Rūdīšanas definīcija un mērķis
Tēraudu uzkarsē līdz temperatūrai, kas pārsniedz kritisko punktu Ac3 (hipoeutektoidālais tērauds) vai Ac1 (hipereutektoidālais tērauds), tur šajā temperatūrā noteiktu laiku, lai tas pilnībā vai daļēji austenitizētos, un pēc tam atdzesē ar ātrumu, kas ir lielāks par kritisko rūdīšanas ātrumu. Termiskās apstrādes procesu, kurā pārdzesēts austenīts tiek pārveidots par martensītu vai zemākas bainītu, sauc par rūdīšanu.
Rūdīšanas mērķis ir pārveidot pārdzesēto austenītu par martensītu vai bainītu, lai iegūtu martensīta vai zemāka bainīta struktūru, ko pēc tam apvieno ar atlaidināšanu dažādās temperatūrās, lai ievērojami uzlabotu tērauda izturību, cietību un pretestību. Nodilumizturība, noguruma izturība un sīkstums utt., lai atbilstu dažādu mehānisku detaļu un instrumentu atšķirīgajām lietošanas prasībām. Rūdīšanu var izmantot arī, lai nodrošinātu noteiktu speciālo tēraudu īpašās fizikālās un ķīmiskās īpašības, piemēram, feromagnētismu un izturību pret koroziju.
Kad tērauda detaļas tiek atdzesētas rūdīšanas vidē ar izmaiņām fizikālajā stāvoklī, dzesēšanas process parasti tiek sadalīts šādos trīs posmos: tvaika plēves stadijā, viršanas stadijā un konvekcijas stadijā.
Tērauda sacietējamība
Cietējamība un cietināmība ir divi veiktspējas rādītāji, kas raksturo tērauda spēju rūdīt. Tie ir arī svarīgs pamats materiālu izvēlei un lietošanai.
1. Cietināmības un sacietējamības jēdzieni
Cietināmība ir tērauda spēja sasniegt augstāko cietību, ko tas var sasniegt, rūdot un sacietējot ideālos apstākļos. Galvenais faktors, kas nosaka tērauda cietināmību, ir tērauda oglekļa saturs. Precīzāk sakot, tas ir oglekļa saturs, kas izšķīdis austenītā rūdīšanas un karsēšanas laikā. Jo augstāks oglekļa saturs, jo augstāka ir tērauda cietināmība. Tērauda leģējošie elementi maz ietekmē cietināmību, bet tiem ir būtiska ietekme uz tērauda cietināmību.
Cietināmība attiecas uz īpašībām, kas nosaka tērauda sacietēšanas dziļumu un cietības sadalījumu noteiktos apstākļos. Tas ir, spēja iegūt sacietējušā slāņa dziļumu, kad tērauds tiek rūdīts. Tā ir tērauda neatņemama īpašība. Cietināmība faktiski atspoguļo to, cik viegli austenīts pārvēršas martensītā, kad tērauds tiek rūdīts. Tā galvenokārt ir saistīta ar tērauda pārdzesētā austenīta stabilitāti vai ar tērauda kritisko rūdīšanas atdzišanas ātrumu.
Jāuzsver arī, ka tērauda sacietēšanas spēja ir jānošķir no tērauda detaļu efektīvā sacietēšanas dziļuma noteiktos rūdīšanas apstākļos. Tērauda sacietēšanas spēja ir paša tērauda neatņemama īpašība. Tā ir atkarīga tikai no tā iekšējiem faktoriem un tai nav nekāda sakara ar ārējiem faktoriem. Tērauda efektīvais sacietēšanas dziļums ir atkarīgs ne tikai no tērauda sacietēšanas spējas, bet arī no izmantotā materiāla. Tas ir saistīts ar ārējiem faktoriem, piemēram, dzesēšanas vidi un sagataves izmēru. Piemēram, vienādos austenitizācijas apstākļos viena un tā paša tērauda sacietēšanas spēja ir vienāda, bet efektīvais sacietēšanas dziļums ūdens rūdīšanas laikā ir lielāks nekā eļļas rūdīšanas laikā, un mazām detaļām tas ir mazāks nekā eļļas rūdīšanas laikā. Lielu detaļu efektīvais sacietēšanas dziļums ir liels. Nevar apgalvot, ka ūdens rūdīšanai ir augstāka sacietēšanas spēja nekā eļļas rūdīšanai. Nevar apgalvot, ka mazām detaļām ir augstāka sacietēšanas spēja nekā lielām detaļām. Var redzēt, ka, lai novērtētu tērauda sacietēšanas spēju, ir jānovērš tādu ārējo faktoru ietekme kā sagataves forma, izmērs, dzesēšanas vide utt.
