Karastamise määratlus ja eesmärk
Terast kuumutatakse kriitilisest punktist Ac3 (hüpoeutektoidteras) või Ac1 (hüpereutektoidteras) kõrgema temperatuurini, hoitakse seda teatud aja jooksul, et see täielikult või osaliselt austenitseeruks, ja seejärel jahutatakse kiirusel, mis on suurem kui kriitiline karastuskiirus. Kuumtöötlemisprotsessi, mis muudab ülejahutatud austeniidi martensiidiks või madalama bainiidiks, nimetatakse karastamiseks.
Karastamise eesmärk on muuta jahutatud austeniit martensiidiks või bainiidiks, et saada martensiit- või madalama bainiidisisaldusega struktuur, mida seejärel kombineeritakse erinevatel temperatuuridel karastamisega, et oluliselt parandada terase tugevust, kõvadust ja vastupidavust. Kulumiskindlus, väsimustugevus ja sitkus jne, et rahuldada erinevate mehaaniliste osade ja tööriistade erinevaid kasutusnõudeid. Karastamist saab kasutada ka teatud eriteraste eriliste füüsikaliste ja keemiliste omaduste, näiteks ferromagnetilisuse ja korrosioonikindluse, rahuldamiseks.
Kui terasdetaile jahutatakse karastuskeskkonnas, mille füüsikaline olek muutub, jaguneb jahutusprotsess üldiselt kolmeks etapiks: aurufilmi etapp, keemisetapp ja konvektsioonietapp.
Terase karastatavus
Karastuvus ja karastatavus on kaks toimivusnäitajat, mis iseloomustavad terase karastamisvõimet. Need on ka oluline alus materjali valikul ja kasutamisel.
1. Karastutavuse ja karastatavuse mõisted
Karastusvõime on terase võime saavutada ideaalsetes tingimustes karastatult ja kõvenenud kõrgeim kõvadus. Peamine tegur, mis määrab terase karastatavuse, on terase süsinikusisaldus. Täpsemalt öeldes on see austeniidis karastamise ja kuumutamise ajal lahustunud süsiniku sisaldus. Mida suurem on süsinikusisaldus, seda suurem on terase karastatavus. Terase legeerelementidel on karastatavusele vähe mõju, kuid neil on terase karastatavusele oluline mõju.
Karastuvus viitab omadustele, mis määravad terase karastamissügavuse ja kõvaduse jaotuse kindlaksmääratud tingimustes. See tähendab võimet saavutada karastatud kihi sügavus terase karastamise ajal. See on terase loomupärane omadus. Karastuvus peegeldab tegelikult seda, kui kergesti austeniit terase karastamise ajal martensiidiks muutub. See on peamiselt seotud terase ülejahutatud austeniidi stabiilsusega või terase kriitilise karastusjahtumiskiirusega.
Samuti tuleb märkida, et terase karastatavust tuleb eristada terasdetailide efektiivsest karastussügavusest teatud karastustingimustes. Terase karastatavus on terase enda omadus. See sõltub ainult selle sisemistest teguritest ja sellel pole mingit pistmist väliste teguritega. Terase efektiivne karastatavussügavus ei sõltu ainult terase karastatavusest, vaid ka kasutatud materjalist. See on seotud väliste teguritega, nagu jahutuskeskkond ja tooriku suurus. Näiteks samades austeniseerimistingimustes on sama terase karastatavus sama, kuid veekarastuse efektiivne karastussügavus on suurem kui õlikarastuse oma ja väikeste osade puhul on see väiksem kui õlikarastuse puhul. Suurte osade efektiivne karastussügavus on suur. Seda ei saa öelda, et veekarastusel on suurem karastatavus kui õlikarastusel. Ei saa öelda, et väikestel osadel on suurem karastatavus kui suurtel osadel. On näha, et terase karastatavuse hindamiseks tuleb välistada väliste tegurite, nagu tooriku kuju, suurus, jahutuskeskkond jne, mõju.
