Definiția și scopul stingerii
Oțelul este încălzit la o temperatură peste punctul critic Ac3 (oțel hipoeutectoid) sau Ac1 (oțel hipereutectoid), menținut o perioadă de timp pentru a fi austenizat complet sau parțial, apoi răcit la o viteză mai mare decât viteza critică de călire. Procesul de tratament termic care transformă austenita suprarăcită în martensită sau bainită inferioară se numește călire.
Scopul călirii este de a transforma austenita suprarăcită în martensită sau bainită pentru a obține o structură de martensită sau bainită inferioară, care este apoi combinată cu revenirea la diferite temperaturi pentru a îmbunătăți considerabil rezistența, duritatea și rezistența oțelului. Rezistența la uzură, rezistența la oboseală și tenacitatea etc., pentru a satisface diferitele cerințe de utilizare ale diferitelor piese mecanice și unelte. Călirea poate fi, de asemenea, utilizată pentru a îndeplini proprietățile fizice și chimice speciale ale anumitor oțeluri speciale, cum ar fi feromagnetismul și rezistența la coroziune.
Când piesele de oțel sunt răcite într-un mediu de călire cu schimbări de stare fizică, procesul de răcire este în general împărțit în următoarele trei etape: etapa de film de vapori, etapa de fierbere și etapa de convecție.
Călibilitatea oțelului
Călibilitatea și călibilitatea sunt doi indicatori de performanță care caracterizează capacitatea oțelului de a fi supus călirii. De asemenea, reprezintă o bază importantă pentru selecția și utilizarea materialelor.
1. Conceptele de călibilitate și durificabilitate
Călibilitatea este capacitatea oțelului de a atinge cea mai mare duritate pe care o poate atinge atunci când este călit și întărit în condiții ideale. Principalul factor care determină călibilitatea oțelului este conținutul de carbon al acestuia. Mai precis, este vorba de conținutul de carbon dizolvat în austenită în timpul călirii și încălzirii. Cu cât conținutul de carbon este mai mare, cu atât călibilitatea oțelului este mai mare. Elementele de aliere din oțel au un impact redus asupra călibilității, dar au un impact semnificativ asupra călibilității oțelului.
Călibilitatea se referă la caracteristicile care determină adâncimea de călire și distribuția durității oțelului în condiții specificate. Adică, capacitatea de a obține adâncimea stratului călit atunci când oțelul este călit. Este o proprietate inerentă a oțelului. Călibilitatea reflectă de fapt ușurința cu care austenita se transformă în martensită atunci când oțelul este călit. Este legată în principal de stabilitatea austenitei suprarăcite a oțelului sau de viteza critică de răcire la călire a oțelului.
De asemenea, trebuie subliniat faptul că trebuie să se facă distincție între călibilitatea oțelului și adâncimea efectivă de călire a pieselor din oțel în condiții specifice de călire. Călibilitatea oțelului este o proprietate inerentă oțelului în sine. Depinde doar de propriii factori interni și nu are nicio legătură cu factorii externi. Adâncimea efectivă de călire a oțelului nu depinde doar de călirea oțelului, ci și de materialul utilizat. Este legată de factori externi, cum ar fi mediul de răcire și dimensiunea piesei de prelucrat. De exemplu, în aceleași condiții de austenizare, călirea aceluiași oțel este aceeași, dar adâncimea efectivă de călire a călirii în apă este mai mare decât cea a călirii în ulei, iar piesele mici sunt mai mici decât cele ale călirii în ulei. Adâncimea efectivă de călire a pieselor mari este mare. Nu se poate spune că această călire în apă are o călibilitate mai mare decât cea a călirii în ulei. Nu se poate spune că piesele mici au o călibilitate mai mare decât piesele mari. Se poate observa că, pentru a evalua călibilitatea oțelului, trebuie eliminată influența factorilor externi, cum ar fi forma piesei de prelucrat, dimensiunea, mediul de răcire etc.
În plus, deoarece călibilitatea și călibilitatea sunt două concepte diferite, oțelul cu duritate ridicată după călire nu are neapărat o călibilitate ridicată; iar oțelul cu duritate scăzută poate avea, de asemenea, o călibilitate ridicată.
