Ang kahulugan at layunin ng quenching
Ang bakal ay pinainit sa temperaturang higit sa kritikal na puntong Ac3 (hypoeutectoid steel) o Ac1 (hypereutectoid steel), iniingatan sa loob ng isang takdang panahon upang ito ay ganap o bahagyang ma-austenitize, at pagkatapos ay pinapalamig sa bilis na mas mataas kaysa sa kritikal na bilis ng quenching. Ang proseso ng paggamot sa init na nagbabago sa supercooled austenite tungo sa martensite o mas mababang bainite ay tinatawag na quenching.
Ang layunin ng quenching ay upang baguhin ang supercooled austenite sa martensite o bainite upang makakuha ng martensite o mas mababang istruktura ng bainite, na pagkatapos ay pinagsama sa tempering sa iba't ibang temperatura upang lubos na mapabuti ang lakas, katigasan, at resistensya ng bakal. Ang kakayahang magsuot, lakas at tibay ng pagkapagod, atbp., upang matugunan ang iba't ibang mga kinakailangan sa paggamit ng iba't ibang mekanikal na bahagi at kagamitan. Maaari ding gamitin ang quenching upang matugunan ang mga espesyal na pisikal at kemikal na katangian ng ilang espesyal na bakal tulad ng ferromagnetism at resistensya sa kalawang.
Kapag ang mga bahaging bakal ay pinalamig sa isang quenching medium na may mga pagbabago sa pisikal na estado, ang proseso ng paglamig ay karaniwang nahahati sa sumusunod na tatlong yugto: yugto ng vapor film, yugto ng pagkulo, at yugto ng convection.
Pagtitigas ng bakal
Ang kakayahang patigasin at kakayahang tumigas ay dalawang tagapagpahiwatig ng pagganap na nagpapakilala sa kakayahan ng bakal na sumailalim sa quenching. Mahalaga rin ang mga ito bilang batayan para sa pagpili at paggamit ng materyal.
1. Ang mga konsepto ng katigasan at katigasan
Ang kakayahang tumigas ay ang kakayahan ng bakal na makamit ang pinakamataas na katigasan na maaari nitong makamit kapag pinatigas at pinatigas sa ilalim ng mga ideal na kondisyon. Ang pangunahing salik na tumutukoy sa kakayahang tumigas ng bakal ay ang nilalaman ng carbon ng bakal. Upang maging mas tumpak, ito ay ang nilalaman ng carbon na natunaw sa austenite habang pinapatay at pinapainit. Kung mas mataas ang nilalaman ng carbon, mas mataas ang kakayahang tumigas ng bakal. Ang mga elemento ng haluang metal sa bakal ay may kaunting epekto sa kakayahang tumigas, ngunit mayroon silang malaking epekto sa kakayahang tumigas ng bakal.
Ang kakayahang magpatigas ay tumutukoy sa mga katangiang tumutukoy sa lalim ng pagpapatigas at distribusyon ng katigasan ng bakal sa ilalim ng mga tinukoy na kondisyon. Iyon ay, ang kakayahang makuha ang lalim ng pinatigas na patong kapag ang bakal ay pinainit. Ito ay isang likas na katangian ng bakal. Ang kakayahang magpatigas ay talagang sumasalamin sa kadalian ng pagbabago ng austenite sa martensite kapag ang bakal ay pinainit. Ito ay pangunahing nauugnay sa katatagan ng supercooled austenite ng bakal, o sa kritikal na rate ng paglamig ng bakal sa pagpainit.
Dapat ding ituro na ang kakayahang tumigas ng bakal ay dapat na maiba mula sa epektibong lalim ng pagpapatigas ng mga bahagi ng bakal sa ilalim ng mga partikular na kondisyon ng pagpapatigas. Ang kakayahang tumigas ng bakal ay isang likas na katangian ng bakal mismo. Nakadepende lamang ito sa sarili nitong mga panloob na salik at walang kinalaman sa mga panlabas na salik. Ang epektibong lalim ng kakayahang tumigas ng bakal ay hindi lamang nakadepende sa kakayahang tumigas ng bakal, kundi nakadepende rin sa materyal na ginamit. Ito ay may kaugnayan sa mga panlabas na salik tulad ng cooling medium at laki ng workpiece. Halimbawa, sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng austenitizing, ang kakayahang tumigas ng parehong bakal ay pareho, ngunit ang epektibong lalim ng pagpapatigas ng water quenching ay mas malaki kaysa sa oil quenching, at ang maliliit na bahagi ay mas maliit kaysa sa oil quenching. Malaki ang epektibong lalim ng pagpapatigas ng malalaking bahagi. Hindi ito masasabing ang water quenching ay may mas mataas na kakayahang tumigas kaysa sa oil quenching. Hindi masasabing ang maliliit na bahagi ay may mas mataas na kakayahang tumigas kaysa sa malalaking bahagi. Makikita na upang masuri ang kakayahang tumigas ng bakal, ang impluwensya ng mga panlabas na salik tulad ng hugis, laki, cooling medium, atbp. ng workpiece ay dapat alisin.