Lisaks, kuna karastatavus ja karastatavus on kaks erinevat mõistet, ei ole pärast karastamist kõrge kõvadusega terasel tingimata kõrge karastatavus; ja madala kõvadusega terasel võib samuti olla kõrge karastatavus.
2. Karastuvust mõjutavad tegurid
Terase karastatavus sõltub austeniidi stabiilsusest. Iga tegur, mis võib parandada jahutatud austeniidi stabiilsust, nihutada C-kõverat paremale ja seeläbi vähendada kriitilist jahutuskiirust, võib parandada kõrge kontsentratsiooniga terase karastatavust. Austeniidi stabiilsus sõltub peamiselt selle keemilisest koostisest, terasuurusest ja koostise ühtlusest, mis on seotud terase keemilise koostise ja kuumutustingimustega.
3. Karastuvuse mõõtmise meetod
Terase karastatavuse mõõtmiseks on palju meetodeid, millest kõige sagedamini kasutatakse kriitilise läbimõõdu mõõtmise meetodit ja lõppkarastuvuse katsemeetodit.
(1) Kriitilise läbimõõdu mõõtmise meetod
Pärast terase karastamist teatud keskkonnas nimetatakse kriitiliseks läbimõõduks maksimaalset läbimõõtu, mille korral südamik omandab täielikult martensiitstruktuuri või 50% martensiitstruktuuri, ja seda tähistatakse kui Dc. Kriitilise läbimõõdu mõõtmise meetod on valmistada rida erineva läbimõõduga ümmargusi vardaid ja pärast karastamist mõõta iga proovilõigu kõvaduse U-kõverat, mis on jaotatud piki läbimõõtu, ning leida varras, mille keskel on poolmartensiitstruktuur. Ümmarguse varda läbimõõt on kriitiline läbimõõt. Mida suurem on kriitiline läbimõõt, seda suurem on terase karastatavus.
(2) Lõppsummutuse katsemeetod
Lõppkarastuskatse meetodis kasutatakse standardsuuruses lõppkarastatud proovi (Ф25mm × 100mm). Pärast austenitiseerimist pihustatakse proovi ühele otsale spetsiaalse seadme abil jahutamiseks vett. Pärast jahutamist mõõdetakse kõvadust telje suunas – veega jahutatud otsast alates. Kaugussuhete kõvera katsemeetod. Lõppkarastuskatse meetod on üks terase karastatavuse määramise meetoditest. Selle eelised on lihtne käsitsemine ja lai rakendusala.
4.Pinge, deformatsiooni ja pragunemise summutamine
(1) Tooriku sisemine pinge karastamise ajal
Kui toorikut jahutatakse jahutuskeskkonnas kiiresti, tekib jahutamise ajal tooriku siseosas teatud temperatuurigradient, kuna toorikul on teatud suurus ja soojusjuhtivuskoefitsient. Pinna temperatuur on madal, südamiku temperatuur on kõrge ning pinna ja südamiku temperatuur on kõrge. Temperatuuride erinevus tekib. Tooriku jahutamise ajal toimub ka kaks füüsikalist nähtust: üks on soojuspaisumine, kus temperatuuri langedes tooriku joone pikkus kahaneb; teine on austeniidi muutumine martensiidiks, kui temperatuur langeb martensiidi muundumispunktini, mis suurendab erimahtu. Jahutamise ajal tekkiva temperatuurierinevuse tõttu on soojuspaisumise hulk tooriku ristlõike eri osades erinev ja tooriku erinevates osades tekib sisemine pinge. Tooriku sisemiste temperatuurierinevuste tõttu võib esineda ka osi, kus temperatuur langeb kiiremini kui martensiidi tekkimise punkt. Ümberkujunemise käigus ruumala suureneb ja kõrge temperatuuriga osad on endiselt punktist kõrgemal ning austeniitses olekus. Need erinevad osad tekitavad ka sisepingeid spetsiifilise mahu muutuse erinevuste tõttu. Seetõttu võib karastamis- ja jahutamisprotsessi käigus tekkida kahte tüüpi sisepingeid: üks on termiline pinge ja teine on koepinge.