2. Factorii care afectează călibilitatea
Călibilitatea oțelului depinde de stabilitatea austenitei. Orice factor care poate îmbunătăți stabilitatea austenitei suprarăcite, poate deplasa curba C spre dreapta și, prin urmare, poate reduce viteza critică de răcire, poate îmbunătăți călibilitatea oțelului de înaltă rezistență. Stabilitatea austenitei depinde în principal de compoziția sa chimică, dimensiunea granulelor și uniformitatea compoziției, care sunt legate de compoziția chimică a oțelului și de condițiile de încălzire.
3. Metoda de măsurare a călibilității
Există numeroase metode de măsurare a călibilității oțelului, cele mai utilizate fiind metoda măsurării diametrului critic și metoda testului de călibilitate finală.
(1) Metoda de măsurare a diametrului critic
După ce oțelul este călit într-un anumit mediu, diametrul maxim atunci când miezul capătă o structură complet martensitică sau 50% martensitică se numește diametru critic, reprezentat de Dc. Metoda de măsurare a diametrului critic constă în realizarea unei serii de tije rotunde cu diametre diferite și, după călire, măsurarea curbei de duritate U distribuite de-a lungul diametrului pe fiecare secțiune a probei și găsirea tijei cu structură semi-martensitică în centru. Diametrul tijei rotunde este diametrul critic. Cu cât diametrul critic este mai mare, cu atât este mai mare călibilitatea oțelului.
(2) Metoda de testare a călirii finale
Metoda de testare a călirii terminale utilizează o mostră călită terminal de dimensiuni standard (Ф25 mm × 100 mm). După austenitizare, apa este pulverizată pe un capăt al mostrei cu un echipament special pentru a o răci. După răcire, duritatea este măsurată de-a lungul direcției axiale - de la capătul răcit cu apă. Metodă de testare pentru curba relației de distanță. Metoda de testare a călirii terminale este una dintre metodele de determinare a călibilității oțelului. Avantajele sale sunt operarea simplă și gama largă de aplicații.
4. Stres de stingere, deformare și fisurare
(1) Tensiunea internă a piesei de prelucrat în timpul călirii
Când piesa de prelucrat este răcită rapid în mediul de răcire, deoarece piesa de prelucrat are o anumită dimensiune și coeficientul de conductivitate termică are, de asemenea, o anumită valoare, un anumit gradient de temperatură va apărea de-a lungul secțiunii interioare a piesei de prelucrat în timpul procesului de răcire. Temperatura suprafeței este scăzută, temperatura miezului este ridicată, iar temperaturile suprafeței și miezului sunt ridicate. Există o diferență de temperatură. În timpul procesului de răcire a piesei de prelucrat, există și două fenomene fizice: unul este dilatarea termică, pe măsură ce temperatura scade, lungimea liniei piesei de prelucrat se va micșora; celălalt este transformarea austenitei în martensită atunci când temperatura scade până la punctul de transformare a martensitei, ceea ce va crește volumul specific. Datorită diferenței de temperatură în timpul procesului de răcire, cantitatea de dilatare termică va fi diferită în diferite părți de-a lungul secțiunii transversale a piesei de prelucrat, iar tensiunea internă va fi generată în diferite părți ale piesei de prelucrat. Datorită existenței diferențelor de temperatură în interiorul piesei de prelucrat, pot exista și părți în care temperatura scade mai repede decât punctul în care apare martensita. În timpul transformării, volumul se dilată, iar piesele cu temperatură ridicată sunt încă mai ridicate decât punctul respectiv și se află încă în stare de austenită. Aceste piese diferite vor genera, de asemenea, tensiuni interne datorită diferențelor în modificările volumului specific. Prin urmare, în timpul procesului de călire și răcire pot fi generate două tipuri de tensiuni interne: una este tensiunea termică; cealaltă este tensiunea tisulară.