Turklāt, tā kā sacietējamība un sacietējamība ir divi dažādi jēdzieni, tēraudam ar augstu cietību pēc rūdīšanas ne vienmēr ir augsta sacietējamība; un tēraudam ar zemu cietību var būt arī augsta sacietējamība.
2. Faktori, kas ietekmē sacietējamību
Tērauda sacietēšanas spēja ir atkarīga no austenīta stabilitātes. Jebkurš faktors, kas var uzlabot pārdzesēta austenīta stabilitāti, nobīdīt C līkni pa labi un tādējādi samazināt kritisko dzesēšanas ātrumu, var uzlabot augsta tērauda sacietēšanas spēju. Austenīta stabilitāte galvenokārt ir atkarīga no tā ķīmiskā sastāva, graudu lieluma un sastāva vienmērīguma, kas ir saistīti ar tērauda ķīmisko sastāvu un karsēšanas apstākļiem.
3. Cietēšanas mērīšanas metode
Tērauda sacietējamības mērīšanai ir daudz metožu, visbiežāk izmantotās ir kritiskā diametra mērīšanas metode un gala sacietējamības testa metode.
(1) Kritiskā diametra mērīšanas metode
Pēc tērauda rūdīšanas noteiktā vidē maksimālo diametru, kad serde iegūst visu martensīta struktūru vai 50% martensīta struktūru, sauc par kritisko diametru, ko apzīmē ar Dc. Kritiskā diametra mērīšanas metode ir izgatavot virkni apaļu stieņu ar dažādiem diametriem un pēc rūdīšanas izmērīt cietības U līkni, kas sadalīta pa diametru katrā parauga šķērsgriezumā, un atrast stieņu ar daļēji martensīta struktūru centrā. Apaļā stieņa diametrs ir kritiskais diametrs. Jo lielāks kritiskais diametrs, jo augstāka ir tērauda cietināmība.
(2) Rūdīšanas testa metode
Gala rūdīšanas testa metodē tiek izmantots standarta izmēra gala rūdīts paraugs (Ф25 mm × 100 mm). Pēc austenizācijas uz viena parauga gala, izmantojot speciālu aprīkojumu, tiek izsmidzināts ūdens, lai to atdzesētu. Pēc atdzesēšanas cietību mēra ass virzienā – no ar ūdeni dzesētā gala. Attāluma attiecību līknes testa metode. Gala rūdīšanas testa metode ir viena no tērauda sacietējamības noteikšanas metodēm. Tās priekšrocības ir vienkārša darbība un plašs pielietojuma klāsts.
4.Sprieguma, deformācijas un plaisāšanas dzēšana
(1) Sagataves iekšējais spriegums rūdīšanas laikā
Kad sagatavi ātri atdzesē dzēšanas vidē, tā kā sagatavei ir noteikts izmērs un arī siltumvadītspējas koeficients ir noteikts, dzesēšanas procesa laikā sagataves iekšējā daļā radīsies noteikts temperatūras gradients. Virsmas temperatūra ir zema, serdes temperatūra ir augsta, un virsmas un serdes temperatūra ir augsta. Pastāv temperatūras starpība. Sagataves dzesēšanas procesā pastāv arī divas fizikālas parādības: viena ir termiskā izplešanās, kad temperatūra pazeminās, sagataves stieples garums sarūk; otra ir austenīta pārveidošanās par martensītu, kad temperatūra pazeminās līdz martensīta pārveidošanās punktam, kas palielinās īpatnējo tilpumu. Temperatūras starpības dēļ dzesēšanas procesā termiskās izplešanās apjoms dažādās sagataves šķērsgriezuma daļās būs atšķirīgs, un dažādās sagataves daļās radīsies iekšējais spriegums. Sakarā ar temperatūras atšķirībām sagataves iekšpusē var būt arī daļas, kurās temperatūra pazeminās ātrāk nekā martensīta veidošanās punkts. Pārveidošanās rezultātā tilpums izplešas, un detaļas ar augstu temperatūru joprojām atrodas augstāk par punktu un joprojām atrodas austenīta stāvoklī. Šīs dažādās detaļas radīs arī iekšējo spriegumu atšķirīgo īpatnējo tilpuma izmaiņu dēļ. Tāpēc rūdīšanas un dzesēšanas procesā var rasties divu veidu iekšējie spriegumi: viens ir termiskais spriegums, otrs ir audu spriegums.