Sisemise pinge olemasolu ajalise iseloomu järgi saab seda jagada ka hetkeliseks pingeks ja jääkpingeks. Jahumisprotsessi ajal teatud hetkel töödeldava detaili tekitatud sisemist pinget nimetatakse hetkeliseks pingeks; pärast töödeldava detaili jahutamist nimetatakse töödeldava detaili sisse jäävat pinget jääkpingeks.
Termiline pinge viitab pingele, mis tekib tooriku eri osade temperatuurierinevuste tõttu kuumutamisel (või jahutamisel) ebaühtlase soojuspaisumise (või külma kokkutõmbumise) tagajärjel.
Võtame nüüd näitena tahke silindri, et illustreerida sisepinge teket ja muutumisreegleid selle jahtumise ajal. Siin käsitletakse ainult aksiaalset pinget. Jahtumise alguses on pinna temperatuur madal ja see kahaneb palju, samal ajal kui südamik jahtub, on temperatuur kõrge ja kahanemine väike. Selle tulemusena on pind ja sisemus vastastikku kinni, mille tulemuseks on pinnale tõmbepinge, samal ajal kui südamik on surve all. Jahtumise edenedes suureneb sise- ja välistemperatuuri erinevus ning vastavalt suureneb ka sisemine pinge. Kui pinge suureneb üle voolavuspiiri sellel temperatuuril, toimub plastiline deformatsioon. Kuna südame paksus on suurem kui pinna paksus, tõmbub süda alati esimesena aksiaalselt kokku. Plastilise deformatsiooni tagajärjel sisemine pinge enam ei suurene. Pärast teatud aja möödumist jahtumist aeglustub pinnatemperatuuri langus järk-järgult ja ka selle kahanemine väheneb järk-järgult. Sel ajal südamik ikka veel kahaneb, seega pinna tõmbepinge ja südamiku survepinge vähenevad järk-järgult, kuni need kaovad. Jahtumise jätkudes aga pinna niiskustase langeb ja kahanemine väheneb või isegi lakkab. Kuna südamiku temperatuur on endiselt kõrge, jätkub kahanemine ja lõpuks tekib tooriku pinnale survepinge, samal ajal kui südamikus tekib tõmbepinge. Kuna temperatuur on madal, ei ole plastiline deformatsioon kergesti tekkiv ja see pinge jahtumise jätkudes suureneb. See suureneb jätkuvalt ja jääb lõpuks tooriku sisse jääkpingeks.
On näha, et jahutusprotsessi käigus tekkiv termiline pinge põhjustab esialgu pinnakihi venituse ja südamiku kokkusurumise ning ülejäänud jääkpinge on pinnakihi kokkusurumine ja südamiku venitamine.
Kokkuvõttes on karastusjahutuse ajal tekkiv termiline pinge põhjustatud jahutusprotsessi ajal tekkivast ristlõike temperatuuride erinevusest. Mida suurem on jahutuskiirus ja mida suurem on ristlõike temperatuuride erinevus, seda suurem on tekkiv termiline pinge. Samades jahutuskeskkonna tingimustes, mida kõrgem on tooriku kuumutustemperatuur, seda suurem on suurus, seda väiksem on terase soojusjuhtivus, seda suurem on tooriku temperatuuride erinevus ja seda suurem on termiline pinge. Kui toorikut jahutatakse kõrgel temperatuuril ebaühtlaselt, siis see moondub ja deformeerub. Kui tooriku jahutamisel tekkiv hetkeline tõmbepinge on suurem kui materjali tõmbetugevus, tekivad karastuspraod.
Faasimuundumise pinge viitab pingele, mis tekib tooriku erinevates osades kuumtöötlusprotsessi ajal toimuva faasimuundumise erineva ajastuse tõttu, mida nimetatakse ka koepingeks.