Conform caracteristicilor de timp ale tensiunii interne, aceasta poate fi împărțită și în tensiune instantanee și tensiune reziduală. Tensiunea internă generată de piesa de prelucrat la un anumit moment în timpul procesului de răcire se numește tensiune instantanee; după ce piesa de prelucrat este răcită, tensiunea rămasă în interiorul piesei de prelucrat se numește tensiune reziduală.
Stresul termic se referă la stresul cauzat de dilatarea termică inconsistentă (sau contracția la rece) din cauza diferențelor de temperatură din diferite părți ale piesei de prelucrat atunci când aceasta este încălzită (sau răcită).
Acum, luăm ca exemplu un cilindru solid pentru a ilustra regulile de formare și modificare a tensiunii interne în timpul procesului de răcire. Aici se discută doar tensiunea axială. La începutul răcirii, deoarece suprafața se răcește rapid, temperatura este scăzută și se contractă mult, în timp ce miezul se răcește, temperatura este ridicată, iar contracția este mică. Drept urmare, suprafața și interiorul sunt reciproc strânse, rezultând o tensiune de tracțiune pe suprafață, în timp ce miezul este sub presiune. Pe măsură ce răcirea are loc, diferența de temperatură dintre interior și exterior crește, iar tensiunea internă crește și ea în mod corespunzător. Când tensiunea crește pentru a depăși rezistența la curgere la această temperatură, are loc deformarea plastică. Deoarece grosimea inimii este mai mare decât cea a suprafeței, inima se contractă întotdeauna axial mai întâi. Ca urmare a deformării plastice, tensiunea internă nu mai crește. După răcire până la o anumită perioadă de timp, scăderea temperaturii suprafeței va încetini treptat, iar contracția sa va scădea treptat. În acest moment, miezul se contractă încă, astfel încât tensiunea de tracțiune pe suprafață și tensiunea de compresiune pe miez vor scădea treptat până când dispar. Totuși, pe măsură ce răcirea continuă, umiditatea suprafeței devine din ce în ce mai mică, iar contracția devine din ce în ce mai mică sau chiar se oprește. Deoarece temperatura din miez este încă ridicată, acesta va continua să se contracte, iar în final se va forma o tensiune de compresiune pe suprafața piesei de prelucrat, în timp ce miezul va avea o tensiune de tracțiune. Cu toate acestea, deoarece temperatura este scăzută, deformarea plastică nu este ușor de produs, astfel încât această tensiune va crește pe măsură ce răcirea are loc. Ea continuă să crească și în final rămâne în interiorul piesei de prelucrat ca tensiune reziduală.
Se poate observa că stresul termic din timpul procesului de răcire determină inițial întinderea stratului superficial și comprimarea miezului, iar tensiunea reziduală rămasă reprezintă comprimarea stratului superficial și întinderea miezului.
Pe scurt, tensiunea termică generată în timpul răcirii prin călire este cauzată de diferența de temperatură a secțiunii transversale în timpul procesului de răcire. Cu cât viteza de răcire și cu cât diferența de temperatură a secțiunii transversale este mai mare, cu atât tensiunea termică generată este mai mare. În aceleași condiții ale mediului de răcire, cu cât temperatura de încălzire a piesei de prelucrat este mai mare, cu atât dimensiunea este mai mare, cu atât conductivitatea termică a oțelului este mai mică, cu atât diferența de temperatură din interiorul piesei de prelucrat este mai mare și tensiunea termică este mai mare. Dacă piesa de prelucrat este răcită neuniform la temperatură ridicată, aceasta va fi distorsionată și deformată. Dacă tensiunea de tracțiune instantanee generată în timpul procesului de răcire a piesei de prelucrat este mai mare decât rezistența la tracțiune a materialului, vor apărea fisuri de călire.
Tensiunea de transformare de fază se referă la tensiunea cauzată de momentele diferite ale transformării de fază în diferite părți ale piesei de prelucrat în timpul procesului de tratament termic, cunoscută și sub denumirea de tensiune tisulară.
