Gesinimo apibrėžimas ir tikslas
Plienas kaitinamas iki temperatūros, viršijančios kritinį tašką Ac3 (hipoeutektoidinis plienas) arba Ac1 (hipereutektoidinis plienas), palaikomas tam tikrą laiką, kad jis visiškai arba iš dalies austenituotų, o tada aušinamas didesniu greičiu nei kritinis gesinimo greitis. Terminio apdorojimo procesas, kurio metu perkaitintas austenitas paverčiamas martensitu arba žemesniojo bainito rūšimi, vadinamas gesinimu.
Grūdinimo tikslas – paversti perkaitintą austenitą martensitu arba bainitu, kad būtų gauta martensito arba žemesnio bainito struktūra. Vėliau, derinant su atleidimu skirtingose temperatūrose, žymiai pagerinamas plieno stiprumas, kietumas ir atsparumas. Atsparumas dilimui, atsparumas nuovargiui ir tvirtumas ir kt., kad būtų patenkinti įvairių mechaninių dalių ir įrankių naudojimo reikalavimai. Grūdinimas taip pat gali būti naudojamas siekiant patenkinti tam tikrų specialiųjų plienų specialias fizines ir chemines savybes, tokias kaip feromagnetizmas ir atsparumas korozijai.
Kai plieninės detalės aušinamos grūdinimo terpėje, keičiant fizinę būseną, aušinimo procesas paprastai skirstomas į šiuos tris etapus: garų plėvelės etapą, virimo etapą ir konvekcijos etapą.
Plieno grūdinamumas
Grūdinamumas ir užgrūdinamumas yra du eksploataciniai rodikliai, apibūdinantys plieno gebėjimą grūdinti. Jie taip pat yra svarbus medžiagų pasirinkimo ir naudojimo pagrindas.
1. Grūdinamumo ir grūdinamumo sąvokos
Grūdinamumas – tai plieno gebėjimas pasiekti didžiausią kietumą, kurį jis gali pasiekti grūdinant ir sukietinant idealiomis sąlygomis. Pagrindinis veiksnys, lemiantis plieno grūdinamumą, yra plieno anglies kiekis. Tiksliau sakant, tai yra anglies kiekis, ištirpęs austenite grūdinimo ir kaitinimo metu. Kuo didesnis anglies kiekis, tuo didesnis plieno grūdinamumas. Plieno legiruojantys elementai mažai veikia grūdinamumą, tačiau jie daro didelę įtaką plieno grūdinamumui.
Grūdinamumas – tai savybės, kurios lemia plieno grūdinimo gylį ir kietumo pasiskirstymą tam tikromis sąlygomis. Tai yra gebėjimas gauti sukietėjusio sluoksnio gylį, kai plienas yra grūdinamas. Tai būdinga plieno savybė. Grūdinamumas iš tikrųjų atspindi tai, kaip lengvai austenitas virsta martensitu, kai plienas yra grūdinamas. Jis daugiausia susijęs su perkaitinto plieno austenito stabilumu arba su kritiniu plieno aušinimo greičiu po grūdinimo.
Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį, kad plieno grūdinamumą reikia skirti nuo plieninių detalių efektyvaus grūdinimo gylio esant konkrečioms grūdinimo sąlygoms. Plieno grūdinamumas yra būdinga paties plieno savybė. Jis priklauso tik nuo jo vidinių veiksnių ir neturi nieko bendra su išoriniais veiksniais. Efektyvus plieno grūdinamumo gylis priklauso ne tik nuo plieno grūdinamumo, bet ir nuo naudojamos medžiagos. Jis susijęs su išoriniais veiksniais, tokiais kaip aušinimo terpė ir ruošinio dydis. Pavyzdžiui, esant toms pačioms austenitavimo sąlygoms, to paties plieno grūdinamumas yra toks pat, tačiau efektyvus grūdinimo gylis gesinant vandeniu yra didesnis nei gesinant alyva, o mažų detalių – mažesnis nei gesinant alyva. Didelių detalių efektyvus grūdinimo gylis yra didelis. Negalima teigti, kad gesinant vandeniu grūdinamumas yra didesnis nei gesinant alyva. Negalima teigti, kad mažų detalių grūdinamumas yra didesnis nei didelių detalių. Galima pastebėti, kad norint įvertinti plieno grūdinamumą, reikia pašalinti išorinių veiksnių, tokių kaip ruošinio forma, dydis, aušinimo terpė ir kt., įtaką.