Karastamise ja kiire jahutamise ajal, kui pinnakiht jahutatakse Ms-punktini, toimub martensiitne transformatsioon, mis põhjustab mahu laienemist. Kuid südamiku takistuse tõttu, mis pole veel transformatsiooni läbinud, tekitab pinnakiht survepinget, samas kui südamikul on tõmbepinge. Kui pinge on piisavalt suur, põhjustab see deformatsiooni. Kui südamik jahutatakse Ms-punktini, läbib see samuti martensiitse transformatsiooni ja laieneb mahu poolest. Transformeerunud pinnakihi madala plastilisuse ja suure tugevusega piirangute tõttu on selle lõplik jääkpinge aga pindpinevuse kujul ja südamik surve all. On näha, et faasimuutuspinge muutus ja lõplik olek on täpselt vastupidised termilisele pingele. Lisaks, kuna faasimuutuspinge tekib madalatel temperatuuridel ja madala plastilisusega, on deformatsioon sel ajal keeruline, seega on faasimuutuspinge tõenäolisemalt tooriku pragunemise põhjustaja.
Faasimuundumispinge suurust mõjutavad paljud tegurid. Mida kiirem on terase jahtumiskiirus martensiidi muundumistemperatuuri vahemikus, mida suurem on terasetükk, seda halvem on terase soojusjuhtivus, mida suurem on martensiidi erimaht, seda suurem on faasimuundumispinge. Mida suuremaks see muutub. Lisaks on faasimuundumispinge seotud ka terase koostise ja karastatavusega. Näiteks kõrge süsinikusisaldusega legeerterase martensiidi erimaht suureneb selle kõrge süsinikusisalduse tõttu, mis peaks suurendama terase faasimuundumispinget. Süsinikusisalduse suurenedes aga Ms-punkt väheneb ja pärast karastamist jääb alles suur hulk austeniiti. Selle mahupaisumine väheneb ja jääkpinge on madal.
(2) Tooriku deformatsioon karastamise ajal
Karastamise ajal esineb toorikul kahte peamist deformatsioonitüüpi: üks on tooriku geomeetrilise kuju muutus, mis avaldub suuruse ja kuju muutustena, mida sageli nimetatakse moonutusdeformatsiooniks ja mis on põhjustatud karastuspingest; teine on mahudeformatsioon, mis avaldub tooriku mahu proportsionaalse paisumise või kokkutõmbumisena, mis on põhjustatud erimahu muutusest faasimuutuse ajal.
Väändeformatsioon hõlmab ka kujudeformatsiooni ja keerddeformatsiooni. Väänddeformatsiooni põhjustab peamiselt tooriku ebaõige paigutamine ahju kuumutamise ajal, vormimistöötluse puudumine pärast deformatsiooni korrigeerimist enne karastamist või tooriku erinevate osade ebaühtlane jahutamine jahutamisel. Seda deformatsiooni saab analüüsida ja lahendada konkreetsete olukordade jaoks. Järgnevalt käsitletakse peamiselt mahudeformatsiooni ja kujudeformatsiooni.
1) Kustutusdeformatsiooni põhjused ja selle muutumise reeglid
Struktuurimuutusest tingitud mahuline deformatsioon. Tooriku struktuuriline olek enne karastamist on üldiselt perliit, st ferriidi ja tsementiidi segustruktuur, ning pärast karastamist on see martensiitne struktuur. Nende kudede erinevad erimahud põhjustavad mahu muutusi enne ja pärast karastamist, mille tulemuseks on deformatsioon. See deformatsioon põhjustab aga ainult tooriku proportsionaalset laienemist ja kokkutõmbumist, seega ei muuda see tooriku kuju.
Lisaks, mida rohkem on struktuuris pärast kuumtöötlust martensiiti või mida suurem on martensiidi süsinikusisaldus, seda suurem on selle mahupaisumine ja mida suurem on allesjäänud austeniidi hulk, seda väiksem on mahupaisumine. Seega saab mahu muutust kontrollida martensiidi ja jääkmartensiidi suhtelise sisalduse reguleerimisega kuumtöötluse ajal. Õige kontrolli korral maht ei laiene ega kahane.
