Definitionen och syftet med släckning
Stålet värms upp till en temperatur över den kritiska punkten Ac3 (hypoeutektoidt stål) eller Ac1 (hypereutektoidt stål), hålls under en tidsperiod för att göra det helt eller delvis austenitiserat, och kyls sedan med en hastighet som är större än den kritiska kylningshastigheten. Värmebehandlingsprocessen som omvandlar underkyld austenit till martensit eller lägre bainit kallas kylning.
Syftet med kylning är att omvandla den underkylda austeniten till martensit eller bainit för att erhålla en martensit- eller lägre bainitstruktur, vilken sedan kombineras med anlöpning vid olika temperaturer för att avsevärt förbättra stålets hållfasthet, hårdhet och motståndskraft. Slitstyrka, utmattningshållfasthet och seghet etc. kan användas för att möta de olika användningskraven för olika mekaniska delar och verktyg. Kylning kan också användas för att uppfylla de speciella fysikaliska och kemiska egenskaperna hos vissa specialstål, såsom ferromagnetism och korrosionsbeständighet.
När ståldelar kyls i ett kylmedium med förändringar i fysikaliskt tillstånd delas kylprocessen vanligtvis in i följande tre steg: ångfilmssteg, koksteg och konvektionssteg.
Stålets härdbarhet
Härdbarhet och härdbarhet är två prestandaindikatorer som kännetecknar stålets förmåga att genomgå härdning. De är också en viktig grund för materialval och användning.
1. Begreppen härdbarhet och härdbarhet
Härdbarhet är stålets förmåga att uppnå den högsta hårdhet det kan uppnå när det kyls och härdas under ideala förhållanden. Den viktigaste faktorn som avgör stålets härdbarhet är stålets kolhalt. Mer exakt är det kolhalten som löses i austeniten under kylning och uppvärmning. Ju högre kolhalt, desto högre härdbarhet hos stålet. Legeringselementen i stål har liten inverkan på härdbarheten, men de har en betydande inverkan på stålets härdbarhet.
Härdbarhet avser de egenskaper som bestämmer härdningsdjupet och hårdhetsfördelningen för stål under specificerade förhållanden. Det vill säga förmågan att erhålla djupet av det härdade lagret när stålet kyls. Det är en inneboende egenskap hos stål. Härdbarhet återspeglar faktiskt den lätthet med vilken austenit omvandlas till martensit när stålet kyls. Det är huvudsakligen relaterat till stabiliteten hos stålets underkylda austenit, eller till stålets kritiska kylningshastighet.
Det bör också påpekas att stålets härdbarhet måste särskiljas från det effektiva härdningsdjupet för ståldelar under specifika kylningsförhållanden. Stålets härdbarhet är en inneboende egenskap hos själva stålet. Den beror endast på dess egna interna faktorer och har inget att göra med externa faktorer. Stålets effektiva härdningsdjup beror inte bara på stålets härdbarhet, utan också på det material som används. Det är relaterat till externa faktorer som kylmedium och arbetsstyckets storlek. Till exempel, under samma austenitiseringsförhållanden är härdbarheten för samma stål densamma, men det effektiva härdningsdjupet för vattenkylning är större än för oljekylning, och små delar är mindre än oljekylning. Det effektiva härdningsdjupet för stora delar är stort. Detta kan inte sägas vara att vattenkylning har högre härdbarhet än oljekylning. Det kan inte sägas att små delar har högre härdbarhet än stora delar. Det kan ses att för att utvärdera stålets härdbarhet måste påverkan av externa faktorer som arbetsstyckets form, storlek, kylmedium etc. elimineras.
Dessutom, eftersom härdbarhet och härdbarhet är två olika begrepp, har stål med hög hårdhet efter kylning inte nödvändigtvis hög härdbarhet; och stål med låg hårdhet kan också ha hög härdbarhet.
2. Faktorer som påverkar härdbarheten
Stålets härdbarhet beror på austenitens stabilitet. Varje faktor som kan förbättra stabiliteten hos underkyld austenit, förskjuta C-kurvan åt höger och därigenom minska den kritiska kylningshastigheten kan förbättra härdbarheten hos högkvalitativt stål. Austenitens stabilitet beror huvudsakligen på dess kemiska sammansättning, kornstorlek och sammansättningens enhetlighet, vilka är relaterade till stålets kemiska sammansättning och uppvärmningsförhållandena.