Be to, kadangi grūdinamumas ir grūdinamumas yra dvi skirtingos sąvokos, plienas, turintis didelį kietumą po grūdinimo, nebūtinai turi didelį grūdinamumą; o plienas, turintis mažą kietumą, taip pat gali turėti didelį grūdinamumą.
2. Grūdinamumą įtakojantys veiksniai
Plieno grūdinamumas priklauso nuo austenito stabilumo. Bet koks veiksnys, galintis pagerinti perkaitinto austenito stabilumą, pastumti C kreivę į dešinę ir taip sumažinti kritinį aušinimo greitį, gali pagerinti didelio stiprumo plieno grūdinamumą. Austenito stabilumas daugiausia priklauso nuo jo cheminės sudėties, grūdelių dydžio ir sudėties vienodumo, kurie yra susiję su plieno chemine sudėtimi ir kaitinimo sąlygomis.
3. Grūdinamumo matavimo metodas
Yra daug plieno grūdinamumo matavimo metodų, dažniausiai naudojami kritinio skersmens matavimo metodas ir galutinio grūdinamumo bandymo metodas.
(1) Kritinio skersmens matavimo metodas
Plieną grūdinant tam tikroje terpėje, didžiausias skersmuo, kai šerdis įgauna visą martensito struktūrą arba 50 % martensito, vadinamas kritiniu skersmeniu, kurį žymi Dc. Kritinio skersmens matavimo metodas yra pagamintas iš skirtingų skersmenų apvalių strypų serijos ir po grūdinimo išmatuotas kiekvieno bandinio pjūvio kietumo U kreivės, paskirstytos išilgai skersmens, rezultatas ir surastas strypas, kurio centre yra pusiau martensito struktūra. Apvalaus strypo skersmuo yra kritinis skersmuo. Kuo didesnis kritinis skersmuo, tuo didesnis plieno grūdinamumas.
(2) Galutinio gesinimo bandymo metodas
Grūdinimo bandymo metodui naudojamas standartinio dydžio grūdintas bandinys (Ф25 mm × 100 mm). Po austenitizavimo ant vieno bandinio galo specialia įranga purškiamas vanduo, kad jis būtų atvėsintas. Atvėsus, kietumas matuojamas ašies kryptimi – nuo vandeniu aušinamo galo. Atstumo santykio kreivės bandymo metodas. Grūdinimo bandymo metodas yra vienas iš plieno grūdinamumo nustatymo metodų. Jo privalumai – paprastas valdymas ir platus pritaikymo spektras.
4. Įtempio, deformacijos ir įtrūkimų slopinimas
(1) Ruošinio vidinis įtempis grūdinimo metu
Kai ruošinys greitai aušinamas grūdinimo terpėje, kadangi ruošinys yra tam tikro dydžio ir jo šilumos laidumo koeficientas taip pat yra tam tikros vertės, aušinimo proceso metu išilgai ruošinio vidinės dalies susidarys tam tikras temperatūros gradientas. Paviršiaus temperatūra yra žema, šerdies temperatūra yra aukšta, o paviršiaus ir šerdies temperatūros yra aukštos. Yra temperatūrų skirtumas. Ruošinio aušinimo proceso metu taip pat vyksta du fizikiniai reiškiniai: vienas yra šiluminis plėtimasis, kai temperatūrai krentant, ruošinio linijos ilgis traukiasi; kitas yra austenito virsmas martensitu, kai temperatūra nukrenta iki martensito virsmo taško, o tai padidina savitąjį tūrį. Dėl temperatūrų skirtumo aušinimo proceso metu šiluminio plėtimosi kiekis skirtingose ruošinio skerspjūvio vietose bus skirtingas, todėl skirtingose ruošinio dalyse atsiras vidinis įtempis. Dėl temperatūrų skirtumų ruošinyje taip pat gali būti dalių, kuriose temperatūra krenta greičiau nei taškas, kuriame susidaro martensitas. Transformacijos metu tūris išsiplečia, o aukštos temperatūros dalys vis dar yra aukštesnės už tašką ir vis dar yra austenito būsenoje. Šios skirtingos dalys taip pat sukurs vidinį įtempį dėl skirtingų specifinių tūrio pokyčių. Todėl grūdinimo ir aušinimo proceso metu gali susidaryti dviejų rūšių vidinis įtempis: vienas yra terminis įtempis, kitas – audinių įtempis.