În timpul călirii și răcirii rapide, când stratul superficial este răcit până la punctul Ms, are loc o transformare martensitică, care provoacă expansiunea volumului. Cu toate acestea, din cauza obstrucției miezului care nu a suferit încă o transformare, stratul superficial generează o tensiune de compresiune, în timp ce miezul are o tensiune de tracțiune. Când tensiunea este suficient de mare, aceasta va provoca deformare. Când miezul este răcit până la punctul Ms, acesta va suferi, de asemenea, o transformare martensitică și se va extinde în volum. Cu toate acestea, din cauza constrângerilor stratului superficial transformat, cu plasticitate scăzută și rezistență ridicată, tensiunea reziduală finală va fi sub formă de tensiune superficială, iar miezul va fi sub presiune. Se poate observa că schimbarea și starea finală a tensiunii de transformare de fază sunt exact opuse tensiunii termice. Mai mult, deoarece tensiunea de schimbare de fază are loc la temperaturi scăzute cu plasticitate scăzută, deformarea este dificilă în acest moment, astfel încât tensiunea de schimbare de fază este mai probabil să provoace fisurarea piesei de prelucrat.
Există mulți factori care afectează dimensiunea tensiunii de transformare de fază. Cu cât viteza de răcire a oțelului este mai rapidă în intervalul de temperatură de transformare a martensitei, cu cât dimensiunea piesei de oțel este mai mare, cu atât conductivitatea termică a oțelului este mai scăzută, cu cât volumul specific de martensită este mai mare, cu atât tensiunea de transformare de fază este mai mare. În plus, tensiunea de transformare de fază este, de asemenea, legată de compoziția oțelului și de călibilitatea acestuia. De exemplu, oțelul înalt aliat cu conținut ridicat de carbon crește volumul specific de martensită datorită conținutului său ridicat de carbon, ceea ce ar trebui să crească tensiunea de transformare de fază a oțelului. Cu toate acestea, pe măsură ce conținutul de carbon crește, punctul Ms scade și există o cantitate mare de austenită reținută după călire. Expansiunea volumică scade, iar tensiunea reziduală este scăzută.
(2) Deformarea piesei de prelucrat în timpul călirii
În timpul călirii, există două tipuri principale de deformare a piesei de prelucrat: unul este modificarea formei geometrice a piesei de prelucrat, care se manifestă prin modificări ale dimensiunii și formei, adesea numită deformare prin deformare, care este cauzată de stresul de călire; celălalt este deformarea volumului, care se manifestă ca o expansiune sau contracție proporțională a volumului piesei de prelucrat, fiind cauzată de modificarea volumului specific în timpul schimbării de fază.
Deformarea prin deformare include, de asemenea, deformarea formei și deformarea prin răsucire. Deformarea prin răsucire este cauzată în principal de plasarea necorespunzătoare a piesei de prelucrat în cuptor în timpul încălzirii sau de lipsa tratamentului de modelare după corectarea deformării înainte de călire sau de răcirea neuniformă a diferitelor părți ale piesei de prelucrat atunci când piesa de prelucrat este răcită. Această deformare poate fi analizată și rezolvată pentru situații specifice. În continuare se discută în principal deformarea volumului și deformarea formei.
1) Cauzele deformării prin călire și regulile de schimbare a acestora
Deformarea volumică cauzată de transformarea structurală Starea structurală a piesei de prelucrat înainte de călire este în general perlită, adică o structură mixtă de ferită și cementită, iar după călire are o structură martensitică. Volumele specifice diferite ale acestor țesuturi vor provoca modificări de volum înainte și după călire, rezultând deformare. Cu toate acestea, această deformare determină doar dilatarea și contracția proporțională a piesei de prelucrat, deci nu modifică forma piesei de prelucrat.
În plus, cu cât structura are mai multă martensită după tratamentul termic sau cu cât conținutul de carbon al martensitei este mai mare, cu atât expansiunea volumică a acesteia este mai mare, iar cu cât cantitatea de austenită reținută este mai mare, cu atât expansiunea volumică este mai mică. Prin urmare, modificarea volumului poate fi controlată prin controlul conținutului relativ de martensită și martensită reziduală în timpul tratamentului termic. Dacă este controlat corespunzător, volumul nu se va dilata și nici nu se va micșora.