Atkarībā no iekšējā sprieguma pastāvēšanas laika raksturlielumiem to var iedalīt arī momentānajā spriegumā un atlikušajā spriegumā. Iekšējo spriegumu, ko sagatave rada noteiktā brīdī dzesēšanas procesa laikā, sauc par momentāno spriegumu; pēc sagataves atdzesēšanas sagataves iekšpusē paliekošo spriegumu sauc par atlikušo spriegumu.
Termiskā spriedze attiecas uz spriegumu, ko rada nevienmērīga termiskā izplešanās (vai aukstā saraušanās) temperatūras atšķirību dēļ dažādās sagataves daļās, kad tā tiek uzkarsēta (vai atdzesēta).
Tagad ņemsim cieta cilindra piemēru, lai ilustrētu iekšējā sprieguma veidošanos un izmaiņu likumus tā atdzišanas procesā. Šeit tiek aplūkots tikai aksiālais spriegums. Dzesēšanas sākumā, tā kā virsma ātri atdziest, temperatūra ir zema un ievērojami saraujas, kamēr serde atdziest, temperatūra ir augsta un saraušanās ir neliela. Tā rezultātā virsma un iekšpuse ir savstarpēji ierobežotas, kā rezultātā uz virsmas rodas stiepes spriegums, kamēr serde ir zem spiediena. Dzesēšanas laikā temperatūras starpība starp iekšpusi un ārpusi palielinās, un attiecīgi palielinās arī iekšējais spriegums. Kad spriegums palielinās līdz tecēšanas robežai šajā temperatūrā, notiek plastiskā deformācija. Tā kā sirds biezums ir lielāks nekā virsmas biezums, sirds vienmēr vispirms saraujas aksiāli. Plastiskās deformācijas rezultātā iekšējais spriegums vairs nepalielinās. Pēc atdzesēšanas līdz noteiktam laika periodam virsmas temperatūras samazināšanās pakāpeniski palēnināsies, un arī tās saraušanās pakāpeniski samazināsies. Šajā laikā serde joprojām sarūk, tāpēc stiepes spriegums uz virsmas un spiedes spriegums uz serdes pakāpeniski samazināsies, līdz tie izzudīs. Tomēr, atdziestot, virsmas mitrums samazinās un samazinās, un saraušanās apjoms samazinās vai pat apstājas. Tā kā temperatūra serdē joprojām ir augsta, tā turpinās sarukt, un visbeidzot sagataves virsmā veidosies spiedes spriegums, savukārt serdē būs stiepes spriegums. Tomēr, tā kā temperatūra ir zema, plastiskā deformācija nerodas viegli, tāpēc šis spriegums palielināsies, atdziestot. Tas turpina pieaugt un visbeidzot paliek sagataves iekšpusē kā atlikušais spriegums.
Var redzēt, ka termiskais spriegums dzesēšanas procesā sākotnēji izraisa virsmas slāņa stiepšanu un kodola saspiešanu, un atlikušais atlikušais spriegums ir virsmas slāņa saspiešana un kodola stiepšana.
Rezumējot, rūdīšanas dzesēšanas laikā radītais termiskais spriegums rodas šķērsgriezuma temperatūras starpības dēļ dzesēšanas procesā. Jo lielāks ir dzesēšanas ātrums un jo lielāka ir šķērsgriezuma temperatūras starpība, jo lielāks rodas termiskais spriegums. Pie vienādiem dzesēšanas vides apstākļiem, jo augstāka ir sagataves sildīšanas temperatūra, jo lielāks ir tās izmērs, jo mazāka ir tērauda siltumvadītspēja, jo lielāka ir temperatūras starpība sagatavē un jo lielāks ir termiskais spriegums. Ja sagatave augstā temperatūrā tiek atdzesēta nevienmērīgi, tā deformēsies. Ja sagataves dzesēšanas procesā radītais momentānais stiepes spriegums ir lielāks par materiāla stiepes izturību, radīsies rūdīšanas plaisas.
Fāzes transformācijas spriegums attiecas uz spriegumu, ko rada atšķirīgs fāzes transformācijas laiks dažādās sagataves daļās termiskās apstrādes procesa laikā, ko sauc arī par audu spriegumu.