Bukod pa rito, dahil ang hardenability at hardenability ay dalawang magkaibang konsepto, ang bakal na may mataas na tigas pagkatapos ng quenching ay hindi kinakailangang may mataas na hardenability; at ang bakal na may mababang tigas ay maaari ring may mataas na hardenability.
2. Mga salik na nakakaapekto sa katigasan
Ang katigasan ng bakal ay nakasalalay sa katatagan ng austenite. Anumang salik na maaaring mapabuti ang katatagan ng supercooled austenite, ilipat ang C curve pakanan, at sa gayon ay mabawasan ang kritikal na rate ng paglamig ay maaaring mapabuti ang katigasan ng mataas na bakal. Ang katatagan ng austenite ay pangunahing nakasalalay sa kemikal na komposisyon nito, laki ng butil at pagkakapareho ng komposisyon, na nauugnay sa kemikal na komposisyon ng bakal at mga kondisyon ng pag-init.
3. Paraan ng pagsukat ng katigasan
Maraming mga pamamaraan upang masukat ang kakayahang tumigas ng bakal, ang mga pinakakaraniwang ginagamit ay ang pamamaraan ng pagsukat ng kritikal na diyametro at ang pamamaraan ng pagsubok sa pagtatapos ng tigas.
(1) Paraan ng pagsukat ng kritikal na diyametro
Matapos ma-quench ang bakal sa isang partikular na medium, ang pinakamataas na diameter kapag ang core ay nakakuha ng lahat ng martensite o 50% na istrukturang martensite ay tinatawag na critical diameter, na kinakatawan ng Dc. Ang paraan ng pagsukat ng critical diameter ay ang paggawa ng isang serye ng mga bilog na rod na may iba't ibang diameter, at pagkatapos ng quenching, sukatin ang hardness U curve na ipinamamahagi sa diameter sa bawat seksyon ng sample, at hanapin ang rod na may semi-martensite na istraktura sa gitna. Ang diameter ng bilog na rod ay ang critical diameter. Kung mas malaki ang critical diameter, mas mataas ang hardenability ng bakal.
(2) Paraan ng pagsubok sa pagtatapos ng pagsusubo
Ang paraan ng pagsubok sa end-quenching ay gumagamit ng isang karaniwang laki ng end-quenched specimen (Ф25mm×100mm). Pagkatapos ng austenitization, ang tubig ay iniispray sa isang dulo ng specimen gamit ang mga espesyal na kagamitan upang palamigin ito. Pagkatapos ng paglamig, ang katigasan ay sinusukat sa direksyon ng axis – mula sa dulong pinalamig ng tubig. Paraan ng pagsubok para sa distance relationship curve. Ang paraan ng pagsubok sa end-hardening ay isa sa mga paraan upang matukoy ang hardenability ng bakal. Ang mga bentahe nito ay simpleng operasyon at malawak na saklaw ng aplikasyon.
4. Pag-alis ng stress, deformation at cracking
(1) Panloob na stress ng workpiece habang pinapatay
Kapag ang workpiece ay mabilis na pinalamig sa quenching medium, dahil ang workpiece ay may isang tiyak na laki at ang thermal conductivity coefficient ay mayroon ding isang tiyak na halaga, isang tiyak na gradient ng temperatura ang magaganap sa kahabaan ng panloob na seksyon ng workpiece habang isinasagawa ang proseso ng paglamig. Mababa ang temperatura ng ibabaw, mataas ang temperatura ng core, at mataas ang temperatura ng ibabaw at core. Mayroong pagkakaiba sa temperatura. Sa panahon ng proseso ng paglamig ng workpiece, mayroon ding dalawang pisikal na phenomena: ang isa ay ang thermal expansion, habang bumababa ang temperatura, ang haba ng linya ng workpiece ay liliit; ang isa pa ay ang pagbabago ng austenite sa martensite kapag bumaba ang temperatura sa martensite transformation point, na magpapataas sa tiyak na volume. Dahil sa pagkakaiba ng temperatura sa panahon ng proseso ng paglamig, ang dami ng thermal expansion ay magkakaiba sa iba't ibang bahagi sa kahabaan ng cross section ng workpiece, at ang panloob na stress ay mabubuo sa iba't ibang bahagi ng workpiece. Dahil sa pagkakaroon ng mga pagkakaiba sa temperatura sa loob ng workpiece, maaaring mayroon ding mga bahagi kung saan mas mabilis na bumababa ang temperatura kaysa sa punto kung saan nangyayari ang martensite. Transpormasyon, lumalawak ang volume, at ang mga bahaging may mataas na temperatura ay mas mataas pa rin kaysa sa punto at nasa austenite state pa rin. Ang magkakaibang bahaging ito ay lilikha rin ng internal stress dahil sa mga pagkakaiba sa mga partikular na pagbabago sa volume. Samakatuwid, dalawang uri ng internal stress ang maaaring malikha sa panahon ng proseso ng quenching at cooling: ang isa ay thermal stress; ang isa naman ay tissue stress.
