Den mest intuitive forståelse af overfladehærdning er, at den kan forbedre materialers overfladehårdhed og øge slidstyrken. Men det er også en effektiv måde at forbedre materialers træthedsstyrke på. Ved du hvorfor? I dag vil vi se på mekanismen bag dette.
Der er tre hovedårsager til den mest almindelige nukleation af træthedsrevner, som vist i figuren ovenfor. Den ene er glideforskydning på materialets overflade, og de to andre er forårsaget af indre defekter i materialet, såsom indeslutninger af indre fremmedlegemer, korngrænsespalter (såsom krympehuller) osv. I dag diskuterer vi effekten af overfladehærdning på udmattelsesstyrken. Forudsat at materialet ikke har nogen defekter, er glideforskydninger i fokus.
Når materialet udsættes for ydre kraft, sker der glid i mikroskopisk skala, og slipbåndene producerer ekstrudering og indtrængning ved at glide mod hinanden. Som vist på nedenstående figur fungerer disse glidebånd og de tilstødende områder med ekstrudering og indtrængning som spændingskoncentrationspunkter, hvor revner opstår og udvikler sig. Fordi forskydningsspænding er dominerende, opstår revner normalt og udvider sig i en vinkel på 45 grader. Sammenlignet med de indre korn er kornene på overfladen af delene mere tilbøjelige til at danne defekter tidligere på grund af manglende støtte fra de omgivende korn.
Når vi overfladehærder delene, er hårdheden af materialeoverfladen væsentligt forbedret, og hårdheden er direkte relateret til metallets styrke. Stigningen i hårdhed betyder, at dens evne til at modstå plastisk deformation er øget. Sammenlignet med bløde materialer, der ikke er hærdet, er det relativt mindre sandsynligt, at det hærdede materiale frembringer glideforskydning. Hvis du observerer mikrofotografiet, vil du opdage, at der stort set ikke er nogen tydelig ekstrudering eller indtrængen på den hærdede overflade. Derfor er der ingen spændingskoncentration forårsaget af glideforskydning på metaloverfladen, og muligheden for revneinitiering er stærkt reduceret. Dette er hovedårsagen til, at overfladehærdning kan forbedre materialets udmattelsesstyrke. Selvfølgelig er der også en sekundær årsag. Efter bratkøling og hærdning kan overfladen af materialet normalt danne resttrykspænding på overfladen. Denne kompressionsrestspænding hjælper også med at modstå initiering og udvidelse af udmattelsesrevner og forbedrer derved materialets udmattelseslevetid. Der er dog to punkter at minde alle om til sidst: For det første, hvis det strukturelle design af delene er urimeligt, eller styringen af bratkølingsprocessen er urimelig, kan der opstå revner eller mikrorevner under hærdningsprocessen, hvilket vil blive kilden til udmattelsesfejl. For det andet, hvis de hærdede dele skal færdiggøres, kan disse processer også forårsage mikrorevner (såsom sliberevner) eller ændre hårdhedsfordelingen, reducere resterende trykspænding eller endda omdanne den til trækspænding, hvilket vil blive nogle ugunstige faktorer, der påvirker udmattelsesstyrken.(文章来源:iMechanics机械)