Termilise pinge põhjustatud kuju deformatsioon Termilise pinge põhjustatud deformatsioon tekib kõrge temperatuuriga piirkondades, kus terasdetailide voolavuspiir on madal, plastsus kõrge, pind jahtub kiiresti ja temperatuuride vahe tooriku sise- ja välispinna vahel on suurim. Sel ajal on hetkeline termiline pinge pinna tõmbepinge ja südamiku survepinge. Kuna südamiku temperatuur on sel ajal kõrge, on voolavuspiir palju madalam kui pinnal, seega avaldub see deformatsioonina mitmesuunalise survepinge mõjul, st kuup on sfäärilise suunaga. Mitmekesisus. Tulemuseks on see, et suurem kahaneb, samas kui väiksem paisub. Näiteks pikk silinder lüheneb pikkuse suunas ja paisub läbimõõdu suunas.
Kujudeformatsioon koepingetest Koepingetest tingitud deformatsioon tekib ka varajasel hetkel, kui koepinge on maksimaalne. Sel ajal on ristlõike temperatuuride vahe suur, südamiku temperatuur on kõrgem, see on endiselt austeniitses olekus, plastsus on hea ja voolavuspiir on madal. Hetkeline koepinge on pinna survepinge ja südamiku tõmbepinge. Seega avaldub deformatsioon südamiku pikenemisena mitmesuunalise tõmbepinge mõjul. Tulemuseks on, et koepinge mõjul tooriku suurem külg pikeneb ja väiksem külg lüheneb. Näiteks pika silindri koepingetest tingitud deformatsioon on pikkuse pikenemine ja läbimõõdu vähenemine.
Tabel 5.3 näitab erinevate tüüpiliste terasdetailide karastusdeformatsiooni reegleid.
2) Karastusdeformatsiooni mõjutavad tegurid
Karastusdeformatsiooni mõjutavad tegurid on peamiselt terase keemiline koostis, algne struktuur, osade geomeetria ja kuumtöötlusprotsess.
3) Pragude kustutamine
Praod detailides tekivad peamiselt karastamise ja jahutamise hilisemas staadiumis, st pärast martensiitse transformatsiooni põhilist lõppemist või täielikku jahutamist, tekib habras purunemine, kuna detailide tõmbepinge ületab terase purunemistugevuse. Praod on tavaliselt risti maksimaalse tõmbedeformatsiooni suunaga, seega sõltuvad detailide erinevad praod peamiselt pingejaotuse olekust.
Levinumad karastuspraod: pikisuunalised (aksiaalsed) praod tekivad peamiselt siis, kui tangentsiaalne tõmbepinge ületab materjali purunemistugevuse; põikpraod tekivad siis, kui detaili sisepinnale tekkinud suur aksiaalne tõmbepinge ületab materjali purunemistugevuse. Praod; võrkpraod tekivad pinnale mõjuva kahemõõtmelise tõmbepinge mõjul; koorumispraod tekivad väga õhukeses kõvastunud kihis, mis võib tekkida pinge järsu muutumise ja radiaalsuunas mõjuva liigse tõmbepinge korral. Prao liik.
Pikisuunalisi pragusid nimetatakse ka aksiaalseteks pragudeks. Praod tekivad detaili pinna lähedal maksimaalse tõmbepinge korral ja neil on teatud sügavus keskpunkti suunas. Pragude suund on üldiselt teljega paralleelne, kuid suund võib muutuda ka siis, kui detailis on pingekontsentratsioon või kui esineb sisemisi konstruktsioonidefekte.
Pärast tooriku täielikku karastamist on kalduvus pikisuunaliste pragude tekkele. See on seotud karastatud tooriku pinnale mõjuva suure tangentsiaalse tõmbepingega. Terase süsinikusisalduse suurenedes suureneb kalduvus pikisuunaliste pragude tekkele. Madala süsinikusisaldusega terasel on väike martensiidi erimaht ja tugev termiline pinge. Pinnal on suur jääksurvepinge, mistõttu seda pole kerge karastada. Süsinikusisalduse suurenedes pinnasurvepinge väheneb ja konstruktsioonipinge suureneb. Samal ajal liigub tõmbepinge tipp pinnakihi poole. Seetõttu on kõrge süsinikusisaldusega teras ülekuumenemisel kalduvus pikisuunalistele karastuspragudele.