Ayon sa mga katangian ng internal stress sa oras ng pag-iral, maaari rin itong hatiin sa instantaneous stress at residual stress. Ang internal stress na nalilikha ng workpiece sa isang partikular na sandali habang nagpapalamig ay tinatawag na instantaneous stress; pagkatapos lumamig ang workpiece, ang stress na natitira sa loob ng workpiece ay tinatawag na residual stress.
Ang thermal stress ay tumutukoy sa stress na dulot ng hindi pare-parehong thermal expansion (o cold contraction) dahil sa mga pagkakaiba ng temperatura sa iba't ibang bahagi ng workpiece kapag ito ay pinainit (o pinalamig).
Ngayon, kumuha tayo ng isang solidong silindro bilang halimbawa upang ilarawan ang mga tuntunin sa pagbuo at pagbabago ng panloob na stress habang ito ay nagpapalamig. Tanging ang axial stress lamang ang tinatalakay dito. Sa simula ng pagpapalamig, dahil mabilis na lumalamig ang ibabaw, mababa ang temperatura, at lumiliit nang husto, habang ang core ay lumalamig, mataas ang temperatura, at maliit ang pag-urong. Bilang resulta, ang ibabaw at ang loob ay magkabilang pinipigilan, na nagreresulta sa tensile stress sa ibabaw, habang ang core ay nasa ilalim ng presyon. stress. Habang nagpapatuloy ang paglamig, tumataas ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng loob at labas, at tumataas din ang panloob na stress. Kapag tumataas ang stress na lumampas sa yield strength sa temperaturang ito, nangyayari ang plastic deformation. Dahil ang kapal ng puso ay mas mataas kaysa sa ibabaw, ang puso ay palaging unang umiikli nang axial. Bilang resulta ng plastic deformation, hindi na tumataas ang panloob na stress. Pagkatapos lumamig sa isang tiyak na tagal ng panahon, ang pagbaba ng temperatura ng ibabaw ay unti-unting babagal, at ang pag-urong nito ay unti-unting bababa rin. Sa oras na ito, ang core ay lumiliit pa rin, kaya ang tensile stress sa ibabaw at ang compressive stress sa core ay unti-unting bababa hanggang sa mawala ang mga ito. Gayunpaman, habang nagpapatuloy ang paglamig, ang halumigmig sa ibabaw ay bumababa nang bumababa, at ang dami ng pag-urong ay nagiging mas kaunti nang mas kaunti, o humihinto pa nga sa pag-urong. Dahil mataas pa rin ang temperatura sa core, patuloy itong lumiliit, at sa huli ay mabubuo ang compressive stress sa ibabaw ng workpiece, habang ang core ay magkakaroon ng tensile stress. Gayunpaman, dahil mababa ang temperatura, hindi madaling mangyari ang plastic deformation, kaya tataas ang stress na ito habang nagpapatuloy ang paglamig. Patuloy itong tumataas at sa huli ay nananatili sa loob ng workpiece bilang residual stress.
Makikita na ang thermal stress sa panahon ng proseso ng paglamig ay unang nagiging sanhi ng pag-unat ng ibabaw na patong at pag-compress ng core, at ang natitirang residual stress ay ang ibabaw na patong na iko-compress at ang core na iuunat.
Bilang buod, ang thermal stress na nalilikha habang pinapalamig gamit ang quenching ay sanhi ng pagkakaiba sa temperatura sa cross-sectional habang isinasagawa ang proseso ng paglamig. Kung mas malaki ang bilis ng paglamig at mas malaki ang pagkakaiba sa temperatura sa cross-sectional, mas malaki ang thermal stress na nalilikha. Sa ilalim ng parehong kondisyon ng cooling medium, mas mataas ang temperatura ng workpiece na pinapainit, mas malaki ang sukat, mas maliit ang thermal conductivity ng bakal, mas malaki ang pagkakaiba sa temperatura sa loob ng workpiece, at mas malaki ang thermal stress. Kung ang workpiece ay hindi pantay na pinalamig sa mataas na temperatura, ito ay madidisporma at mababago ang hugis. Kung ang instantaneous tensile stress na nalilikha habang isinasagawa ang proseso ng paglamig ng workpiece ay mas malaki kaysa sa tensile strength ng materyal, magkakaroon ng quenching cracks.
Ang stress sa phase transformation ay tumutukoy sa stress na dulot ng iba't ibang tiyempo ng phase transformation sa iba't ibang bahagi ng workpiece sa panahon ng proseso ng heat treatment, na kilala rin bilang tissue stress.