Rūdot un strauji atdzesējot, kad virsmas slānis tiek atdzesēts līdz Ms punktam, notiek martensītiska transformācija, kas izraisa tilpuma palielināšanos. Tomēr, tā kā serde, kas vēl nav piedzīvojusi transformāciju, ir bloķēta, virsmas slānis rada spiedes spriegumu, savukārt serdei ir stiepes spriegums. Kad spriegums ir pietiekami liels, tas izraisa deformāciju. Kad serde tiek atdzesēta līdz Ms punktam, tā arī piedzīvo martensītisku transformāciju un tilpuma palielināšanos. Tomēr pārveidotā virsmas slāņa ierobežojumu dēļ ar zemu plastiskumu un augstu izturību tā galīgais atlikušais spriegums būs virsmas spraiguma veidā, un serde zem spiediena. Var redzēt, ka fāzes transformācijas sprieguma izmaiņas un galīgais stāvoklis ir tieši pretēji termiskajam spriegumam. Turklāt, tā kā fāzes maiņas spriegums rodas zemā temperatūrā ar zemu plastiskumu, deformācija šajā laikā ir sarežģīta, tāpēc fāzes maiņas spriegums, visticamāk, izraisīs sagataves plaisāšanu.
Fāzes transformācijas sprieguma lielumu ietekmē daudzi faktori. Jo ātrāks ir tērauda dzesēšanas ātrums martensīta transformācijas temperatūras diapazonā, jo lielāks ir tērauda detaļas izmērs, jo sliktāka ir tērauda siltumvadītspēja, jo lielāks ir martensīta īpatnējais tilpums, jo lielāks ir fāzes transformācijas spriegums. Jo lielāks tas kļūst. Turklāt fāzes transformācijas spriegums ir saistīts arī ar tērauda sastāvu un tērauda sacietējamību. Piemēram, augsta oglekļa satura augsta leģētā tērauda martensīta īpatnējais tilpums palielinās tā augstā oglekļa satura dēļ, kam vajadzētu palielināt tērauda fāzes transformācijas spriegumu. Tomēr, palielinoties oglekļa saturam, Ms punkts samazinās, un pēc rūdīšanas ir liels daudzums saglabātā austenīta. Tā tilpuma izplešanās samazinās, un atlikušais spriegums ir zems.
(2) Sagataves deformācija rūdīšanas laikā
Rūdot sagatavi, pastāv divi galvenie deformācijas veidi: viena ir sagataves ģeometriskās formas maiņa, kas izpaužas kā izmēra un formas izmaiņas, ko bieži sauc par deformācijas deformāciju un ko izraisa rūdīšanas spriegums; otra ir tilpuma deformācija, kas izpaužas kā sagataves tilpuma proporcionāla izplešanās vai saraušanās, ko izraisa īpatnējā tilpuma izmaiņas fāzes maiņas laikā.
Deformācijas deformācija ietver arī formas deformāciju un vērpes deformāciju. Vērpšanas deformāciju galvenokārt izraisa nepareiza sagataves novietošana krāsnī karsēšanas laikā vai formēšanas apstrādes trūkums pēc deformācijas korekcijas pirms rūdīšanas, vai dažādu sagataves daļu nevienmērīga atdzišana, kad sagatave tiek atdzesēta. Šo deformāciju var analizēt un risināt konkrētās situācijās. Turpmāk galvenokārt tiek aplūkota tilpuma deformācija un formas deformācija.
1) Deformācijas dzēšanas cēloņi un tās mainīgie noteikumi
Tilpuma deformācija strukturālo pārmaiņu rezultātā. Sagataves strukturālais stāvoklis pirms rūdīšanas parasti ir perlīts, t. i., jaukta ferīta un cementīta struktūra, un pēc rūdīšanas tā ir martensītiska struktūra. Šo audu atšķirīgie īpatnējie tilpumi izraisa tilpuma izmaiņas pirms un pēc rūdīšanas, kā rezultātā rodas deformācija. Tomēr šī deformācija izraisa tikai sagataves proporcionālu izplešanos un saraušanos, tāpēc tā nemaina sagataves formu.
Turklāt, jo vairāk martensīta ir struktūrā pēc termiskās apstrādes vai jo lielāks ir martensīta oglekļa saturs, jo lielāka ir tā tilpuma izplešanās, un jo lielāks ir saglabātā austenīta daudzums, jo mazāka ir tilpuma izplešanās. Tādēļ tilpuma izmaiņas var kontrolēt, kontrolējot martensīta un atlikušā martensīta relatīvo saturu termiskās apstrādes laikā. Pareizi kontrolējot, tilpums ne izpletīsies, ne saruks.