Deformarea formei cauzată de stresul termic Deformarea cauzată de stresul termic apare în zonele cu temperatură ridicată unde rezistența la curgere a pieselor de oțel este scăzută, plasticitatea este mare, suprafața se răcește rapid, iar diferența de temperatură dintre interiorul și exteriorul piesei de prelucrat este cea mai mare. În acest moment, tensiunea termică instantanee este tensiunea de tracțiune superficială și tensiunea de compresiune a miezului. Deoarece temperatura miezului este ridicată în acest moment, rezistența la curgere este mult mai mică decât cea a suprafeței, deci se manifestă ca deformare sub acțiunea tensiunii de compresiune multidirecționale, adică cubul este sferic în direcție. Varietate. Rezultatul este că cel mai mare se micșorează, în timp ce cel mai mic se dilată. De exemplu, un cilindru lung se scurtează în direcția lungimii și se dilată în direcția diametrului.
Deformarea formei cauzată de stresul tisular Deformarea cauzată de stresul tisular apare și în momentul în care stresul tisular este maxim. În acest moment, diferența de temperatură a secțiunii transversale este mare, temperatura miezului este mai mare, materialul se află încă în stare austenită, plasticitatea este bună, iar rezistența la curgere este scăzută. Tensiunea instantanee a țesutului este tensiunea de compresiune superficială și tensiunea de tracțiune a miezului. Prin urmare, deformarea se manifestă ca alungirea miezului sub acțiunea tensiunii de tracțiune multidirecționale. Rezultatul este că, sub acțiunea tensiunii tisulare, latura mai mare a piesei de prelucrat se alungește, în timp ce latura mai mică se scurtează. De exemplu, deformarea cauzată de stresul tisular într-un cilindru lung este alungirea în lungime și reducerea diametrului.
Tabelul 5.3 prezintă regulile de deformare la călire pentru diferite piese tipice de oțel.
2) Factorii care afectează deformarea prin călire
Factorii care afectează deformarea la călire sunt în principal compoziția chimică a oțelului, structura originală, geometria pieselor și procesul de tratament termic.
3) Stingerea fisurilor
Fisurile în piese apar în principal în stadiul avansat de călire și răcire, adică după ce transformarea martensitică este practic completă sau după răcirea completă, apare cedarea fragilă deoarece tensiunea de tracțiune din piese depășește rezistența la fractură a oțelului. Fisurile sunt de obicei perpendiculare pe direcția deformării maxime la tracțiune, astfel încât diferitele forme de fisuri în piese depind în principal de starea de distribuție a tensiunilor.
Tipuri comune de fisuri de călire: Fisurile longitudinale (axiale) se generează în principal atunci când tensiunea tangențială de tracțiune depășește rezistența la rupere a materialului; fisurile transversale se formează atunci când tensiunea axială de tracțiune mare formată pe suprafața interioară a piesei depășește rezistența la rupere a materialului. Fisuri; fisurile de rețea se formează sub acțiunea tensiunii de tracțiune bidimensionale pe suprafață; fisurile de exfoliere apar într-un strat întărit foarte subțire, putând apărea atunci când tensiunea se modifică brusc și o tensiune de tracțiune excesivă acționează în direcția radială. Tipul fisurii.
Fisurile longitudinale sunt numite și fisuri axiale. Fisurile apar la tensiunea maximă de tracțiune în apropierea suprafeței piesei și au o anumită adâncime spre centru. Direcția fisurilor este în general paralelă cu axa, dar direcția se poate schimba și atunci când există o concentrare de tensiuni în piesă sau când există defecte structurale interne.
După ce piesa de prelucrat este complet călită, este probabil să apară fisuri longitudinale. Acest lucru este legat de tensiunea tangențială de tracțiune mare de pe suprafața piesei de prelucrat călite. Pe măsură ce conținutul de carbon al oțelului crește, tendința de a forma fisuri longitudinale crește. Oțelul cu conținut scăzut de carbon are un volum specific mic de martensită și o tensiune termică puternică. Există o tensiune de compresiune reziduală mare la suprafață, deci nu este ușor de călit. Pe măsură ce conținutul de carbon crește, tensiunea de compresiune superficială scade, iar tensiunea structurală crește. În același timp, tensiunea de tracțiune maximă se deplasează spre stratul superficial. Prin urmare, oțelul cu conținut ridicat de carbon este predispus la fisuri longitudinale de călire atunci când este supraîncălzit.