Osade suurus mõjutab otseselt jääkpingete suurust ja jaotust ning ka nende karastuspragude kalduvus on erinev. Ohtliku ristlõike suuruste vahemikus karastamine võib kergesti põhjustada ka pikisuunalisi pragusid. Lisaks põhjustab terase tooraine blokeerimine sageli pikisuunalisi pragusid. Kuna enamik terasdetaile on valmistatud valtsimise teel, on terases olevad mitte-kuldsed lisandid, karbiidid jne jaotatud deformatsiooni suunas, mistõttu teras on anisotroopne. Näiteks kui tööriistaterasel on ribakujuline struktuur, on selle põikisuunaline purunemistugevus pärast karastamist 30–50% väiksem kui pikisuunaline purunemistugevus. Kui terases on tegureid, näiteks mitte-kuldsed lisandid, mis põhjustavad pingekontsentratsiooni, isegi kui tangentsiaalne pinge on suurem kui aksiaalne pinge, on madala pinge korral pikisuunalised praod kergesti tekivad. Sel põhjusel on karastuspragude vältimisel oluline tegur terase mitte-metalliliste lisandite ja suhkru taseme range kontroll.
Põikpragude ja kaarpragude sisepingete jaotuse omadused on järgmised: pinnale mõjub survepinge. Pärast teatud vahemaa möödumist pinnalt muutub survepinge suureks tõmbepingeks. Pragu tekib tõmbepinge piirkonnas ja seejärel levib sisepinge detaili pinnale ainult siis, kui see ümber jaotub või terase rabedus veelgi suureneb.
Põikpraod tekivad sageli suurtes võlliosades, näiteks rullides, turbiinirootorites või muudes võlliosades. Pragude iseloomulikuks tunnuseks on see, et need on telje suunaga risti ja purunevad seestpoolt väljapoole. Need tekivad sageli enne karastamist ja on põhjustatud termilisest pingest. Suurtel sepistetel esineb sageli metallurgilisi defekte, nagu poorid, suletised, sepistamispraod ja valged laigud. Need defektid on murdumispunktiks ja purunevad aksiaalse tõmbepinge mõjul. Kaarpraod tekivad termilisest pingest ja paiknevad tavaliselt kaarekujuliselt osades, kus detaili kuju muutub. Need esinevad peamiselt tooriku sees või teravate servade, soonte ja aukude lähedal ning paiknevad kaarekujuliselt. Kui 80–100 mm või suurema läbimõõduga või paksusega kõrge süsinikusisaldusega terasest osi ei karastata, tekib pinnal survepinge ja keskel tõmbepinge. Pinge korral tekib maksimaalne tõmbepinge karastatud kihi ja mittekarastatud kihi vahelises üleminekutsoonis ning nendes piirkondades tekivad kaarpraod. Lisaks on teravate servade ja nurkade jahutuskiirus kiire ning kõik karastatakse. Õrnadele osadele, st karastamata alale üleminekul tekib siin maksimaalse tõmbepinge tsoon, mistõttu on kaarpragude teke altid. Jahutuskiirus töödeldava detaili tihvtiaugu, soone või keskaugu lähedal on aeglane, vastav karastatud kiht on õhuke ja tõmbepinge karastatud üleminekutsooni lähedal võib kergesti põhjustada kaarpragusid.
Võrkpraod, tuntud ka kui pinnapraod, on pinnapraod. Prao sügavus on väike, tavaliselt umbes 0,01–1,5 mm. Seda tüüpi prao peamine omadus on see, et prao suvaline suund ei ole seotud detaili kujuga. Paljud praod on omavahel ühendatud, moodustades võrgustiku, ja on laialt jaotunud. Kui prao sügavus on suurem, näiteks üle 1 mm, siis võrgustiku omadused kaovad ja muutuvad juhuslikult orienteeritud või pikisuunas jaotunud pragudeks. Võrkpraod on seotud pinnal oleva kahemõõtmelise tõmbepinge olekuga.
