Наиболее интуитивное понимание поверхностной закалки заключается в том, что она может улучшить поверхностную твердость материалов и повысить износостойкость. Но это также эффективный способ повысить усталостную прочность материалов. Знаешь почему? Сегодня мы рассмотрим механизм, лежащий в основе этого.
Существует три основные причины наиболее частого зарождения усталостных трещин, как показано на рисунке выше. Одна из них — дислокация скольжения на поверхности материала, а две другие вызваны внутренними дефектами материала, такими как внутренние включения инородных веществ, межзеренные зазоры (например, усадочные отверстия) и т. д. Сегодня мы обсудим влияние поверхностного упрочнения на усталостную прочность. Если предположить, что материал не имеет дефектов, в центре внимания находятся дислокации скольжения.
Когда материал подвергается воздействию внешней силы, происходит скольжение на микроскопическом уровне, а полосы скольжения производят экструзию и интрузию, скользя друг против друга. Как показано на рисунке ниже, эти полосы скольжения и прилегающие к ним области выдавливания и внедрения действуют как точки концентрации напряжений, где зарождаются и развиваются трещины. Поскольку напряжение сдвига является доминирующим, трещины обычно появляются и расширяются под углом 45 градусов. По сравнению с внутренними зернами, зерна на поверхности деталей с большей вероятностью раньше образуют дефекты из-за отсутствия поддержки со стороны окружающих зерен.
Когда мы проводим поверхностную закалку деталей, твердость поверхности материала значительно улучшается, и твердость напрямую связана с прочностью металла. Увеличение твердости означает, что возросла его способность сопротивляться пластической деформации. По сравнению с мягкими материалами, которые не были закалены, закаленный материал относительно менее склонен вызывать движение дислокаций скольжения. Если вы посмотрите на микрофотографию, то обнаружите, что на закаленной поверхности практически нет явных выдавливаний или вторжений. Таким образом, на поверхности металла отсутствует концентрация напряжений, вызванная дислокациями скольжения, и возможность возникновения трещин значительно снижается. Это основная причина, по которой поверхностная закалка может улучшить усталостную прочность материала. Конечно, есть и вторичная причина. После закалки и закалки на поверхности материала обычно могут образовываться остаточные сжимающие напряжения. Это сжимающее остаточное напряжение также помогает противостоять возникновению и расширению усталостных трещин, тем самым увеличивая усталостную долговечность материала. Однако в конце следует напомнить всем два момента: во-первых, если конструктивное проектирование деталей необоснованно или контроль процесса закалки необоснован, в процессе закалки могут возникнуть трещины или микротрещины, которые станут источником усталостного разрушения. Во-вторых, если закаленные детали необходимо довести до финишной обработки, эти процессы могут также вызвать микротрещины (например, трещины при шлифовке) или изменить распределение твердости, уменьшить остаточное сжимающее напряжение или даже превратить его в растягивающее напряжение, что станет некоторыми неблагоприятными факторами, влияющими на усталостную прочность.(文章来源:iMechanics机械)
