szakítószilárdságát. Repedések; hálószerű repedések alakulnak ki a felületen ható kétdimenziós szakítófeszültség hatására; hámló repedések egy nagyon vékony, megkeményedett rétegben keletkeznek, amelyek akkor fordulhatnak elő, amikor a feszültség hirtelen megváltozik, és túlzott szakítófeszültség hat sugárirányban. Repedés típusa.
A hosszanti repedéseket axiális repedéseknek is nevezik. A repedések a maximális szakítófeszültségnél keletkeznek az alkatrész felülete közelében, és a középpont felé egy bizonyos mélységgel rendelkeznek. A repedések iránya általában párhuzamos a tengellyel, de az irány megváltozhat is, ha feszültségkoncentráció van az alkatrészben, vagy ha belső szerkezeti hibák vannak.
A munkadarab teljes kioltása után hosszanti repedések alakulhatnak ki. Ez összefügg a kioltott munkadarab felületén fellépő nagy tangenciális húzófeszültséggel. Az acél széntartalmának növekedésével a hosszanti repedések kialakulásának hajlama is növekszik. Az alacsony széntartalmú acél martenzites fajlagos térfogata kis, és erős hőfeszültséggel rendelkezik. A felületen nagy maradék nyomófeszültség marad fenn, ezért nehéz edzeni. A széntartalom növekedésével a felületi nyomófeszültség csökken, a szerkezeti feszültség pedig növekszik. Ugyanakkor a húzófeszültség csúcsa a felületi réteg felé halad. Ezért a magas széntartalmú acél túlmelegítés esetén hosszanti edzési repedésekre hajlamos.
Az alkatrészek mérete közvetlenül befolyásolja a maradékfeszültség méretét és eloszlását, és a kioltási repedések hajlama is eltérő. A veszélyes keresztmetszeti mérettartományon belüli kioltás során a hosszanti repedések is könnyen kialakulnak. Ezenkívül az acél alapanyagok elzáródása gyakran okoz hosszanti repedéseket. Mivel a legtöbb acélalkatrészt hengerléssel gyártják, az acélban lévő nem arany zárványok, keményfémek stb. az alakváltozás irányában oszlanak el, ami az acél anizotrop jellegét okozza. Például, ha a szerszámacél szalagszerű szerkezetű, akkor a keresztirányú törési szilárdsága a kioltás után 30-50%-kal kisebb, mint a hosszanti törési szilárdság. Ha olyan tényezők vannak az acélban, mint a nem arany zárványok, amelyek feszültségkoncentrációt okoznak, akkor még akkor is, ha a tangenciális feszültség nagyobb, mint az axiális feszültség, a hosszanti repedések könnyen kialakulnak alacsony feszültségi körülmények között. Emiatt a nem fémes zárványok és a cukor szintjének szigorú ellenőrzése az acélban fontos tényező a kioltási repedések megelőzésében.
A keresztirányú repedések és az íves repedések belső feszültségeloszlásának jellemzői a következők: a felület nyomófeszültségnek van kitéve. Miután a felület egy bizonyos távolságra elhagyja, a nyomófeszültség nagy húzófeszültséggé változik. A repedés a húzófeszültség területén keletkezik, majd a belső feszültség csak akkor terjed át az alkatrész felületére, ha az újraeloszlik, vagy az acél ridegsége tovább nő.
Nagy tengelyalkatrészekben, például görgőkben, turbinarotorokban vagy más tengelyalkatrészekben gyakran fordulnak elő keresztirányú repedések. A repedések jellemzője, hogy merőlegesek a tengely irányára, és belülről kifelé törnek. Gyakran még az edzés előtt kialakulnak, és hőfeszültség okozza őket. A nagy kovácsolt darabok gyakran tartalmaznak kohászati hibákat, például pórusokat, zárványokat, kovácsolási repedéseket és fehér foltokat. Ezek a hibák a törés kiindulópontjaiként szolgálnak, és axiális húzófeszültség hatására törnek. Az ívrepedéseket hőfeszültség okozza, és általában ív alakban oszlanak el azokon a részeken, ahol az alkatrész alakja megváltozik. Főleg a munkadarab belsejében vagy éles szélek, hornyok és lyukak közelében fordul elő, és ív alakban oszlik el. Ha a 80-100 mm vagy annál nagyobb átmérőjű vagy vastagságú, nagy széntartalmú acél alkatrészeket nem edzik, a felület nyomófeszültséget, a középpont pedig húzófeszültséget mutat. A feszültség, a maximális húzófeszültség az edzett réteg és a nem edzett réteg közötti átmeneti zónában jelentkezik, és ezeken a területeken ívrepedések keletkeznek. Ezenkívül az éles szélek és sarkok lehűlési sebessége gyors, és minden edzett. A gyengédebb, azaz edzetlen alkatrészekre való átmenet során itt jelenik meg a maximális szakítófeszültségi zóna, így hajlamosak az ívrepedések kialakulására. A munkadarab csapfuratának, hornyának vagy középső furatának közelében a hűtési sebesség lassú, a megfelelő edzett réteg vékony, és az edzett átmeneti zóna közelében fellépő szakítófeszültség könnyen okozhat ívrepedéseket.