Kõrge süsinikusisaldusega või karastatud terasest detailidel, mille pinnal on dekarboniseeritud kiht, tekivad karastamise ajal võrkpraod. Selle põhjuseks on asjaolu, et pinnakihil on madalam süsinikusisaldus ja väiksem erimaht kui martensiidi sisemisel kihil. Karastamise ajal allutatakse karbiidi pinnakiht tõmbepingele. Detailidele, mille defosforiseerimiskihti ei ole mehaanilise töötlemise käigus täielikult eemaldatud, tekivad kõrgsagedusliku või leegiga karastamise ajal võrkpraod. Selliste pragude vältimiseks tuleks detailide pinnakvaliteeti rangelt kontrollida ja kuumtöötluse ajal vältida oksüdeerumiskeevitust. Lisaks kuuluvad sellesse vormi pärast sepistamisvormi teatud aja möödumist ribadena või võrgustikuna õõnsuses tekkivad termilised väsimuspraod ja karastatud detailide lihvimisprotsessi käigus tekkivad praod.
Koorumispraod tekivad pinnakihi väga kitsal alal. Survepinge mõjub aksiaal- ja tangentsiaalsuunas ning tõmbepinge radiaalsuunas. Praod on detaili pinnaga paralleelsed. Selliste pragude hulka kuulub karastatud kihi koorumine pärast pinna karastamist ja detailide jahutamist. Selle esinemine on seotud karastatud kihi ebaühtlase struktuuriga. Näiteks pärast legeeritud karastatud terase jahutamist teatud kiirusel on karastatud kihi struktuur järgmine: välimine kiht on äärmiselt peen perliidist + karbiidist ja aluskiht on martensiit + jääk-austeniit, sisemine kiht on peene perliidi või äärmiselt peene perliidi struktuuriga. Kuna aluskihi martensiidi moodustise erimaht on suurim, on mahupaisumise tulemuseks see, et survepinge mõjub pinnakihile aksiaal- ja tangentsiaalsuunas ning tõmbepinge tekib radiaalsuunas ja pinge muutus toimub sissepoole, minnes üle survepinge olekusse, ja koorumispraod tekivad äärmiselt õhukestel aladel, kus pinge järsult üle läheb. Üldiselt peituvad praod seespool paralleelselt pinnaga ja rasketel juhtudel võivad need põhjustada pinna koorumist. Kui karastatud osade jahutuskiirust kiirendatakse või vähendatakse, võib karastatud kihis saada ühtlase martensiidistruktuuri või ülipeene perliidistruktuuri, mis aitab vältida selliste pragude teket. Lisaks kuumeneb pind kõrgsagedusliku või leegiga pinna kustutamise ajal sageli üle ja struktuurne ebaühtlus piki karastatud kihti võib kergesti selliseid pinnapragusid tekitada.
Mikropraod erinevad neljast eelmainitud praost selle poolest, et need on põhjustatud mikropingest. Teradevahelised praod, mis tekivad pärast kõrge süsinikusisaldusega tööriistaterase või karastatud toorikute karastamist, ülekuumenemist ja lihvimist, samuti karastatud osade valekarastuse tagajärjel tekkinud praod on kõik seotud terase mikropragude olemasolu ja sellele järgneva laienemisega.
Mikropragusid tuleb uurida mikroskoobi all. Need tekivad tavaliselt austeniidi algsetel terade piiridel või martensiitlehtede ühenduskohtades. Mõned praod läbivad martensiitlehti. Uuringud näitavad, et mikropraod on sagedasemad helvestelise kaksikmartensiidi puhul. Põhjus on selles, et helvestelised martensiidid põrkavad suurel kiirusel kasvades üksteisega kokku ja tekitavad suurt pinget. Kaksikmartensiit ise on aga habras ega suuda tekitada plastset deformatsiooni, mis leevendab pinget, põhjustades seega kergesti mikropragusid. Austeniiditerad on jämedad ja mikropragude tekkimise tõenäosus suureneb. Mikropragude esinemine terases vähendab oluliselt karastatud osade tugevust ja plastilisust, mis viib osade varajase kahjustumiseni (purunemiseni).