Sa panahon ng quenching at mabilis na paglamig, kapag ang surface layer ay lumamig hanggang sa Ms point, nagaganap ang martensitic transformation at nagiging sanhi ng paglawak ng volume. Gayunpaman, dahil sa bara sa core na hindi pa sumasailalim sa transformation, ang surface layer ay bumubuo ng compressive stress, habang ang core ay may tensile stress. Kapag sapat na ang laki ng stress, magdudulot ito ng deformation. Kapag ang core ay lumamig hanggang sa Ms point, sasailalim din ito sa martensitic transformation at lalawak ang volume. Gayunpaman, dahil sa mga limitasyon ng transformed surface layer na may mababang plasticity at mataas na lakas, ang huling residual stress nito ay nasa anyo ng surface tension, at ang core ay nasa ilalim ng pressure. Makikita na ang pagbabago at huling estado ng phase transformation stress ay eksaktong kabaligtaran ng thermal stress. Bukod dito, dahil ang phase change stress ay nangyayari sa mababang temperatura na may mababang plasticity, mahirap ang deformation sa oras na ito, kaya ang phase change stress ay mas malamang na magdulot ng pagbitak ng workpiece.
Maraming salik na nakakaapekto sa laki ng phase transformation stress. Kung mas mabilis ang cooling rate ng bakal sa martensite transformation temperature range, mas malaki ang sukat ng piraso ng bakal, mas lumalala ang thermal conductivity ng bakal, mas malaki ang specific volume ng martensite, at mas malaki ang phase transformation stress. Mas lumalaki ito. Bukod pa rito, ang phase transformation stress ay may kaugnayan din sa komposisyon ng bakal at sa hardenability ng bakal. Halimbawa, ang high carbon high alloy steel ay nagpapataas ng specific volume ng martensite dahil sa mataas na carbon content nito, na dapat magpataas sa phase transformation stress ng bakal. Gayunpaman, habang tumataas ang carbon content, bumababa ang Ms point, at mayroong malaking halaga ng napanatiling austenite pagkatapos ng quenching. Bumababa ang volume expansion nito at mababa ang residual stress.
(2) Pagbabago ng anyo ng workpiece habang pinapainit
Sa panahon ng quenching, mayroong dalawang pangunahing uri ng deformation sa workpiece: ang isa ay ang pagbabago sa geometric na hugis ng workpiece, na ipinapakita bilang mga pagbabago sa laki at hugis, na kadalasang tinatawag na warping deformation, na sanhi ng quenching stress; ang isa pa ay volume deformation, na nagpapakita ng sarili bilang isang proporsyonal na paglawak o pagliit ng volume ng workpiece, na sanhi ng pagbabago sa partikular na volume habang nagbabago ang phase.
Kasama rin sa deformasyon ng pagbaluktot ang deformasyon ng hugis at deformasyon ng pag-ikot. Ang deformasyon ng pag-ikot ay pangunahing sanhi ng hindi wastong paglalagay ng workpiece sa pugon habang pinainit, o kakulangan ng paggamot sa paghubog pagkatapos ng pagwawasto ng deformasyon bago ang pag-quench, o hindi pantay na paglamig ng iba't ibang bahagi ng workpiece kapag pinalamig ang workpiece. Ang deformasyong ito ay maaaring suriin at lutasin para sa mga partikular na sitwasyon. Ang sumusunod ay pangunahing tumatalakay sa deformasyon ng volume at deformasyon ng hugis.
1) Mga sanhi ng pagpapapangit ng quenching at ang mga nagbabagong patakaran nito
Deformasyon ng volume na dulot ng pagbabagong istruktura. Ang estado ng istruktura ng workpiece bago ang quenching ay karaniwang pearlite, ibig sabihin, isang halo-halong istraktura ng ferrite at cementite, at pagkatapos ng quenching ito ay isang martensitic na istraktura. Ang iba't ibang partikular na volume ng mga tisyung ito ay magdudulot ng mga pagbabago sa volume bago at pagkatapos ng quenching, na magreresulta sa deformasyon. Gayunpaman, ang deformasyong ito ay nagiging sanhi lamang ng proporsyonal na paglawak at pagliit ng workpiece, kaya hindi nito binabago ang hugis ng workpiece.
Bukod pa rito, mas maraming martensite sa istruktura pagkatapos ng heat treatment, o mas mataas ang carbon content sa martensite, mas malaki ang volume expansion nito, at mas malaki ang dami ng napanatiling austenite, mas kaunti ang volume expansion. Samakatuwid, ang pagbabago ng volume ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagkontrol sa relatibong nilalaman ng martensite at residual martensite habang heat treatment. Kung maayos na kontrolado, ang volume ay hindi lalawak o liliit.