A hálószerű repedések, más néven felületi repedések, felületi repedések. A repedés mélysége sekély, általában 0,01~1,5 mm körüli. Az ilyen típusú repedések fő jellemzője, hogy a repedés tetszőleges irányának semmi köze az alkatrész alakjához. Sok repedés kapcsolódik egymáshoz, hálózatot alkotva, és széles körben eloszlanak. Amikor a repedésmélység nagyobb, például több mint 1 mm, a hálózati jellemzők eltűnnek, és véletlenszerűen orientált vagy hosszirányban elosztott repedésekké válnak. A hálózati repedések a felületen lévő kétdimenziós szakítófeszültség állapotához kapcsolódnak.
A felületükön dekarbonizált réteggel ellátott, nagy széntartalmú vagy karbonizált acél alkatrészek hajlamosak hálózatos repedések kialakulására edzés közben. Ez azért van, mert a felületi réteg alacsonyabb széntartalmú és kisebb fajlagos térfogatú, mint a martenzit belső rétege. Edzés közben a keményfém felületi rétege szakítófeszültségnek van kitéve. Azokon az alkatrészeken, amelyekből a defoszforizációs réteget nem távolították el teljesen a mechanikai megmunkálás során, szintén hálózatos repedések alakulnak ki nagyfrekvenciás vagy lángolt felületi edzés során. Az ilyen repedések elkerülése érdekében az alkatrészek felületi minőségét szigorúan ellenőrizni kell, és a hőkezelés során meg kell akadályozni az oxidációs hegesztést. Ezenkívül a kovácsszerszám bizonyos ideig tartó használata után az üregben csíkokban vagy hálózatokban megjelenő hőfáradásos repedések, valamint az edzett alkatrészek köszörülési folyamata során keletkező repedések is ebbe a formába tartoznak.
A hámló repedések a felületi réteg nagyon szűk területén keletkeznek. A nyomófeszültség axiális és tangenciális irányban, a húzófeszültség pedig sugárirányban hat. A repedések párhuzamosak az alkatrész felületével. Az ilyen repedések közé tartozik a megkeményedett réteg leválása a felületi edzés és a karbonizált alkatrészek lehűlése után. Előfordulása az edzett réteg egyenetlen szerkezetével függ össze. Például, miután egy ötvözött karbonizált acélt bizonyos sebességgel lehűtöttek, a karbonizált réteg szerkezete a következő: külső réteg rendkívül finom perlit + keményfém, az alréteg martenzit + maradék ausztenit, a belső réteg finom perlit vagy rendkívül finom perlit szerkezetű. Mivel az alréteg martenzitjének fajlagos térfogata a legnagyobb, a térfogat-tágulás eredményeként a nyomófeszültség a felületi rétegre axiális és tangenciális irányban hat, sugárirányban húzófeszültség, belül pedig feszültségváltozás történik, amely nyomófeszültségi állapotba kerül, és a hámló repedések rendkívül vékony területeken fordulnak elő, ahol a feszültség élesen átalakul. A repedések általában a felülettel párhuzamosan belül találhatók, és súlyos esetekben felületi lepattogzást okozhatnak. Ha a karbonizált alkatrészek hűtési sebességét felgyorsítjuk vagy csökkentjük, a karbonizált rétegben egyenletes martenzites szerkezet vagy ultrafinom perlit szerkezet alakulhat ki, ami megakadályozhatja az ilyen repedések kialakulását. Ezenkívül nagyfrekvenciás vagy lángolt felületi edzés során a felület gyakran túlmelegszik, és a megkeményedett réteg mentén kialakuló szerkezeti inhomogenitás könnyen ilyen felületi repedéseket okozhat.
A mikrorepedések abban különböznek a fent említett négy repedéstől, hogy mikrofeszültség okozza őket. A magas széntartalmú szerszámacél vagy karbonizált munkadarabok edzése, túlmelegítése és köszörülése után megjelenő szemcsék közötti repedések, valamint az edzett alkatrészek nem időben történő megeresztése által okozott repedések mind az acélban lévő mikrorepedések létezésével és későbbi terjeszkedésével kapcsolatosak.