Dimensiunea pieselor afectează direct dimensiunea și distribuția tensiunii reziduale, iar tendința lor de fisurare prin călire este, de asemenea, diferită. Fisurile longitudinale se formează, de asemenea, cu ușurință prin călire în intervalul de dimensiuni periculoase ale secțiunii transversale. În plus, blocarea materiilor prime din oțel provoacă adesea fisuri longitudinale. Deoarece majoritatea pieselor din oțel sunt fabricate prin laminare, incluziunile fără aur, carburile etc. din oțel sunt distribuite de-a lungul direcției de deformare, ceea ce face ca oțelul să fie anizotrop. De exemplu, dacă oțelul pentru scule are o structură de tip bandă, rezistența sa transversală la fractură după călire este cu 30% până la 50% mai mică decât rezistența longitudinală la fractură. Dacă există factori precum incluziunile fără aur în oțel care provoacă concentrarea tensiunii, chiar dacă tensiunea tangențială este mai mare decât tensiunea axială, fisurile longitudinale se formează ușor în condiții de tensiune scăzută. Din acest motiv, controlul strict al nivelului de incluziuni nemetalice și zahăr din oțel este un factor important în prevenirea fisurilor prin călire.
Caracteristicile de distribuție a tensiunilor interne în cazul fisurilor transversale și al fisurilor în arc sunt: suprafața este supusă unei solicitări de compresiune. După ce se îndepărtează de suprafață pe o anumită distanță, tensiunea de compresiune se transformă într-o tensiune de tracțiune mare. Fisura apare în zona solicitării de tracțiune, iar apoi, când tensiunea internă se extinde la suprafața piesei, aceasta se redistribuie sau dacă fragilitatea oțelului crește în continuare.
Fisurile transversale apar adesea în piese mari ale arborelui, cum ar fi rolele, rotoarele turbinelor sau alte piese ale arborelui. Caracteristicile fisurilor sunt că sunt perpendiculare pe direcția axei și se rup din interior spre exterior. Adesea se formează înainte de a fi călite și sunt cauzate de stres termic. Piesele forjate mari prezintă adesea defecte metalurgice, cum ar fi pori, incluziuni, fisuri de forjare și pete albe. Aceste defecte servesc drept punct de plecare pentru fracturare și rupere sub acțiunea solicitării axiale de tracțiune. Fisurile de arc sunt cauzate de stresul termic și sunt de obicei distribuite în formă de arc în zonele în care forma piesei se schimbă. Apar în principal în interiorul piesei de prelucrat sau în apropierea muchiilor ascuțite, canelurilor și găurilor și sunt distribuite în formă de arc. Când piesele din oțel cu conținut ridicat de carbon cu un diametru sau o grosime de 80 până la 100 mm sau mai mult nu sunt călite, suprafața va prezenta o solicitare de compresiune, iar centrul va prezenta o solicitare de tracțiune. Sub tensiune, solicitarea maximă de tracțiune apare în zona de tranziție de la stratul călit la stratul necălit, iar fisurile de arc apar în aceste zone. În plus, viteza de răcire la muchiile și colțurile ascuțite este rapidă și toate sunt călite. La trecerea la piese netede, adică la zona necălită, aici apare zona de solicitare maximă la tracțiune, astfel încât este predispusă apariția fisurilor cu arc. Viteza de răcire în apropierea orificiului știftului, canelurii sau orificiului central al piesei de prelucrat este lentă, stratul călit corespunzător este subțire, iar solicitarea la tracțiune în apropierea zonei de tranziție călite poate provoca cu ușurință fisuri cu arc.