3. Mätmetod för härdbarhet
Det finns många metoder för att mäta ståls härdbarhet, de vanligaste är mätningsmetoden för kritisk diameter och metoden för test av ändhärdbarhet.
(1)Mätningsmetod för kritisk diameter
Efter att stålet har kylts i ett visst medium kallas den maximala diametern då kärnan endast har martensit eller 50 % martensitstruktur för den kritiska diametern, representerad av Dc. Metoden för mätning av kritisk diameter är att tillverka en serie runda stänger med olika diametrar, och efter kylning mäta hårdheten U-kurvan fördelad längs diametern på varje provsektion, och hitta stången med semimartensitstrukturen i mitten. Rundstångens diameter. Det är den kritiska diametern. Ju större kritisk diameter, desto högre härdbarhet hos stålet.
(2) Slutsläckningstestmetod
Ändhärdningsmetoden använder ett ändhärdat prov av standardstorlek (Ф25 mm × 100 mm). Efter austenisering sprutas vatten på ena änden av provet med specialutrustning för att kyla det. Efter kylning mäts hårdheten längs axelriktningen – från den vattenkylda änden. Testmetod för avståndsförhållandekurva. Ändhärdningsmetoden är en av metoderna för att bestämma ståls härdbarhet. Dess fördelar är enkel användning och brett tillämpningsområde.
4. Släckspänning, deformation och sprickbildning
(1) Arbetsstyckets inre spänning under kylning
När arbetsstycket kyls ner snabbt i kylmediet, eftersom arbetsstycket har en viss storlek och värmeledningskoefficienten också är ett visst värde, kommer en viss temperaturgradient att uppstå längs arbetsstyckets inre sektion under kylningsprocessen. Yttemperaturen är låg, kärntemperaturen är hög och yt- och kärntemperaturerna är höga. Det finns en temperaturskillnad. Under arbetsstyckets kylningsprocess finns det också två fysikaliska fenomen: det ena är termisk expansion, när temperaturen sjunker kommer arbetsstyckets linjelängd att krympa; det andra är omvandlingen av austenit till martensit när temperaturen sjunker till martensitomvandlingspunkten, vilket kommer att öka den specifika volymen. På grund av temperaturskillnaden under kylningsprocessen kommer mängden termisk expansion att vara olika på olika ställen längs arbetsstyckets tvärsnitt, och inre spänningar kommer att genereras i olika delar av arbetsstycket. På grund av förekomsten av temperaturskillnader inom arbetsstycket kan det också finnas delar där temperaturen sjunker snabbare än den punkt där martensit uppstår. Vid transformation expanderar volymen, och de delar som har hög temperatur är fortfarande högre än punkten och är fortfarande i austenittillstånd. Dessa olika delar kommer också att generera intern spänning på grund av skillnader i specifika volymförändringar. Därför kan två typer av intern spänning genereras under kylningsprocessen: den ena är termisk spänning; den andra är vävnadsspänning.
Enligt den inre spänningens existenstid kan den också delas in i momentan spänning och restspänning. Den inre spänning som genereras av arbetsstycket vid en viss tidpunkt under kylningsprocessen kallas momentan spänning; efter att arbetsstycket har kylts kallas den spänning som finns kvar inuti arbetsstycket restspänning.
Termisk stress avser den stress som orsakas av inkonsekvent termisk expansion (eller kallkontraktion) på grund av temperaturskillnader i olika delar av arbetsstycket när det värms upp (eller kyls ner).