Formas deformācija termiskā sprieguma dēļ Termiskā sprieguma izraisīta deformācija rodas augstas temperatūras apgabalos, kur tērauda detaļu tecēšanas robeža ir zema, plastiskums ir augsts, virsma ātri atdziest un temperatūras starpība starp sagataves iekšpusi un ārpusi ir vislielākā. Šajā laikā momentānais termiskais spriegums ir virsmas stiepes spriegums un serdes spiedes spriegums. Tā kā serdes temperatūra šajā laikā ir augsta, tecēšanas robeža ir daudz zemāka nekā virsma, tāpēc tā izpaužas kā deformācija daudzvirzienu spiedes sprieguma ietekmē, tas ir, kubs ir sfērisks virzienā. Dažādība. Rezultātā lielākais sarūk, bet mazākais izplešas. Piemēram, garš cilindrs saīsinās garuma virzienā un izplešas diametra virzienā.
Audu sprieguma izraisīta formas deformācija Audu sprieguma izraisīta deformācija notiek arī agrīnā brīdī, kad audu spriegums ir maksimāls. Šajā laikā šķērsgriezuma temperatūras starpība ir liela, serdes temperatūra ir augstāka, tā joprojām ir austenīta stāvoklī, plastiskums ir labs un tecēšanas robeža ir zema. Momentānais audu spriegums ir virsmas spiedes spriegums un serdes stiepes spriegums. Tāpēc deformācija izpaužas kā serdes pagarināšanās daudzvirzienu stiepes sprieguma ietekmē. Rezultātā audu sprieguma ietekmē sagataves lielākā puse pagarinās, bet mazākā puse saīsinās. Piemēram, garā cilindrā audu sprieguma izraisīta deformācija ir garuma pagarināšanās un diametra samazināšanās.
5.3. tabulā parādīti dažādu tipisku tērauda detaļu rūdīšanas deformācijas noteikumi.
2) Faktori, kas ietekmē dzēšanas deformāciju
Rūdīšanas deformāciju ietekmējošie faktori galvenokārt ir tērauda ķīmiskais sastāvs, sākotnējā struktūra, detaļu ģeometrija un termiskās apstrādes process.
3) Plaisu dzēšana
Plaisas detaļās galvenokārt rodas vēlīnā rūdīšanas un atdzesēšanas stadijā, tas ir, pēc tam, kad martensītiskā transformācija ir praktiski pabeigta vai pēc pilnīgas atdzesēšanas, rodas trausls bojājums, jo stiepes spriegums detaļās pārsniedz tērauda lūzuma izturību. Plaisas parasti ir perpendikulāras maksimālās stiepes deformācijas virzienam, tāpēc dažādas plaisu formas detaļās galvenokārt ir atkarīgas no sprieguma sadalījuma stāvokļa.
Biežākie rūdīšanas plaisu veidi: Gareniskās (aksiālās) plaisas galvenokārt rodas, ja tangenciālais stiepes spriegums pārsniedz materiāla pārraušanas izturību; šķērsvirziena plaisas veidojas, ja detaļas iekšējā virsmā izveidojies lielais aksiālais stiepes spriegums pārsniedz materiāla pārraušanas izturību. Plaisas; tīklveida plaisas veidojas divdimensiju stiepes sprieguma iedarbībā uz virsmu; lobīšanās plaisas rodas ļoti plānā sacietējušā slānī, kas var rasties, ja spriegums strauji mainās un radiālā virzienā iedarbojas pārmērīgs stiepes spriegums. Plaisas veids.
Gareniskās plaisas sauc arī par aksiālām plaisām. Plaisas rodas pie maksimālā stiepes sprieguma detaļas virsmas tuvumā un tām ir noteikts dziļums centra virzienā. Plaisu virziens parasti ir paralēls asij, bet virziens var mainīties arī tad, ja detaļā ir sprieguma koncentrācija vai ja ir iekšēji konstrukcijas defekti.
Pēc sagataves pilnīgas rūdīšanas pastāv tendence rasties gareniskām plaisām. Tas ir saistīts ar lielo tangenciālo stiepes spriegumu uz rūdītās sagataves virsmas. Palielinoties tērauda oglekļa saturam, palielinās tendence veidoties gareniskām plaisām. Zema oglekļa satura tēraudam ir mazs īpatnējais martensīta tilpums un spēcīgs termiskais spriegums. Uz virsmas ir liels atlikušais spiedes spriegums, tāpēc to nav viegli rūdīt. Palielinoties oglekļa saturam, virsmas spiedes spriegums samazinās un strukturālais spriegums palielinās. Tajā pašā laikā maksimālais stiepes spriegums virzās uz virsmas slāni. Tāpēc augsta oglekļa satura tērauds pārkaršanas gadījumā ir pakļauts gareniskām rūdīšanas plaisām.