Fisurile reticulare, cunoscute și sub denumirea de fisuri de suprafață, sunt fisuri superficiale. Adâncimea fisurii este superficială, în general în jur de 0,01~1,5 mm. Principala caracteristică a acestui tip de fisură este că direcția arbitrară a fisurii nu are nicio legătură cu forma piesei. Multe fisuri sunt conectate între ele pentru a forma o rețea și sunt distribuite pe scară largă. Când adâncimea fisurii este mai mare, cum ar fi mai mult de 1 mm, caracteristicile rețelei dispar și devin fisuri orientate aleatoriu sau distribuite longitudinal. Fisurile de rețea sunt legate de starea de solicitare de tracțiune bidimensională pe suprafață.
Piesele din oțel cu conținut ridicat de carbon sau din oțel carburat, cu un strat decarburat la suprafață, sunt predispuse la formarea de fisuri în rețea în timpul călirii. Acest lucru se datorează faptului că stratul superficial are un conținut de carbon mai mic și un volum specific mai mic decât stratul interior de martensită. În timpul călirii, stratul superficial al carburii este supus unei solicitări de tracțiune. Piesele al căror strat de defosforare nu a fost complet îndepărtat în timpul prelucrării mecanice vor forma, de asemenea, fisuri în rețea în timpul călirii superficiale de înaltă frecvență sau cu flacără. Pentru a evita astfel de fisuri, calitatea suprafeței pieselor trebuie controlată strict, iar sudarea prin oxidare trebuie prevenită în timpul tratamentului termic. În plus, după ce matrița de forjare este utilizată pentru o anumită perioadă de timp, fisurile de oboseală termică care apar în benzi sau rețele în cavitate, precum și fisurile din procesul de șlefuire a pieselor călite, apar toate în această formă.
Fisurile de exfoliere apar într-o zonă foarte îngustă a stratului superficial. Tensiunea de compresiune acționează în direcțiile axiale și tangențiale, iar tensiunea de tracțiune apare în direcția radială. Fisurile sunt paralele cu suprafața piesei. Exfolierea stratului călit după călirea suprafeței și răcirea pieselor prin carburare aparține unor astfel de fisuri. Apariția sa este legată de structura inegală a stratului călit. De exemplu, după ce oțelul cémentat aliat este răcit la o anumită viteză, structura din stratul cémentat este: stratul exterior de perlită extrem de fină + carbură, iar substratul este martensită + austenită reziduală, stratul interior este perlită fină sau structură de perlită extrem de fină. Deoarece volumul specific de formare al martensitei substratului este cel mai mare, rezultatul expansiunii volumului este că tensiunea de compresiune acționează asupra stratului superficial în direcțiile axiale și tangențiale, iar tensiunea de tracțiune apare în direcția radială, având loc o mutație de tensiune spre interior, trecând la o stare de tensiune de compresiune, iar fisurile de exfoliere apar în zone extrem de subțiri unde tensiunea trece brusc. În general, fisurile apar în interior, paralel cu suprafața, iar în cazuri grave pot provoca exfolierea suprafeței. Dacă viteza de răcire a pieselor carburate este accelerată sau redusă, în stratul carburat se poate obține o structură uniformă de martensită sau o structură ultrafină de perlită, ceea ce poate preveni apariția unor astfel de fisuri. În plus, în timpul călirii superficiale la frecvență înaltă sau cu flacără, suprafața este adesea supraîncălzită, iar neomogenitatea structurală de-a lungul stratului întărit poate forma cu ușurință astfel de fisuri superficiale.
Microfisurile diferă de cele patru fisuri menționate anterior prin faptul că sunt cauzate de microstres. Fisurile intergranulare care apar după călirea, supraîncălzirea și șlefuirea oțelului de scule cu conținut ridicat de carbon sau a pieselor cementate, precum și fisurile cauzate de revenirea nerecuperată la timp a pieselor călite, sunt toate legate de existența și extinderea ulterioară a microfisurilor în oțel.
Microfisurile trebuie examinate la microscop. Acestea apar de obicei la limitele granulelor originale de austenită sau la joncțiunea foilor de martensită. Unele fisuri penetrează foile de martensită. Cercetările arată că microfisurile sunt mai frecvente în cazul martensitei înfrățite lamelare. Motivul este că martensitele lamelare se ciocnesc între ele atunci când cresc cu viteză mare și generează solicitări ridicate. Cu toate acestea, martensita înfrățită în sine este fragilă și nu poate produce deformare plastică care să relaxeze stresul, provocând astfel cu ușurință microfisuri. Granulele de austenită sunt grosiere, iar susceptibilitatea la microfisuri crește. Prezența microfisurilor în oțel va reduce semnificativ rezistența și plasticitatea pieselor călite, ducând la deteriorarea timpurie (fracturare) a pieselor.