Ang deformasyon ng hugis na dulot ng thermal stress ay nangyayari sa mga lugar na may mataas na temperatura kung saan mababa ang yield strength ng mga bahagi ng bakal, mataas ang plasticity, mabilis na lumalamig ang ibabaw, at ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng loob at labas ng workpiece ang pinakamalaki. Sa oras na ito, ang instantaneous thermal stress ay ang surface tensile stress at core compressive stress. Dahil mataas ang temperatura ng core sa oras na ito, ang yield strength ay mas mababa kaysa sa ibabaw, kaya't ito ay nagpapakita bilang deformasyon sa ilalim ng aksyon ng multi-directional compressive stress, ibig sabihin, ang cube ay spherical sa direksyon. Iba't ibang uri. Ang resulta ay ang mas malaki ay lumiliit, habang ang mas maliit ay lumalawak. Halimbawa, ang isang mahabang silindro ay umiikli sa direksyon ng haba at lumalawak sa direksyon ng diameter.
Ang deformasyon ng hugis na dulot ng tissue stress ay nangyayari rin sa unang bahagi ng panahon kung kailan ang tissue stress ay nasa pinakamataas na antas. Sa oras na ito, malaki ang pagkakaiba sa temperatura ng cross-section, mas mataas ang temperatura ng core, nasa austenite state pa rin ito, maganda ang plasticity, at mababa ang yield strength. Ang instantaneous tissue stress ay surface compressive stress at core tensile stress. Samakatuwid, ang deformasyon ay ipinapakita bilang ang pagpahaba ng core sa ilalim ng aksyon ng multi-directional tensile stress. Ang resulta ay sa ilalim ng aksyon ng tissue stress, ang mas malaking bahagi ng workpiece ay humahaba, habang ang mas maliit na bahagi ay umiikli. Halimbawa, ang deformasyon na dulot ng tissue stress sa isang mahabang silindro ay ang pagpahaba ng haba at pagbawas ng diameter.
Ipinapakita ng Talahanayan 5.3 ang mga tuntunin sa pagpapapangit ng anyo ng iba't ibang tipikal na bahagi ng bakal.
2) Mga salik na nakakaapekto sa pagpapapangit ng quenching
Ang mga salik na nakakaapekto sa pagpapapangit ng quenching ay pangunahing ang kemikal na komposisyon ng bakal, ang orihinal na istraktura, ang geometry ng mga bahagi at ang proseso ng paggamot sa init.
3) Pag-aalis ng mga bitak
Ang mga bitak sa mga bahagi ay pangunahing nangyayari sa huling yugto ng pag-quench at paglamig, ibig sabihin, pagkatapos makumpleto ang martensitic transformation o pagkatapos ng kumpletong paglamig, nangyayari ang brittle failure dahil ang tensile stress sa mga bahagi ay lumampas sa lakas ng bali ng bakal. Ang mga bitak ay karaniwang patayo sa direksyon ng maximum tensile deformation, kaya ang iba't ibang anyo ng mga bitak sa mga bahagi ay pangunahing nakadepende sa estado ng distribusyon ng stress.
Mga karaniwang uri ng quenching cracks: Ang mga longitudinal (axial) cracks ay pangunahing nabubuo kapag ang tangential tensile stress ay lumampas sa lakas ng pagkabasag ng materyal; ang mga transverse cracks ay nabubuo kapag ang malaking axial tensile stress na nabuo sa panloob na ibabaw ng bahagi ay lumampas sa lakas ng pagkabasag ng materyal. Mga bitak; ang mga network cracks ay nabubuo sa ilalim ng aksyon ng two-dimensional tensile stress sa ibabaw; ang mga pagbabalat ng bitak ay nangyayari sa isang napakanipis na tumigas na layer, na maaaring mangyari kapag ang stress ay biglang nagbago at ang labis na tensile stress ay kumikilos sa radial na direksyon. Uri ng bitak.
Ang mga paayon na bitak ay tinatawag ding mga bitak na axial. Ang mga bitak ay nangyayari sa pinakamataas na tensile stress malapit sa ibabaw ng bahagi, at may tiyak na lalim patungo sa gitna. Ang direksyon ng mga bitak ay karaniwang parallel sa axis, ngunit ang direksyon ay maaari ring magbago kapag mayroong konsentrasyon ng stress sa bahagi o kapag may mga panloob na depekto sa istruktura.
Matapos ganap na ma-quench ang workpiece, malamang na magkaroon ng mga longitudinal crack. Ito ay may kaugnayan sa malaking tangential tensile stress sa ibabaw ng quenched workpiece. Habang tumataas ang carbon content ng bakal, tumataas din ang tendensiyang bumuo ng mga longitudinal crack. Ang low carbon steel ay may maliit na specific volume ng martensite at malakas na thermal stress. Mayroong malaking residual compressive stress sa ibabaw, kaya hindi ito madaling ma-quench. Habang tumataas ang carbon content, bumababa ang surface compressive stress at tumataas ang structural stress. Kasabay nito, ang peak tensile stress ay lumilipat patungo sa surface layer. Samakatuwid, ang high carbon steel ay madaling magkaroon ng longitudinal quenching cracks kapag sobrang init.