Detaļu izmērs tieši ietekmē atlikušā sprieguma lielumu un sadalījumu, un arī to rūdīšanas plaisu tendence ir atšķirīga. Gareniskās plaisas viegli veidojas, rūdot bīstamā šķērsgriezuma izmēru diapazonā. Turklāt tērauda izejvielu aizsprostojums bieži izraisa gareniskās plaisas. Tā kā lielākā daļa tērauda detaļu tiek izgatavotas ar velmēšanu, tēraudā esošie nezelta ieslēgumi, karbīdi utt. ir sadalīti deformācijas virzienā, izraisot tērauda anizotropismu. Piemēram, ja instrumentu tēraudam ir lentveida struktūra, tā šķērsvirziena lūzuma izturība pēc rūdīšanas ir par 30% līdz 50% mazāka nekā gareniskā lūzuma izturība. Ja tēraudā ir tādi faktori kā nezelta ieslēgumi, kas izraisa sprieguma koncentrāciju, pat ja tangenciālais spriegums ir lielāks par aksiālo spriegumu, gareniskās plaisas viegli veidojas zema sprieguma apstākļos. Šī iemesla dēļ stingra nemetālisko ieslēgumu un cukura līmeņa kontrole tēraudā ir svarīgs faktors rūdīšanas plaisu novēršanā.
Šķērsvirziena plaisu un loka plaisu iekšējā sprieguma sadalījuma raksturlielumi ir šādi: virsma ir pakļauta spiedes spriegumam. Pēc noteikta attāluma, kad virsma atstāj virsmu, spiedes spriegums mainās uz lielu stiepes spriegumu. Plaisa rodas stiepes sprieguma zonā, un tad, kad iekšējais spriegums izplatās uz detaļas virsmu, tas izplatās tikai tad, ja tas tiek pārdalīts vai tērauda trauslums vēl vairāk palielinās.
Šķērsvirziena plaisas bieži rodas lielās vārpstas daļās, piemēram, veltņos, turbīnu rotoros vai citās vārpstas daļās. Plaisu raksturīgās iezīmes ir tās, ka tās ir perpendikulāras ass virzienam un lūzt no iekšpuses uz ārpusi. Tās bieži veidojas pirms sacietēšanas un rodas termiskās spriedzes rezultātā. Lieliem kalumiem bieži ir metalurģiski defekti, piemēram, poras, ieslēgumi, kalšanas plaisas un balti plankumi. Šie defekti kalpo kā lūzuma sākumpunkts un lūzt aksiālā stiepes sprieguma ietekmē. Loka plaisas rodas termiskās spriedzes rezultātā un parasti ir izkliedētas loka formā daļās, kur mainās detaļas forma. Tās galvenokārt rodas sagataves iekšpusē vai aso malu, rievu un caurumu tuvumā, un ir izkliedētas loka formā. Ja augsta oglekļa satura tērauda detaļas ar diametru vai biezumu no 80 līdz 100 mm vai vairāk netiek rūdītas, virsmā rodas spiedes spriegums, bet centrā - stiepes spriegums. Spriegums, maksimālais stiepes spriegums rodas pārejas zonā no sacietētā slāņa uz nesacietējušo slāni, un šajās vietās rodas loka plaisas. Turklāt asās malās un stūros atdzišanas ātrums ir liels, un viss tiek rūdīts. Pārejot uz maigām detaļām, tas ir, uz nesacietināto zonu, šeit parādās maksimālās stiepes sprieguma zona, tāpēc ir tendence rasties loka plaisām. Dzesēšanas ātrums sagataves tapas cauruma, rievas vai centra cauruma tuvumā ir lēns, atbilstošais sacietējušais slānis ir plāns, un stiepes spriegums sacietējušās pārejas zonas tuvumā var viegli izraisīt loka plaisas.
Tīklveida plaisas, kas pazīstamas arī kā virsmas plaisas, ir virsmas plaisas. Plaisas dziļums ir neliels, parasti aptuveni 0,01–1,5 mm. Šāda veida plaisas galvenā īpašība ir tā, ka plaisas patvaļīgajam virzienam nav nekāda sakara ar detaļas formu. Daudzas plaisas ir savienotas viena ar otru, veidojot tīklu, un ir plaši izkliedētas. Ja plaisas dziļums ir lielāks, piemēram, vairāk nekā 1 mm, tīkla īpašības izzūd un kļūst par nejauši orientētām vai gareniski izkliedētām plaisām. Tīkla plaisas ir saistītas ar divdimensiju stiepes sprieguma stāvokli uz virsmas.