Ta nu en solid cylinder som exempel för att illustrera bildandet och förändringen av reglerna för inre spänning under dess kylningsprocess. Endast axialspänningen diskuteras här. I början av kylningen, eftersom ytan kyls ner snabbt, är temperaturen låg och krymper mycket, medan kärnan kyls ner är temperaturen hög och krympningen liten. Som ett resultat är ytan och insidan ömsesidigt begränsade, vilket resulterar i dragspänning på ytan, medan kärnan är under tryckspänning. Allt eftersom kylningen fortskrider ökar temperaturskillnaden mellan insidan och utsidan, och den inre spänningen ökar också i motsvarande grad. När spänningen ökar för att överstiga sträckgränsen vid denna temperatur uppstår plastisk deformation. Eftersom hjärtats tjocklek är högre än ytans, kontraherar hjärtat alltid axiellt först. Som ett resultat av plastisk deformation ökar den inre spänningen inte längre. Efter kylning under en viss tidsperiod kommer minskningen av yttemperaturen gradvis att sakta ner, och dess krympning kommer också gradvis att minska. Vid denna tidpunkt krymper kärnan fortfarande, så dragspänningen på ytan och tryckspänningen på kärnan kommer gradvis att minska tills de försvinner. Men allt eftersom kylningen fortsätter blir ytfuktigheten lägre och lägre, och krympningen minskar och minskar, eller slutar till och med att krympa. Eftersom temperaturen i kärnan fortfarande är hög kommer den att fortsätta krympa, och slutligen kommer tryckspänning att bildas på arbetsstyckets yta, medan kärnan kommer att ha dragspänning. Men eftersom temperaturen är låg är plastisk deformation inte lätt att uppstå, så denna spänning kommer att öka allt eftersom kylningen fortskrider. Den fortsätter att öka och stannar slutligen kvar inuti arbetsstycket som kvarvarande spänning.
Det framgår att den termiska spänningen under kylningsprocessen initialt orsakar att ytskiktet sträcks och kärnan komprimeras, och den återstående kvarvarande spänningen är ytskiktet som ska komprimeras och kärnan som sträcks.
Sammanfattningsvis orsakas den termiska spänningen som genereras under kylning av tvärsnittstemperaturskillnaden under kylningsprocessen. Ju större kylningshastigheten och ju större tvärsnittstemperaturskillnaden är, desto större genereras den termiska spänningen. Under samma kylmediumförhållanden, ju högre arbetsstyckets uppvärmningstemperatur, desto större storlek, desto mindre stålets värmeledningsförmåga, desto större temperaturskillnad inom arbetsstycket och desto större blir den termiska spänningen. Om arbetsstycket kyls ojämnt vid hög temperatur kommer det att deformeras och förvrängas. Om den momentana dragspänningen som genereras under arbetsstyckets kylning är större än materialets draghållfasthet kommer det att uppstå sprickor vid kylning.
Fasomvandlingsspänning avser den spänning som orsakas av olika tidpunkter för fasomvandlingen i olika delar av arbetsstycket under värmebehandlingsprocessen, även känd som vävnadsspänning.
Under kylning och snabb kylning, när ytskiktet kyls ner till Ms-punkten, sker en martensitisk transformation som orsakar volymexpansion. På grund av blockeringen av kärnan som ännu inte har genomgått transformation genererar dock ytskiktet tryckspänning, medan kärnan har dragspänning. När spänningen är tillräckligt stor kommer den att orsaka deformation. När kärnan kyls ner till Ms-punkten kommer den också att genomgå martensitisk transformation och expandera i volym. På grund av begränsningarna hos det transformerade ytskiktet med låg plasticitet och hög hållfasthet kommer dess slutliga kvarvarande spänning dock att vara i form av ytspänning, och kärnan kommer att utsättas för tryck. Det kan ses att förändringen och det slutliga tillståndet för fasomvandlingsspänningen är exakt motsatta av termisk spänning. Dessutom, eftersom fasomvandlingsspänning uppstår vid låga temperaturer med låg plasticitet, är deformation svår vid denna tidpunkt, så fasomvandlingsspänning är mer sannolikt att orsaka sprickbildning i arbetsstycket.
Det finns många faktorer som påverkar storleken på fasomvandlingsspänningen. Ju snabbare stålet kyls ner inom martensitomvandlingstemperaturområdet, desto större stålstyckets storlek, desto sämre stålets värmeledningsförmåga, desto större specifik volym martensit och desto större fasomvandlingsspänning. Ju större den blir. Dessutom är fasomvandlingsspänningen relaterad till stålets sammansättning och stålets härdbarhet. Till exempel ökar högkolhaltigt höglegerat stål den specifika volymen martensit på grund av dess höga kolhalt, vilket borde öka stålets fasomvandlingsspänning. Men när kolhalten ökar minskar Ms-punkten, och det finns en stor mängd austenit kvar efter kylning. Dess volymutvidgning minskar och restspänningen är låg.
