Pęknięcia po obróbce cieplnej
Charakterystyka:
Morfologia: pęknięcia obróbki cieplnej często powstają w strefie przemiany martenzytycznej, więc ich pęknięcia mogą pękać wzdłuż kryształu lub pękać przez kryształ. Pęknięcia mogą być promieniowe, liniowe lub siatkowe.
Lokalizacja: Pęknięcia zwykle tworzą się na ostrych narożnikach przedmiotu obrabianego, przy nagłych zmianach przekroju poprzecznego.
Przekrój: Przekrój pęknięcia hartowniczego zazwyczaj nie jest utleniony i może być biały, matowobiały lub jasnoczerwony (rdza wodna spowodowana hartowaniem).
Powoduje:
Pęknięcia powstają wówczas, gdy duże naprężenia powstające podczas hartowania są większe od wytrzymałości samego materiału i przekraczają granicę odkształcenia plastycznego.
Może to być związane z takimi czynnikami, jak zbyt wysoka temperatura hartowania i zbyt szybkie chłodzenie.
Przyczyny pęknięć podczas obróbki cieplnej
a. Jakość metalurgiczna materiału:
Problemy metalurgiczne, takie jak skurcz i poważne wady walcowania, mogą powodować niejednorodności materiału, co zwiększa ryzyko pęknięć hartowniczych.
Wady metalurgiczne, takie jak segregacja makroskopowa, segregacja roztworu stałego, wodór w roztworze stałym, wady kucia i walcowania, uwięzienie żużla, organizacja pasm ferrytyczno-perlitycznych i organizacja pasm węglików, mogą działać samodzielnie lub w połączeniu z makroskopowymi lub mikroskopowymi naprężeniami wewnętrznymi, powodując pęknięcia hartownicze.
b. Zawartość węgla w materiale i pierwiastki stopowe:
Wzrost zawartości węgla powoduje zmniejszenie wytrzymałości martenzytu na pękanie, zwiększając tym samym tendencję do powstawania pęknięć hartowniczych.
Składniki stopowe takie jak Mn, Cr, V, Mo itp. również zwiększają tendencję do pękania hartowniczego w miarę zwiększania ich zawartości.
Jednakże pierwiastek B może skutecznie poprawić hartowność, podczas gdy odpowiednia ilość pierwiastków ziem rzadkich może zmniejszyć tarcie niezbędne do przemieszczania się dyslokacji, redukując tendencję do kruchego pękania.
c. Warunki procesu hartowania:
Niewłaściwa kontrola metody i szybkości nagrzewania podczas hartowania, nierównomierne nagrzewanie i zbyt wysoka temperatura hartowania mogą prowadzić do pęknięć podczas hartowania.
Częstą przyczyną jest niewłaściwa metoda chłodzenia przez hartowanie, zbyt szybkie tempo chłodzenia, nierównomierne chłodzenie oraz niewłaściwy dobór medium chłodzącego.
Hartowanie przed przygotowaniem przedmiotu obrabianego do obróbki cieplnej lub niewłaściwa obróbka, jak również odpuszczanie nie wykonane w odpowiednim czasie mogą również prowadzić do pęknięć hartowniczych.
d. Rozmiar i kształt przedmiotu obrabianego:
Ostre narożniki obrabianego przedmiotu oraz zmiany przekroju poprzecznego są podatne na powstawanie pęknięć hartowniczych, gdyż miejsca te są podatne na koncentrację naprężeń.
Duże części wału są podatne na pęknięcia wywołane naprężeniami cieplnymi, jeżeli nie zostaną odpowiednio zahartowane podczas hartowania.
e. Wady wewnętrzne:
Wady występujące w materiale, takie jak pęcherzyki pary, wtrącenia, mikropęknięcia, białe plamy itp. mogą stać się przyczyną pęknięć pod wpływem naprężeń związanych z obróbką cieplną i stopniowo się rozszerzać.
f. Kruchość wewnętrzna martenzytu:
Wrodzona kruchość martenzytu jest wewnętrzną przyczyną pęknięć hartowniczych, a jego struktura krystaliczna, skład chemiczny, wady metalurgiczne itp. mają na nią wpływ.
Pęknięcia hartownicze powstają na skutek kombinacji czynników i należy je brać pod uwagę oraz optymalizować pod wieloma względami, takimi jak dobór materiału, kontrola procesu, konstrukcja przedmiotu obrabianego itp., aby zredukować ryzyko wystąpienia pęknięć hartowniczych.
Charakterystyka:
Morfologia: pęknięcia kuźnicze powstają w wysokich temperaturach, pęknięcia są stosunkowo grube i na ogół występują w formie wielu pasków, bez cienkiego czubka, bez cienkiego kierunku. Czasami wokół pęknięcia nie jest całkowicie odwęglone, ale częściowo odwęglone.
Pozycja: często wytwarzana w organizacji grubej, koncentracji naprężeń lub pierwiastkach stopowych przy segregacji.
Przekrój: pęknięcie może mieć ciemnobrązowy kolor lub nawet przypominać skórę tlenową. Dzieje się tak, ponieważ pęknięcie w odkuwce odkształca się, rozszerzając się i stykając z powietrzem.
Powoduje:
Wady surowców:
Skurcz resztkowy: Niedokładnie zamknięte pory lub otwory w surowcu mogą prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości materiału w procesie kucia, co ułatwia powstawanie pęknięć.
Wtrącenia w stali:
wtrącenia niemetaliczne, segregacja węglików, niejednorodne wtrącenia metaliczne w surowcu mogą osłabiać ciągłość materiału i sprzyjać tworzeniu się pęknięć.
Nieprawidłowy proces kucia:
niewłaściwe ogrzewanie:
temperatura nagrzewania jest zbyt wysoka lub zbyt niska, co może prowadzić do nierównomiernego rozłożenia naprężeń w materiale, co z kolei powoduje pęknięcia podczas kucia.
niewłaściwa deformacja:
szybkość odkształcenia jest zbyt duża, plastyczność stali nie jest wystarczająca, aby wytrzymać kształt ciśnienia, łatwo spowodować pęknięcie. Pęknięcie to często występuje na początku etapu kucia i szybkiego rozszerzania.
niewłaściwe chłodzenie po kuciu:
zbyt szybkie lub zbyt wolne tempo chłodzenia może prowadzić do koncentracji naprężeń wewnętrznych w materiale, wywołując pęknięcia.
nieterminowa obróbka cieplna:
Jeśli po kuciu nie zostanie przeprowadzona odpowiednia obróbka cieplna, może to doprowadzić do tego, że naprężenia wewnętrzne materiału nie zostaną skutecznie uwolnione, co zwiększa ryzyko pęknięć.
g. niewłaściwa kontrola temperatury:
W procesie nagrzewania i chłodzenia, jeśli temperatura nie jest odpowiednio kontrolowana, może to prowadzić do nadmiernych naprężeń wewnętrznych w materiale, co powoduje pękanie. Na przykład w procesie hartowania, jeśli chłodzenie jest zbyt szybkie, mogą wystąpić pęknięcia hartownicze.
h. Koncentracja naprężeń w materiale:
Jeżeli w odkuwce występują obszary koncentracji naprężeń w postaci ostrych narożników i zmian przekroju poprzecznego, to gdy naprężenia przekroczą wytrzymałość materiału, może to doprowadzić do pęknięć.