Augsta oglekļa satura vai karburizēta tērauda detaļām ar dekarburizētu slāni uz virsmas rūdīšanas laikā ir tendence veidot tīklveida plaisas. Tas ir tāpēc, ka virsmas slānim ir zemāks oglekļa saturs un mazāks īpatnējais tilpums nekā martensīta iekšējam slānim. Rūdīšanas laikā karbīda virsmas slānis tiek pakļauts stiepes spriegumam. Detaļām, kuru defosforizācijas slānis mehāniskās apstrādes laikā nav pilnībā noņemts, augstfrekvences vai liesmas virsmas rūdīšanas laikā veidosies arī tīklveida plaisas. Lai izvairītos no šādām plaisām, stingri jākontrolē detaļu virsmas kvalitāte un termiskās apstrādes laikā jānovērš oksidēšanās metināšana. Turklāt pēc noteikta laika kalšanas veidnes lietošanas dobumā parādās termiskās noguruma plaisas sloksnēs vai tīklos, kā arī plaisas rūdīto detaļu slīpēšanas procesā. Šīs formas pārstāv arī termiskās noguruma plaisas sloksnēs vai tīklos.
Lobīšanās plaisas rodas ļoti šaurā virsmas slāņa zonā. Spiedes spriegums darbojas aksiālā un tangenciālā virzienā, bet stiepes spriegums rodas radiālā virzienā. Plaisas ir paralēlas detaļas virsmai. Pie šādām plaisām pieder sacietējušā slāņa lobīšanās pēc virsmas rūdīšanas un detaļu atdzesēšanas ar cementēšanu. To rašanās ir saistīta ar nevienmērīgu struktūru sacietējušajā slānī. Piemēram, pēc leģētā cementētā tērauda atdzesēšanas ar noteiktu ātrumu, cementētā slāņa struktūra ir šāda: ārējais slānis ir no ārkārtīgi smalka perlīta + karbīda, bet apakšslānis ir no martensīta + atlikušā austenīta, iekšējais slānis ir no smalka perlīta vai ārkārtīgi smalka perlīta struktūras. Tā kā apakšslāņa martensīta veidojuma īpatnējais tilpums ir vislielākais, tilpuma izplešanās rezultātā spiedes spriegums iedarbojas uz virsmas slāni aksiālā un tangenciālā virzienā, bet stiepes spriegums rodas radiālā virzienā, un sprieguma mutācija notiek uz iekšpusi, pārejot uz spiedes sprieguma stāvokli, un lobīšanās plaisas rodas ļoti plānās vietās, kur spriegums strauji mainās. Parasti plaisas atrodas iekšpusē paralēli virsmai, un smagos gadījumos tās var izraisīt virsmas lobīšanos. Ja carburizēto detaļu dzesēšanas ātrums tiek paātrināts vai samazināts, carburizētajā slānī var iegūt vienmērīgu martensīta struktūru vai īpaši smalku perlīta struktūru, kas var novērst šādu plaisu rašanos. Turklāt augstfrekvences vai liesmas virsmas dzēšanas laikā virsma bieži tiek pārkarsta, un strukturālā neviendabība gar sacietējušo slāni var viegli veidot šādas virsmas plaisas.
Mikroplaisas atšķiras no iepriekšminētajām četrām plaisām ar to, ka tās rodas mikrosprieguma dēļ. Starpkristālu plaisas, kas rodas pēc augsta oglekļa satura instrumentu tērauda vai cementētu sagatavju rūdīšanas, pārkaršanas un slīpēšanas, kā arī plaisas, kas rodas rūdītu detaļu savlaicīgas atlaidināšanas dēļ, ir saistītas ar mikroplaisu esamību un sekojošu paplašināšanos tēraudā.
Mikroplaisas jāpārbauda mikroskopā. Tās parasti rodas pie sākotnējām austenīta graudu robežām vai martensīta lokšņu savienojuma vietās. Dažas plaisas iekļūst martensīta loksnēs. Pētījumi liecina, ka mikroplaisas biežāk rodas pārslainā dvīņotā martensītā. Iemesls ir tāds, ka pārslainais martensīts, augot lielā ātrumā, saduras viens ar otru un rada lielu spriegumu. Tomēr pats dvīņotais martensīts ir trausls un nevar radīt plastisko deformāciju, kas mazina spriegumu, tādējādi viegli izraisot mikroplaisas. Austenīta graudi ir rupji, un palielinās jutība pret mikroplaisām. Mikroplaisu klātbūtne tēraudā ievērojami samazina rūdīto detaļu izturību un plastiskumu, izraisot detaļu priekšlaicīgus bojājumus (lūzumus).