(2) Deformation av arbetsstycket under kylning
Under kylning finns det två huvudtyper av deformation i arbetsstycket: den ena är förändringen i arbetsstyckets geometriska form, vilket manifesteras som förändringar i storlek och form, ofta kallad skevhetsdeformation, vilket orsakas av kylspänning; den andra är volymdeformation, vilket manifesterar sig som en proportionell expansion eller sammandragning av arbetsstyckets volym, vilket orsakas av förändringen i specifik volym under fasförändringen.
Skevhetsdeformation inkluderar även formdeformation och vridningsdeformation. Vridningsdeformation orsakas huvudsakligen av felaktig placering av arbetsstycket i ugnen under uppvärmning, eller brist på formbehandling efter deformationskorrigering före kylning, eller ojämn kylning av olika delar av arbetsstycket när arbetsstycket kyls. Denna deformation kan analyseras och lösas för specifika situationer. Följande diskuterar huvudsakligen volymdeformation och formdeformation.
1) Orsaker till kylningsdeformation och dess förändrade regler
Volymdeformation orsakad av strukturell transformation Arbetsstyckets strukturella tillstånd före kylning är generellt perlit, det vill säga en blandad struktur av ferrit och cementit, och efter kylning är det en martensitisk struktur. De olika specifika volymerna hos dessa vävnader kommer att orsaka volymförändringar före och efter kylning, vilket resulterar i deformation. Denna deformation orsakar dock bara att arbetsstycket expanderar och krymper proportionellt, så det ändrar inte arbetsstyckets form.
Dessutom, ju mer martensit det finns i strukturen efter värmebehandlingen, eller ju högre kolhalten i martensiten är, desto större är dess volymutvidgning, och ju större mängden kvarhållen austenit är, desto mindre volymutvidgning. Därför kan volymförändringen kontrolleras genom att kontrollera det relativa innehållet av martensit och kvarvarande martensit under värmebehandlingen. Om den kontrolleras korrekt kommer volymen varken att expandera eller krympa.
Formdeformation orsakad av termisk stress Deformation orsakad av termisk stress uppstår i högtemperaturområden där sträckgränsen hos ståldelar är låg, plasticiteten är hög, ytan kyls snabbt och temperaturskillnaden mellan arbetsstyckets insida och utsida är störst. Vid denna tidpunkt är den momentana termiska spänningen ytdragspänning och kärntryckspänning. Eftersom kärntemperaturen är hög vid denna tidpunkt är sträckgränsen mycket lägre än ytan, så det manifesterar sig som deformation under inverkan av flerriktad tryckspänning, det vill säga att kuben är sfärisk i riktning. Resultatet är att den större krymper, medan den mindre expanderar. Till exempel förkortas en lång cylinder i längdriktningen och expanderar i diameterriktningen.
Formdeformation orsakad av vävnadsspänning Deformation orsakad av vävnadsspänning uppstår också tidigt när vävnadsspänningen är maximal. Vid denna tidpunkt är temperaturskillnaden i tvärsnittet stor, kärntemperaturen är högre, den är fortfarande i austenittillstånd, plasticiteten är god och sträckgränsen är låg. Den momentana vävnadsspänningen är yttryckspänning och kärnans dragspänning. Därför manifesteras deformationen som förlängning av kärnan under inverkan av dragspänning i flera riktningar. Resultatet är att under inverkan av vävnadsspänning förlängs arbetsstyckets större sida, medan den mindre sidan förkortas. Till exempel är deformationen orsakad av vävnadsspänning i en lång cylinder förlängning i längd och minskning i diameter.
Tabell 5.3 visar reglerna för kylningsdeformation för olika typiska ståldelar.
2) Faktorer som påverkar kylningsdeformationen
De faktorer som påverkar kylningsdeformationen är huvudsakligen stålets kemiska sammansättning, den ursprungliga strukturen, delarnas geometri och värmebehandlingsprocessen.
3) Släckning av sprickor
Sprickor i delar uppstår huvudsakligen i det sena skedet av kylning och kylning, det vill säga efter att den martensitiska omvandlingen i stort sett är avslutad eller efter fullständig kylning, uppstår sprödbrott eftersom dragspänningen i delarna överstiger stålets brotthållfasthet. Sprickor är vanligtvis vinkelräta mot riktningen för maximal dragdeformation, så olika former av sprickor i delar beror huvudsakligen på spänningsfördelningstillståndet.