Kõrge süsinikusisaldusega terasdetailide mikropragude vältimiseks saab võtta meetmeid, näiteks madalama karastustemperatuuri alandamine, peene martensiitstruktuuri saavutamine ja martensiidi süsinikusisalduse vähendamine. Lisaks on õigeaegne karastamine pärast karastamist tõhus meetod sisemise pinge vähendamiseks. Katsed on tõestanud, et pärast piisavat karastamist temperatuuril üle 200 °C on pragudesse sadestunud karbiididel pragude "keevitamise" efekt, mis võib oluliselt vähendada mikropragude ohtu.
Ülaltoodud käsitleb pragude põhjuseid ja ennetamismeetodeid, mis põhinevad pragude jaotusmustritel. Tegelikus tootmises varieerub pragude jaotus selliste tegurite tõttu nagu terase kvaliteet, detaili kuju ning kuum- ja külmtöötlemistehnoloogia. Mõnikord on praod juba enne kuumtöötlust olemas ja karastamisprotsessi käigus laienevad veelgi; mõnikord võib samas detailis korraga esineda mitut tüüpi pragusid. Sellisel juhul tuleks prao morfoloogiliste omaduste põhjal teha prao pinna makroskoopiline analüüs, metallograafiline uuring ja vajadusel keemiline analüüs ning muud meetodid, et teha põhjalik analüüs materjali kvaliteedist ja organisatsioonilisest struktuurist kuni kuumtöötluspingete põhjusteni, et leida prao peamised põhjused ja seejärel määrata kindlaks tõhusad ennetusmeetmed.
Pragude murdumisanalüüs on oluline meetod pragude põhjuste analüüsimiseks. Igal murul on pragude alguspunkt. Pragude kustutamine algab tavaliselt radiaalsete pragude koondumispunktist.
Kui prao algpõhjus asub detaili pinnal, tähendab see, et prao on põhjustatud pinnale mõjuvast liigsest tõmbepingest. Kui pinnal puuduvad struktuurilised defektid, näiteks suletised, kuid esinevad pingekontsentratsiooni tegurid, näiteks tugevad noajäljed, oksiidikihid, terasdetailide teravad nurgad või detailide struktuurimuutused, võivad tekkida praod.
Kui prao algupära on detaili sees, on see seotud materjalidefektide või liigse sisemise jääktõmbepingega. Tavalise karastamise murdepind on hall ja peen portselan. Kui murdepind on tumehall ja kare, on see põhjustatud ülekuumenemisest või on algne kude paks.
Üldiselt ei tohiks karastusprao klaassektsioonil olla oksüdatsioonivärvi ega prao ümber olla dekarbonisatsiooni. Kui prao ümber on dekarbonisatsiooni või prao lõigul on oksüdatsioonivärv, näitab see, et detailil olid praod juba enne karastamist ja algsed praod laienevad kuumtöötluspinge mõjul. Kui detaili pragude lähedal on näha eraldunud karbiide ja inklusioone, tähendab see, et praod on seotud karbiidide tugeva eraldumisega tooraines või inklusioonide olemasoluga. Kui praod tekivad ainult detaili teravates nurkades või kujumuutusega osades ilma ülaltoodud nähtuseta, tähendab see, et prao on põhjustatud detaili ebamõistlikust konstruktsioonist või pragude vältimise ebaõigetest meetmetest või liigsest kuumtöötluspingest.
Lisaks tekivad keemilise kuumtöötluse ja pinna karastamise osade praod enamasti kõvastunud kihi lähedal. Kõvastunud kihi struktuuri parandamine ja kuumtöötluspinge vähendamine on olulised viisid pinnapragude vältimiseks.
Postituse aeg: 22. mai 2024