A mikrorepedéseket mikroszkóp alatt kell vizsgálni. Általában az eredeti ausztenit szemcsehatárokon vagy a martenzit lemezek találkozásánál fordulnak elő. Egyes repedések áthatolnak a martenzit lemezeken. A kutatások azt mutatják, hogy a mikrorepedések gyakoribbak a pelyhes ikermartenzitben. Ennek az az oka, hogy a pelyhes martenzit nagy sebességű növekedés közben ütközik egymással, és nagy feszültséget generál. Maga az ikermartenzit azonban törékeny, és nem képes képlékeny alakváltozást létrehozni, ami fellazítja a feszültséget, így könnyen mikrorepedéseket okoz. Az ausztenit szemcsék durvák, és a mikrorepedésekre való hajlam megnő. A mikrorepedések jelenléte az acélban jelentősen csökkenti a hőkezelt alkatrészek szilárdságát és képlékenységét, ami az alkatrészek korai károsodásához (töréséhez) vezet.
A magas széntartalmú acél alkatrészek mikrorepedései elkerülése érdekében olyan intézkedéseket lehet alkalmazni, mint az alacsonyabb edzési fűtési hőmérséklet, a finom martenzites szerkezet elérése és a martenzit széntartalmának csökkentése. Ezenkívül az edzés utáni időben történő megeresztés hatékony módszer a belső feszültség csökkentésére. A tesztek kimutatták, hogy 200°C feletti megfelelő megeresztés után a repedésekben kicsapódó karbidok „hegesztik” a repedéseket, ami jelentősen csökkentheti a mikrorepedések veszélyét.
A fentiek a repedések eloszlási mintázata alapján tárgyalják a repedések okait és megelőzési módszereit. A tényleges gyártás során a repedések eloszlása olyan tényezőktől függ, mint az acél minősége, az alkatrész alakja, valamint a meleg- és hidegfeldolgozási technológia. Előfordul, hogy a repedések már a hőkezelés előtt léteznek, és a kioltási folyamat során tovább terjednek; néha több repedésforma is megjelenhet ugyanazon az alkatrészen egyszerre. Ebben az esetben a repedés morfológiai jellemzői alapján a törésfelület makroszkopikus elemzését, metallográfiai vizsgálatot, és szükség esetén kémiai elemzést és egyéb módszereket kell alkalmazni az anyagminőségtől a szervezeti felépítésen át a hőkezelési feszültség okaiig terjedő átfogó elemzés elvégzéséhez, hogy megtalálják a repedés fő okait, majd meghatározzák a hatékony megelőző intézkedéseket.
A repedések törésanalízise fontos módszer a repedések okainak elemzésére. Minden törésnek van egy kiindulópontja a repedések kialakulásához. A repedések kioltása általában a radiális repedések konvergenciapontjától kezdődik.
Ha a repedés eredete az alkatrész felületén található, az azt jelenti, hogy a repedést a felületen fellépő túlzott szakítófeszültség okozza. Ha nincsenek szerkezeti hibák, például zárványok a felületen, de vannak feszültségkoncentrációs tényezők, például súlyos késnyomok, oxidréteg, acél alkatrészek éles sarkai vagy szerkezeti elváltozások, repedések léphetnek fel.
Ha a repedés eredete az alkatrész belsejében van, az anyaghibákra vagy túlzott belső maradék szakítófeszültségre utal. A normál edzés törési felülete szürke és finom porcelán. Ha a törési felület sötétszürke és érdes, akkor túlmelegedés okozza, vagy az eredeti szövet vastag.
Általánosságban elmondható, hogy a kioltási repedés üvegszakaszán nem lehet oxidációs elszíneződés, és a repedés körül sem lehet dekarbonizáció. Ha a repedés körül dekarbonizáció vagy oxidációs elszíneződés van a repedésszakaszon, az azt jelzi, hogy az alkatrészen már a kioltás előtt is voltak repedések, és az eredeti repedések a hőkezelési igénybevétel hatására kitágulnak. Ha az alkatrész repedései közelében szétválasztott keményfémek és zárványok láthatók, az azt jelenti, hogy a repedések a nyersanyagban lévő keményfémek súlyos szétválásával vagy zárványok jelenlétével kapcsolatosak. Ha a repedések csak az alkatrész éles sarkainál vagy alakváltozási részein jelennek meg a fenti jelenség nélkül, az azt jelenti, hogy a repedést az alkatrész ésszerűtlen szerkezeti kialakítása, a repedések megelőzésére szolgáló nem megfelelő intézkedések vagy a túlzott hőkezelési igénybevétel okozza.
Ezenkívül a kémiai hőkezeléssel és felületedzéssel kezelt alkatrészek repedései többnyire a megkeményedett réteg közelében jelennek meg. A megkeményedett réteg szerkezetének javítása és a hőkezelési feszültség csökkentése fontos módja a felületi repedések elkerülésének.
Közzététel ideje: 2024. május 22.