Vanliga typer av härdningssprickor: Longitudinella (axiella) sprickor uppstår huvudsakligen när den tangentiella dragspänningen överstiger materialets brotthållfasthet; tvärgående sprickor bildas när den stora axiella dragspänningen som bildas på delens inre yta överstiger materialets brotthållfasthet. Sprickor; nätverkssprickor bildas under inverkan av tvådimensionell dragspänning på ytan; skalningssprickor uppstår i ett mycket tunt, härdat lager, vilket kan uppstå när spänningen förändras kraftigt och för hög dragspänning verkar i radiell riktning. Typ av spricka.
Longitudinella sprickor kallas även axiella sprickor. Sprickor uppstår vid maximal dragspänning nära detaljens yta och har ett visst djup mot mitten. Sprickornas riktning är generellt parallell med axeln, men riktningen kan också ändras när det finns spänningskoncentration i detaljen eller när det finns interna strukturella defekter.
Efter att arbetsstycket är helt kylt är det lätt att uppstå längsgående sprickor. Detta är relaterat till den stora tangentiella dragspänningen på ytan av det kylda arbetsstycket. När stålets kolhalt ökar ökar tendensen att bilda längsgående sprickor. Lågkolstål har en liten specifik volym martensit och stark termisk spänning. Det finns en stor kvarvarande tryckspänning på ytan, så det är inte lätt att kyla. När kolhalten ökar minskar yttryckspänningen och den strukturella spänningen ökar. Samtidigt rör sig den maximala dragspänningen mot ytskiktet. Därför är högkolstål lätt benäget att få längsgående kylsprickor vid överhettning.
Storleken på delarna påverkar direkt storleken och fördelningen av kvarvarande spänningar, och dess tendens till sprickbildning vid kylning är också annorlunda. Längsgående sprickor bildas också lätt vid kylning inom det farliga tvärsnittsstorleksområdet. Dessutom orsakar blockering av stålråvaror ofta längsgående sprickor. Eftersom de flesta ståldelar tillverkas genom valsning, är icke-guldinneslutningar, karbider etc. i stålet fördelade längs deformationsriktningen, vilket gör att stålet blir anisotropiskt. Om till exempel verktygsstålet har en bandliknande struktur, är dess tvärgående brotthållfasthet efter kylning 30 % till 50 % mindre än den längsgående brotthållfastheten. Om det finns faktorer som icke-guldinneslutningar i stålet som orsakar spänningskoncentration, även om den tangentiella spänningen är större än den axiella spänningen, är det lätt att bilda längsgående sprickor under låga spänningsförhållanden. Av denna anledning är strikt kontroll av nivån av icke-metalliska inneslutningar och socker i stål en viktig faktor för att förhindra kylningssprickor.
De interna spänningsfördelningsegenskaperna för tvärgående sprickor och bågsprickor är: ytan utsätts för tryckspänning. Efter att ha lämnat ytan ett visst avstånd ändras tryckspänningen till en stor dragspänning. Sprickan uppstår i dragspänningsområdet, och när den interna spänningen sprider sig till detaljens yta sprider sig den endast om den omfördelas eller om stålets sprödhet ökar ytterligare.
Tvärgående sprickor uppstår ofta i stora axeldelar, såsom rullar, turbinrotorer eller andra axeldelar. Sprickornas karaktär är att de är vinkelräta mot axelriktningen och bryts inifrån och ut. De bildas ofta innan de härdas och orsakas av termisk stress. Stora smidesstycken har ofta metallurgiska defekter såsom porer, inneslutningar, smidessprickor och vita fläckar. Dessa defekter fungerar som utgångspunkt för brott och brott under inverkan av axiell dragspänning. Bågsprickor orsakas av termisk stress och är vanligtvis fördelade i en bågform på de delar där delens form förändras. Det uppstår huvudsakligen inuti arbetsstycket eller nära vassa kanter, spår och hål, och är fördelade i en bågform. När delar av högkolstål med en diameter eller tjocklek på 80 till 100 mm eller mer inte härdas, kommer ytan att visa tryckspänning och mitten kommer att visa dragspänning. Spänningen, den maximala dragspänningen, uppstår i övergångszonen från det härdade lagret till det icke-härdade lagret, och bågsprickor uppstår i dessa områden. Dessutom är kylningshastigheten vid skarpa kanter och hörn snabb och alla är kylda. Vid övergång till mjuka delar, det vill säga till det ohärdade området, uppstår den maximala dragspänningszonen här, så bågsprickor är benägna att uppstå. Kylningshastigheten nära stifthålet, spåret eller mitthålet i arbetsstycket är långsam, det motsvarande härdade lagret är tunt, och dragspänningen nära den härdade övergångszonen kan lätt orsaka bågsprickor.