Ang laki ng mga bahagi ay direktang nakakaapekto sa laki at distribusyon ng residual stress, at ang tendensiya nito sa pag-quench ng crack ay iba rin. Ang mga longitudinal crack ay madali ring mabuo sa pamamagitan ng quenching sa loob ng mapanganib na saklaw ng laki ng cross-section. Bukod pa rito, ang pagbara ng mga hilaw na materyales ng bakal ay kadalasang nagdudulot ng mga longitudinal crack. Dahil ang karamihan sa mga bahagi ng bakal ay ginagawa sa pamamagitan ng pag-roll, ang mga non-gold inclusion, carbide, atbp. sa bakal ay ipinamamahagi sa direksyon ng deformation, na nagiging sanhi ng anisotropic na istraktura ng bakal. Halimbawa, kung ang tool steel ay may istrakturang parang banda, ang transverse fracture strength nito pagkatapos ng quenching ay 30% hanggang 50% na mas maliit kaysa sa longitudinal fracture strength. Kung may mga salik tulad ng mga non-gold inclusion sa bakal na nagdudulot ng stress concentration, kahit na ang tangential stress ay mas malaki kaysa sa axial stress, ang mga longitudinal crack ay madaling mabuo sa ilalim ng mababang stress. Dahil dito, ang mahigpit na pagkontrol sa antas ng mga non-metallic inclusion at asukal sa bakal ay isang mahalagang salik sa pagpigil sa mga quenching crack.
Ang mga katangian ng internal stress distribution ng mga transverse crack at arc crack ay: ang ibabaw ay napapailalim sa compressive stress. Pagkatapos umalis sa ibabaw para sa isang tiyak na distansya, ang compressive stress ay nagbabago sa isang malaking tensile stress. Ang bitak ay nangyayari sa lugar ng tensile stress, at pagkatapos kapag ang internal stress ay kumakalat sa ibabaw ng bahagi lamang kung ito ay muling ipinamahagi o ang brittleness ng bakal ay lalong tumataas.
Ang mga transverse crack ay kadalasang nangyayari sa malalaking bahagi ng shaft, tulad ng mga roller, turbine rotor o iba pang bahagi ng shaft. Ang mga katangian ng mga bitak ay ang mga ito ay patayo sa direksyon ng axis at nababasag mula sa loob patungo sa labas. Kadalasang nabubuo ang mga ito bago tumigas at sanhi ng thermal stress. Ang malalaking forging ay kadalasang may mga depekto sa metalurhiya tulad ng mga pores, inclusions, forging cracks at mga puting batik. Ang mga depektong ito ay nagsisilbing panimulang punto ng bali at pagkabasag sa ilalim ng aksyon ng axial tensile stress. Ang mga arc crack ay sanhi ng thermal stress at karaniwang ipinamamahagi sa hugis ng arko sa mga bahagi kung saan nagbabago ang hugis ng bahagi. Pangunahin itong nangyayari sa loob ng workpiece o malapit sa matutulis na gilid, uka at butas, at ipinamamahagi sa hugis ng arko. Kapag ang mga high-carbon steel na bahagi na may diameter o kapal na 80 hanggang 100 mm o higit pa ay hindi pinapatay, ang ibabaw ay magpapakita ng compressive stress at ang gitna ay magpapakita ng tensile stress. Ang stress, ang maximum tensile stress ay nangyayari sa transition zone mula sa hardened layer patungo sa non-hardened layer, at ang mga arc crack ay nangyayari sa mga lugar na ito. Bukod pa rito, mabilis ang bilis ng paglamig sa matutulis na gilid at sulok at lahat ay napapawi. Kapag lumilipat sa mga banayad na bahagi, ibig sabihin, sa hindi pa tumigas na bahagi, lumilitaw dito ang pinakamataas na tensile stress zone, kaya madaling magkaroon ng mga bitak sa arko. Mabagal ang bilis ng paglamig malapit sa butas ng pin, uka o butas sa gitna ng workpiece, manipis ang katumbas na tumigas na layer, at ang tensile stress malapit sa tumigas na transition zone ay madaling magdulot ng mga bitak sa arko.
Ang mga reticular crack, na kilala rin bilang mga surface crack, ay mga surface crack. Mababaw ang lalim ng crack, karaniwang nasa bandang 0.01~1.5mm. Ang pangunahing katangian ng ganitong uri ng crack ay ang arbitraryong direksyon ng crack ay walang kinalaman sa hugis ng bahagi. Maraming crack ang magkakaugnay upang bumuo ng isang network at malawak na ipinamamahagi. Kapag mas malaki ang lalim ng crack, tulad ng higit sa 1 mm, ang mga katangian ng network ay nawawala at nagiging random na naka-orient o longitudinally distributed na mga crack. Ang mga network crack ay nauugnay sa estado ng two-dimensional tensile stress sa surface.