Lai izvairītos no mikroplaisām augsta oglekļa satura tērauda detaļās, var veikt tādus pasākumus kā zemāka rūdīšanas sildīšanas temperatūra, smalkas martensīta struktūras iegūšana un oglekļa satura samazināšana martensītā. Turklāt savlaicīga atlaidīšana pēc rūdīšanas ir efektīva metode iekšējā sprieguma samazināšanai. Testi ir pierādījuši, ka pēc pietiekamas atlaidināšanas virs 200°C plaisās izgulsnējušie karbīdi "sametina" plaisas, kas var ievērojami samazināt mikroplaisu risku.
Iepriekš minētais ir diskusija par plaisu cēloņiem un novēršanas metodēm, pamatojoties uz plaisu izplatības modeli. Faktiskajā ražošanā plaisu izplatība mainās tādu faktoru dēļ kā tērauda kvalitāte, detaļas forma un karstās un aukstās apstrādes tehnoloģija. Dažreiz plaisas jau pastāv pirms termiskās apstrādes un rūdīšanas procesā tās vēl vairāk izplešas; dažreiz vienā un tajā pašā detaļā vienlaikus var parādīties vairākas plaisu formas. Šajā gadījumā, pamatojoties uz plaisas morfoloģiskajām īpašībām, jāizmanto lūzuma virsmas makroskopiskā analīze, metalogrāfiskā pārbaude un, ja nepieciešams, ķīmiskā analīze un citas metodes, lai veiktu visaptverošu analīzi, sākot no materiāla kvalitātes, organizatoriskās struktūras līdz termiskās apstrādes sprieguma cēloņiem, lai atrastu plaisas galvenos cēloņus un pēc tam noteiktu efektīvus preventīvos pasākumus.
Plaisu lūzumu analīze ir svarīga metode plaisu cēloņu analīzei. Jebkuram lūzumam ir plaisu sākuma punkts. Plaisu dzēšanas gadījumā tās parasti sākas no radiālo plaisu konverģences punkta.
Ja plaisas avots atrodas detaļas virsmā, tas nozīmē, ka plaisu rada pārmērīgs stiepes spriegums uz virsmas. Ja virsmā nav strukturālu defektu, piemēram, ieslēgumu, bet ir sprieguma koncentrācijas faktori, piemēram, izteiktas naža pēdas, oksīda plēvīte, asi tērauda detaļu stūri vai strukturālas mutācijas detaļas, var rasties plaisas.
Ja plaisas izcelsme ir detaļas iekšpusē, tā ir saistīta ar materiāla defektiem vai pārmērīgu iekšējo atlikušo stiepes spriegumu. Parastās rūdīšanas lūzuma virsma ir pelēka un smalka porcelāna. Ja lūzuma virsma ir tumši pelēka un raupja, to izraisa pārkaršana vai sākotnējie audi ir biezi.
Vispārīgi runājot, rūdīšanas plaisas stikla daļā nedrīkst būt oksidācijas krāsas, un ap plaisu nedrīkst būt dekarburizācijas. Ja ap plaisu ir dekarburizācija vai plaisas daļā ir oksidēšanās krāsa, tas norāda, ka detaļai jau pirms rūdīšanas bija plaisas, un sākotnējās plaisas termiskās apstrādes sprieguma ietekmē paplašināsies. Ja detaļas plaisu tuvumā ir redzami atdalīti karbīdi un ieslēgumi, tas nozīmē, ka plaisas ir saistītas ar spēcīgu karbīdu segregāciju izejvielā vai ieslēgumu klātbūtni. Ja plaisas parādās tikai asos stūros vai detaļas formas mutācijas daļās bez iepriekš minētās parādības, tas nozīmē, ka plaisu ir izraisījusi nepamatota detaļas konstrukcijas konstrukcija vai nepareizi pasākumi plaisu novēršanai, vai pārmērīgs termiskās apstrādes spriegums.
Turklāt plaisas ķīmiskās termiskās apstrādes un virsmas rūdīšanas detaļās galvenokārt parādās sacietējušā slāņa tuvumā. Sacietējušā slāņa struktūras uzlabošana un termiskās apstrādes sprieguma samazināšana ir svarīgi veidi, kā izvairīties no virsmas plaisām.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. maijs