Retikulära sprickor, även kända som ytsprickor, är ytsprickor. Sprickans djup är grunt, vanligtvis runt 0,01~1,5 mm. Huvudkarakteristiken för denna typ av spricka är att sprickans godtyckliga riktning inte har något att göra med delens form. Många sprickor är sammankopplade för att bilda ett nätverk och är brett fördelade. När sprickdjupet är större, till exempel mer än 1 mm, försvinner nätverksegenskaperna och blir slumpmässigt orienterade eller longitudinellt fördelade sprickor. Nätverkssprickor är relaterade till tillståndet av tvådimensionell dragspänning på ytan.
Delar av stål med hög kolhalt eller karburisering med ett avkarburiserat lager på ytan är benägna att bilda nätverkssprickor under kylning. Detta beror på att ytskiktet har lägre kolhalt och mindre specifik volym än det inre lagret av martensit. Under kylningen utsätts karbidens ytskikt för dragspänning. Delar vars avfosforiseringsskikt inte har avlägsnats helt under mekanisk bearbetning kommer också att bilda nätverkssprickor under högfrekvent eller flamkyling. För att undvika sådana sprickor bör delarnas ytkvalitet kontrolleras noggrant och oxidationssvetsning bör förhindras under värmebehandling. Dessutom, efter att smidesformen har använts under en viss tid, tillhör denna form termiska utmattningssprickor som uppstår i remsor eller nätverk i hålrummet och sprickor i slipningsprocessen av kylda delar.
Fläkningssprickor uppstår i ett mycket smalt område av ytskiktet. Tryckspänning verkar i axiella och tangentiella riktningar, och dragspänning uppstår i radiell riktning. Sprickorna är parallella med detaljens yta. Avskalning av det härdade skiktet efter att ytbehandling och karburering av delar kylts tillhör sådana sprickor. Dess förekomst är relaterad till den ojämna strukturen i det härdade skiktet. Till exempel, efter att legerat karburiserat stål kylts med en viss hastighet, är strukturen i det karburerade skiktet: yttre skikt av extremt fin perlit + karbid, och underskiktet är martensit + restaustenit, det inre skiktet är fin perlit eller extremt fin perlitstruktur. Eftersom den specifika volymen av underskiktets martensit är störst, blir resultatet av volymutvidgningen att tryckspänning verkar på ytskiktet i axiella och tangentiella riktningar, och dragspänning uppstår i radiell riktning, och en spänningsmutation sker inåt, övergår till ett tryckspänningstillstånd, och fläkningssprickor uppstår i extremt tunna områden där spänningen övergår skarpt. Generellt sett uppstår sprickor parallellt med ytan inuti, och i allvarliga fall kan de orsaka ytavskalning. Om kylningshastigheten för uppkolade delar accelereras eller minskas kan en enhetlig martensitstruktur eller ultrafin perlitstruktur erhållas i det uppkolade lagret, vilket kan förhindra uppkomsten av sådana sprickor. Dessutom, under högfrekvent eller flamsläckning, överhettas ytan ofta och den strukturella inhomogeniteten längs det härdade lagret kan lätt bilda sådana ytsprickor.
Mikrosprickor skiljer sig från de fyra ovannämnda sprickorna genom att de orsakas av mikrospänningar. Intergranulära sprickor som uppstår efter kylning, överhettning och slipning av verktygsstål med hög kolhalt eller karburerade arbetsstycken, såväl som sprickor orsakade av att kylda delar inte anlöpts i rätt tid, är alla relaterade till förekomsten och den efterföljande expansionen av mikrosprickor i stålet.