Pentru a evita microfisurile în piesele din oțel cu conținut ridicat de carbon, se pot adopta măsuri precum o temperatură de încălzire la călire mai scăzută, obținerea unei structuri fine a martensitei și reducerea conținutului de carbon din martensită. În plus, revenirea la timp după călire este o metodă eficientă de reducere a tensiunii interne. Testele au dovedit că, după o revenire suficientă peste 200°C, carburile precipitate la nivelul fisurilor au efectul de „sudare” a fisurilor, ceea ce poate reduce semnificativ riscul de microfisuri.
Cele de mai sus reprezintă o discuție despre cauzele și metodele de prevenire a fisurilor, bazate pe modelul de distribuție a fisurilor. În producția reală, distribuția fisurilor variază în funcție de factori precum calitatea oțelului, forma piesei și tehnologia de prelucrare la cald și la rece. Uneori, fisurile există deja înainte de tratamentul termic și se extind în continuare în timpul procesului de călire; alteori, în aceeași piesă pot apărea mai multe forme de fisuri în același timp. În acest caz, pe baza caracteristicilor morfologice ale fisurii, ar trebui utilizate analiza macroscopică a suprafeței de fractură, examinarea metalografică și, atunci când este necesar, analiza chimică și alte metode pentru a efectua o analiză cuprinzătoare, de la calitatea materialului, structura organizatorică până la cauzele stresului de tratament termic, pentru a identifica principalele cauze ale fisurii și apoi a determina măsuri preventive eficiente.
Analiza fracturilor este o metodă importantă pentru analiza cauzelor apariției fisurilor. Orice fractură are un punct de plecare. Fisurile de călire încep de obicei din punctul de convergență al fisurilor radiale.
Dacă originea fisurii există la suprafața piesei, înseamnă că fisura este cauzată de o solicitare excesivă de tracțiune la suprafață. Dacă nu există defecte structurale, cum ar fi incluziuni, la suprafață, dar există factori de concentrare a stresului, cum ar fi urme severe de cuțit, crustă de oxid, colțuri ascuțite ale pieselor de oțel sau piese cu mutații structurale, pot apărea fisuri.
Dacă originea fisurii este în interiorul piesei, aceasta este legată de defecte de material sau de o tensiune de tracțiune reziduală internă excesivă. Suprafața de fractură la călirea normală este gri și porțelan fin. Dacă suprafața de fractură este gri închis și rugoasă, aceasta este cauzată de supraîncălzire sau de grosimea țesutului original.
În general, nu ar trebui să existe nicio culoare oxidată pe secțiunea de sticlă a fisurii de călire și nu ar trebui să existe decarburare în jurul fisurii. Dacă există decarburare în jurul fisurii sau o culoare oxidată pe secțiunea fisurii, indică faptul că piesa avea deja fisuri înainte de călire, iar fisurile originale se vor extinde sub influența stresului de tratament termic. Dacă se observă carburi segregate și incluziuni în apropierea fisurilor piesei, înseamnă că fisurile sunt legate de segregarea severă a carburilor în materia primă sau de prezența incluziunilor. Dacă fisurile apar doar la colțurile ascuțite sau la părțile cu forme diferite ale piesei, fără fenomenul menționat mai sus, înseamnă că fisura este cauzată de o proiectare structurală nerezonabilă a piesei sau de măsuri necorespunzătoare pentru prevenirea fisurilor sau de un stres excesiv de tratament termic.
În plus, fisurile din tratamentul termic chimic și din piesele de călire superficială apar mai ales în apropierea stratului întărit. Îmbunătățirea structurii stratului întărit și reducerea stresului de tratament termic sunt modalități importante de a evita fisurile superficiale.
Data publicării: 22 mai 2024