Pagal vidinio įtempio egzistavimo laiko charakteristikas jį taip pat galima suskirstyti į momentinį ir liekamąjį įtempį. Vidinis įtempis, kurį ruošinys sukuria tam tikru momentu aušinimo proceso metu, vadinamas momentiniu įtempiu; ruošiniui atvėsus, ruošinio viduje likęs įtempis vadinamas liekamuoju įtempiu.
Terminis įtempis – tai įtempis, kurį sukelia netolygus šiluminis plėtimasis (arba šaltasis susitraukimas) dėl temperatūros skirtumų skirtingose ruošinio dalyse, kai jis kaitinamas (arba aušinamas).
Dabar paimkime kieto cilindro pavyzdį, kad iliustruotume vidinių įtempių susidarymą ir kitimo dėsnius jam auštant. Čia aptariamas tik ašinis įtempis. Aušimo pradžioje, kadangi paviršius greitai vėsta, temperatūra yra žema ir labai susitraukia, o vėstant šerdiai, temperatūra yra aukšta, o susitraukimas mažas. Dėl to paviršius ir vidus yra vienas kitą suvaržyti, todėl paviršiuje atsiranda tempimo įtempis, o šerdis yra veikiama slėgio. Aušinant, temperatūrų skirtumas tarp vidaus ir išorės didėja, atitinkamai didėja ir vidinis įtempis. Kai įtempis padidėja iki tokio lygio, kad viršytų takumo ribą šioje temperatūroje, įvyksta plastinė deformacija. Kadangi širdies storis yra didesnis nei paviršiaus, širdis visada pirmiausia susitraukia ašine kryptimi. Dėl plastinės deformacijos vidinis įtempis nebedidėja. Atvėsus iki tam tikro laiko, paviršiaus temperatūros mažėjimas palaipsniui lėtėja, o jos susitraukimas taip pat palaipsniui mažėja. Šiuo metu šerdis vis dar traukiasi, todėl tempimo įtempis paviršiuje ir gniuždymo įtempis šerdyje palaipsniui mažėja, kol išnyksta. Tačiau vėstant toliau, paviršiaus drėgmė vis mažėja, o susitraukimas vis mažėja arba net nustoja trauktis. Kadangi šerdies temperatūra vis dar aukšta, ji toliau trauksis, ir galiausiai ruošinio paviršiuje susidarys gniuždymo įtempis, o šerdyje – tempimo įtempis. Tačiau dėl žemos temperatūros plastinė deformacija sunkiai atsiranda, todėl šis įtempis vėstant didės. Jis toliau didėja ir galiausiai išlieka ruošinio viduje kaip liekamasis įtempis.
Matyti, kad aušinimo proceso metu atsirandantis terminis įtempis iš pradžių sukelia paviršiaus sluoksnio tempimą ir šerdies suspaudimą, o likęs liekamasis įtempis yra paviršiaus sluoksnio suspaudimas ir šerdies tempimas.
Apibendrinant galima teigti, kad aušinimo metu susidarantis terminis įtempis atsiranda dėl skerspjūvio temperatūrų skirtumo aušinimo proceso metu. Kuo didesnis aušinimo greitis ir kuo didesnis skerspjūvio temperatūrų skirtumas, tuo didesnis susidarantis terminis įtempis. Esant toms pačioms aušinimo terpės sąlygoms, kuo aukštesnė ruošinio kaitinimo temperatūra, kuo didesnis jo dydis, kuo mažesnis plieno šilumos laidumas, tuo didesnis temperatūrų skirtumas ruošinyje ir tuo didesnis terminis įtempis. Jei ruošinys aukštoje temperatūroje aušinamas netolygiai, jis bus iškraipytas ir deformuotas. Jei ruošinio aušinimo proceso metu susidarantis momentinis tempiamasis įtempis yra didesnis už medžiagos tempiamąjį stiprį, atsiras grūdinimo įtrūkimų.