Ang mga bahaging bakal na may mataas na carbon o carburized na may decarburized na layer sa ibabaw ay madaling kapitan ng pagbuo ng mga network crack habang nagpapalamig. Ito ay dahil ang surface layer ay may mas mababang carbon content at mas maliit na specific volume kaysa sa inner layer ng martensite. Habang nagpapalamig, ang surface layer ng carbide ay sumasailalim sa tensile stress. Ang mga bahaging ang dephosphorization layer ay hindi pa ganap na natatanggal habang nagpoproseso ng makina ay bubuo rin ng mga network crack habang nagpapalamig sa ibabaw gamit ang high-frequency o flame. Upang maiwasan ang mga ganitong crack, dapat mahigpit na kontrolin ang kalidad ng ibabaw ng mga bahagi, at dapat iwasan ang oxidation welding habang nagpapainit. Bukod pa rito, pagkatapos gamitin ang forging die sa loob ng isang tiyak na tagal ng panahon, ang mga thermal fatigue crack na lumilitaw sa mga strip o network sa cavity at mga crack sa proseso ng paggiling ng mga quenched na bahagi ay pawang kabilang sa ganitong anyo.
Ang pagbabalat ng mga bitak ay nangyayari sa isang napakakitid na bahagi ng patong ng ibabaw. Ang compressive stress ay kumikilos sa direksyon ng axial at tangential, at ang tensile stress ay nangyayari sa direksyon ng radial. Ang mga bitak ay parallel sa ibabaw ng bahagi. Ang pagbabalat ng tumigas na patong pagkatapos palamigin ang mga bahagi ng surface quenching at carburizing ay kabilang sa mga ganitong bitak. Ang paglitaw nito ay may kaugnayan sa hindi pantay na istraktura sa tumigas na patong. Halimbawa, pagkatapos palamigin ang alloy carburized steel sa isang tiyak na bilis, ang istraktura sa carburized layer ay: ang panlabas na patong ay binubuo ng napakapinong pearlite + carbide, at ang sublayer ay martensite + residual Austenite, ang panloob na patong ay pinong pearlite o napakapinong istruktura ng pearlite. Dahil ang partikular na dami ng sub-layer martensite ang pinakamalaki, ang resulta ng pagpapalawak ng volume ay ang compressive stress ay kumikilos sa patong ng ibabaw sa direksyon ng axial at tangential, at ang tensile stress ay nangyayari sa direksyon ng radial, at ang stress mutation ay nangyayari sa loob, na lumilipat sa isang compressive stress state, at ang pagbabalat ng mga bitak ay nangyayari sa napakanipis na mga lugar kung saan ang stress ay mabilis na nagbabago. Kadalasan, ang mga bitak ay nakatago sa loob na parallel ng ibabaw, at sa malalang mga kaso ay maaaring magdulot ng pagbabalat sa ibabaw. Kung ang bilis ng paglamig ng mga bahaging may carburization ay pinabilis o nabawasan, maaaring makuha ang isang pare-parehong istrukturang martensite o ultra-fine na istrukturang pearlite sa carburization layer, na maaaring maiwasan ang paglitaw ng mga naturang bitak. Bukod pa rito, sa panahon ng high-frequency o flame surface quenching, ang ibabaw ay kadalasang umiinit nang sobra at ang structural inhomogeneity sa kahabaan ng pinatigas na layer ay madaling makabuo ng mga naturang bitak sa ibabaw.
Ang mga microcrack ay naiiba sa apat na nabanggit na bitak dahil ang mga ito ay sanhi ng microstress. Ang mga intergranular na bitak na lumilitaw pagkatapos ng quenching, overheating, at paggiling ng high-carbon tool steel o carburized workpieces, pati na rin ang mga bitak na dulot ng hindi napapanahong pag-temper ng mga quenched na bahagi, ay pawang nauugnay sa pagkakaroon at kasunod na paglawak ng mga microcrack sa bakal.
Ang mga microcrack ay kailangang suriin sa ilalim ng mikroskopyo. Karaniwan itong nangyayari sa orihinal na mga hangganan ng butil ng austenite o sa dugtungan ng mga martensite sheet. Ang ilang mga bitak ay tumatagos sa mga martensite sheet. Ipinapakita ng pananaliksik na ang mga microcrack ay mas karaniwan sa mga flaky twinned martensite. Ang dahilan ay ang flaky martensite ay nagbabanggaan sa isa't isa kapag lumalaki sa mataas na bilis at lumilikha ng mataas na stress. Gayunpaman, ang twinned martensite mismo ay malutong at hindi makagawa ng mga pagbabago sa istruktura. Ang plastic deformation ay nagpapaluwag sa stress, kaya madaling magdulot ng mga microcrack. Ang mga butil ng austenite ay magaspang at ang pagiging madaling kapitan ng mga microcrack ay tumataas. Ang pagkakaroon ng mga microcrack sa bakal ay makabuluhang magbabawas sa lakas at plasticity ng mga quenched na bahagi, na humahantong sa maagang pinsala (bali) ng mga bahagi.