Mikrosprickor måste undersökas i mikroskop. De uppstår vanligtvis vid de ursprungliga austenitkorngränserna eller vid övergången mellan martensitskikt. Vissa sprickor penetrerar martensitskikten. Forskning visar att mikrosprickor är vanligare i flagnande tvillingmartensit. Anledningen är att den flagnande martensiten kolliderar med varandra när den växer med hög hastighet och genererar höga spänningar. Emellertid är den tvillingmartensiten i sig spröd och kan inte producera plastisk deformation, vilket minskar spänningarna, vilket lätt orsakar mikrosprickor. Austenitkornen är grova och känsligheten för mikrosprickor ökar. Förekomsten av mikrosprickor i stålet kommer avsevärt att minska hållfastheten och plasticiteten hos de kylda delarna, vilket leder till tidiga skador (brott) på delarna.
För att undvika mikrosprickor i ståldelar med hög kolhalt kan åtgärder som att sänka kyltemperaturen, erhålla en fin martensitstruktur och minska kolhalten i martensiten vidtas. Dessutom är snabb anlöpning efter kylning en effektiv metod för att minska inre spänningar. Tester har visat att efter tillräcklig anlöpning över 200 °C har de karbider som utfälls vid sprickorna effekten att "svetsa" samman sprickorna, vilket avsevärt kan minska risken för mikrosprickor.
Ovanstående är en diskussion om orsaker och förebyggande metoder för sprickor baserat på sprickfördelningsmönstret. I faktisk produktion varierar sprickfördelningen beroende på faktorer som stålkvalitet, delform och varm- och kallbearbetningsteknik. Ibland finns sprickor redan före värmebehandling och expanderar ytterligare under kylningsprocessen; ibland kan flera former av sprickor uppstå i samma del samtidigt. I detta fall bör, baserat på sprickans morfologiska egenskaper, makroskopisk analys av brottytan, metallografisk undersökning och vid behov kemisk analys och andra metoder användas för att genomföra en omfattande analys från materialkvalitet, organisationsstruktur till orsakerna till värmebehandlingsstress för att hitta sprickan, de huvudsakliga orsakerna och sedan bestämma effektiva förebyggande åtgärder.
Sprickanalys av sprickor är en viktig metod för att analysera orsakerna till sprickor. Varje spricka har en utgångspunkt för sprickor. Härdningssprickor börjar vanligtvis från konvergenspunkten för radiella sprickor.
Om sprickans ursprung finns på delens yta, betyder det att sprickan orsakas av för hög dragspänning på ytan. Om det inte finns några strukturella defekter såsom inneslutningar på ytan, men det finns spänningskoncentrationsfaktorer såsom allvarliga knivmärken, oxidflaskor, vassa hörn på ståldelar eller strukturella mutationer i delar, kan sprickor uppstå.
Om sprickans ursprung finns inuti detaljen är det relaterat till materialdefekter eller för hög intern kvarvarande dragspänning. Brottytan vid normal härdning är grå och fint porslin. Om brottytan är mörkgrå och grov orsakas det av överhettning eller så är den ursprungliga vävnaden tjock.
Generellt sett bör det inte finnas någon oxidationsfärg på glassektionen av den härdade sprickan, och det bör inte finnas någon avkolning runt sprickan. Om det finns avkolning runt sprickan eller en oxiderad färg på spricksektionen, indikerar det att delen redan hade sprickor före härdningen, och de ursprungliga sprickorna kommer att expandera under påverkan av värmebehandlingsspänningen. Om segregerade karbider och inneslutningar ses nära delens sprickor, betyder det att sprickorna är relaterade till kraftig segregering av karbider i råmaterialet eller förekomsten av inneslutningar. Om sprickor bara uppträder i de skarpa hörnen eller formmuterande delar av delen utan ovanstående fenomen, betyder det att sprickan orsakas av orimlig strukturell design av delen eller felaktiga åtgärder för att förhindra sprickor, eller överdriven värmebehandlingsspänning.
Dessutom uppstår sprickor i kemisk värmebehandling och ytbehandlingsdelar oftast nära det härdade lagret. Att förbättra det härdade lagrets struktur och minska värmebehandlingsspänningen är viktiga sätt att undvika ytsprickor.
Publiceringstid: 22 maj 2024