Het meest intuïtieve begrip van oppervlakteharding is dat het de oppervlaktehardheid van materialen kan verbeteren en de slijtvastheid kan verbeteren. Maar het is ook een effectieve manier om de vermoeiingssterkte van materialen te verbeteren. Weet jij waarom? Vandaag zullen we kijken naar het mechanisme hierachter.
Er zijn drie belangrijke redenen voor de meest voorkomende kiemvorming van vermoeiingsscheuren, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. De ene is slipdislocatie op het oppervlak van het materiaal, en de andere twee worden veroorzaakt door interne defecten van het materiaal, zoals insluitsels van interne vreemde stoffen, openingen in de korrelgrens (zoals krimpgaten), enz. Vandaag bespreken we het effect van oppervlakteharding op de vermoeiingssterkte. Ervan uitgaande dat het materiaal geen defecten vertoont, zijn slipdislocaties het aandachtspunt.
Wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan externe krachten, vindt slip plaats op microscopische schaal, en de slipbanden veroorzaken extrusie en indringing door tegen elkaar te glijden. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding fungeren deze slipbanden en de aangrenzende extrusie- en intrusiegebieden als spanningsconcentratiepunten, waar scheuren ontstaan en zich ontwikkelen. Omdat schuifspanning dominant is, verschijnen scheuren meestal en zetten ze uit onder een hoek van 45 graden. Vergeleken met de interne korrels is de kans groter dat de korrels op het oppervlak van de onderdelen eerder defecten vormen vanwege het gebrek aan ondersteuning van de omringende korrels.
Wanneer we de onderdelen aan het oppervlak harden, wordt de hardheid van het materiaaloppervlak aanzienlijk verbeterd en is de hardheid direct gerelateerd aan de sterkte van het metaal. De toename van de hardheid betekent dat het vermogen om plastische vervorming te weerstaan is toegenomen. Vergeleken met zachte materialen die niet zijn gehard, is het relatief minder waarschijnlijk dat het geharde materiaal slip-dislocatiebewegingen veroorzaakt. Als u de microfoto bekijkt, zult u merken dat er in principe geen duidelijke extrusie of indringing op het verharde oppervlak is. Daarom is er geen spanningsconcentratie veroorzaakt door slipdislocatie op het metalen oppervlak, en is de mogelijkheid van scheurinitiatie aanzienlijk verminderd. Dit is de belangrijkste reden waarom oppervlakteharding de vermoeiingssterkte van het materiaal kan verbeteren. Natuurlijk is er ook een secundaire reden. Na het afschrikken en uitharden kan het oppervlak van het materiaal meestal een resterende drukspanning op het oppervlak vormen. Deze drukrestspanning helpt ook om weerstand te bieden aan het ontstaan en uitzetten van vermoeiingsscheuren, waardoor de levensduur van het materiaal wordt verbeterd. Er zijn echter twee punten waar iedereen uiteindelijk aan moet worden herinnerd: ten eerste, als het structurele ontwerp van de onderdelen onredelijk is of de controle van het afschrikproces onredelijk is, kunnen er tijdens het hardingsproces scheuren of microscheuren optreden, die de bron van vermoeidheidsfalen zullen worden. Ten tweede, als de geharde onderdelen moeten worden afgewerkt, kunnen deze processen ook microscheuren veroorzaken (zoals slijpscheuren) of de hardheidsverdeling veranderen, de resterende drukspanning verminderen of deze zelfs omzetten in trekspanning, wat een aantal ongunstige factoren zal worden die de vermoeiingssterkte beïnvloeden.(文章来源:iMechanics-technologie)