Upang maiwasan ang mga microcrack sa mga bahaging bakal na may mataas na carbon, maaaring ipatupad ang mga hakbang tulad ng mas mababang temperatura ng pag-init gamit ang quenching, pagkuha ng pinong istruktura ng martensite, at pagbabawas ng nilalaman ng carbon sa martensite. Bukod pa rito, ang napapanahong pag-temper pagkatapos ng quenching ay isang epektibong paraan upang mabawasan ang panloob na stress. Napatunayan ng mga pagsusuri na pagkatapos ng sapat na pag-temper sa itaas ng 200°C, ang mga carbide na namuo sa mga bitak ay may epekto ng "pag-welding" sa mga bitak, na maaaring makabuluhang bawasan ang mga panganib ng mga microcrack.
Ang nasa itaas ay isang talakayan ng mga sanhi at mga pamamaraan ng pag-iwas sa mga bitak batay sa pattern ng distribusyon ng bitak. Sa aktwal na produksyon, ang distribusyon ng mga bitak ay nag-iiba dahil sa mga salik tulad ng kalidad ng bakal, hugis ng bahagi, at teknolohiya sa pagproseso ng mainit at malamig. Minsan, ang mga bitak ay umiiral na bago pa man ang paggamot sa init at lalong lumalawak habang isinasagawa ang proseso ng pagsusubo; kung minsan, maaaring lumitaw ang ilang anyo ng mga bitak sa parehong bahagi nang sabay-sabay. Sa kasong ito, batay sa mga katangiang morpolohikal ng bitak, makroskopikong pagsusuri ng ibabaw ng bali, pagsusuring metalograpiko, at kung kinakailangan, dapat gamitin ang pagsusuring kemikal at iba pang mga pamamaraan upang magsagawa ng komprehensibong pagsusuri mula sa kalidad ng materyal, istrukturang pang-organisasyon hanggang sa mga sanhi ng stress sa paggamot sa init upang mahanap ang bitak. Ang mga pangunahing sanhi at pagkatapos ay matukoy ang mga epektibong hakbang sa pag-iwas.
Ang pagsusuri ng mga bitak gamit ang bali ay isang mahalagang pamamaraan upang masuri ang mga sanhi ng mga bitak. Anumang bitak ay may panimulang punto para sa mga bitak. Ang pag-quench ng mga bitak ay karaniwang nagsisimula sa convergence point ng mga radial crack.
Kung ang pinagmulan ng bitak ay nasa ibabaw ng bahagi, nangangahulugan ito na ang bitak ay sanhi ng labis na tensile stress sa ibabaw. Kung walang mga depekto sa istruktura tulad ng mga inklusyon sa ibabaw, ngunit may mga salik sa konsentrasyon ng stress tulad ng matinding marka ng kutsilyo, kaliskis ng oxide, matutulis na sulok ng mga bahaging bakal, o mga bahaging may mutasyon sa istruktura, maaaring magkaroon ng mga bitak.
Kung ang pinagmulan ng bitak ay nasa loob ng bahagi, ito ay may kaugnayan sa mga depekto sa materyal o labis na panloob na natitirang tensile stress. Ang ibabaw ng bali sa normal na quenching ay kulay abo at pinong porselana. Kung ang ibabaw ng bali ay maitim na kulay abo at magaspang, ito ay sanhi ng sobrang pag-init o makapal ang orihinal na tisyu.
Sa pangkalahatan, hindi dapat magkaroon ng kulay ng oksihenasyon sa seksyon ng salamin ng bitak na ginagamit sa pag-quench, at hindi dapat magkaroon ng decarburization sa paligid ng bitak. Kung mayroong decarburization sa paligid ng bitak o isang kulay na na-oxidize sa seksyon ng bitak, ipinapahiwatig nito na ang bahagi ay mayroon nang mga bitak bago ang pag-quench, at ang mga orihinal na bitak ay lalawak sa ilalim ng impluwensya ng stress sa paggamot ng init. Kung ang mga nakahiwalay na karbid at inklusyon ay makikita malapit sa mga bitak ng bahagi, nangangahulugan ito na ang mga bitak ay nauugnay sa matinding paghihiwalay ng mga karbid sa hilaw na materyal o sa pagkakaroon ng mga inklusyon. Kung ang mga bitak ay lumilitaw lamang sa matutulis na sulok o mga bahagi ng bahagi na may mutasyon sa hugis nang walang nabanggit na phenomenon, nangangahulugan ito na ang bitak ay sanhi ng hindi makatwirang disenyo ng istruktura ng bahagi o hindi wastong mga hakbang upang maiwasan ang mga bitak, o labis na stress sa paggamot ng init.
Bukod pa rito, ang mga bitak sa mga bahaging ginagamitan ng kemikal na paggamot sa init at pagpapalamig sa ibabaw ay kadalasang lumilitaw malapit sa tumigas na patong. Ang pagpapabuti ng istruktura ng tumigas na patong at pagbabawas ng stress sa paggamot sa init ay mahahalagang paraan upang maiwasan ang mga bitak sa ibabaw.
Oras ng pag-post: Mayo-22-2024