Fazės virsmo įtempis – tai įtempis, kurį sukelia skirtingas fazės virsmo laikas įvairiose ruošinio dalyse terminio apdorojimo proceso metu, dar vadinamas audinių įtempimu.
Grūdinimo ir greito aušinimo metu, kai paviršiaus sluoksnis atvėsta iki Ms taško, įvyksta martensitinė transformacija ir tūrio padidėjimas. Tačiau dėl užsikimšimo dar netransformuotame branduolyje paviršiaus sluoksnis sukuria gniuždymo įtempį, o branduolys – tempimo įtempį. Kai įtempis pakankamai didelis, jis deformuojasi. Kai branduolys atvėsta iki Ms taško, jis taip pat patiria martensitinę transformaciją ir tūrio padidėjimas. Tačiau dėl transformuoto paviršiaus sluoksnio, turinčio mažą plastiškumą ir didelį stiprumą, galutinis liekamasis įtempis bus paviršiaus įtempimo pavidalu, o branduolys veikiamas slėgio. Matyti, kad fazės virsmo įtempio pokytis ir galutinė būsena yra visiškai priešingi terminiam įtempiui. Be to, kadangi fazės virsmo įtempis atsiranda žemoje temperatūroje ir esant mažam plastiškumui, deformacija šiuo metu yra sudėtinga, todėl fazės virsmo įtempis labiau linkęs sukelti ruošinio įtrūkimus.
Fazės virsmo įtempio dydį įtakoja daug veiksnių. Kuo greitesnis plieno aušinimo greitis martensito virsmo temperatūros diapazone, kuo didesnis plieno gabalo dydis, tuo blogesnis plieno šilumos laidumas, kuo didesnis martensito savitasis tūris, tuo didesnis fazės virsmo įtempis. Kuo jis didesnis, tuo didesnis. Be to, fazės virsmo įtempis taip pat susijęs su plieno sudėtimi ir plieno grūdinamumu. Pavyzdžiui, daug anglies turintis legiruotas plienas padidina martensito savitąjį tūrį dėl didelio anglies kiekio, o tai turėtų padidinti plieno fazės virsmo įtempį. Tačiau didėjant anglies kiekiui, Ms taškas mažėja, o po grūdinimo lieka daug likutinio austenito. Jo tūrio plėtimasis mažėja, o liekamasis įtempis yra mažas.
(2) Ruošinio deformacija grūdinimo metu
Grūdinimo metu ruošinyje vyksta du pagrindiniai deformacijos tipai: vienas yra ruošinio geometrinės formos pokytis, pasireiškiantis dydžio ir formos pokyčiais, dažnai vadinamais deformacija, kurią sukelia grūdinimo įtempis; kitas yra tūrinė deformacija, pasireiškianti proporcingu ruošinio tūrio išsiplėtimu arba susitraukimu, kurį sukelia specifinio tūrio pokytis fazės kitimo metu.
Deformacijos deformacija taip pat apima formos deformaciją ir sukimo deformaciją. Sukimo deformaciją daugiausia sukelia netinkamas ruošinio įdėjimas į krosnį kaitinimo metu, formavimo proceso trūkumas po deformacijos korekcijos prieš grūdinimą arba netolygus įvairių ruošinio dalių aušinimas, kai ruošinys aušinamas. Šią deformaciją galima analizuoti ir spręsti konkrečiose situacijose. Toliau daugiausia aptariama tūrinė deformacija ir formos deformacija.
1) Deformacijos gesinimo priežastys ir jos kitimo taisyklės
Tūrinė deformacija dėl struktūrinių pokyčių. Prieš grūdinimą ruošinio struktūrinė būsena paprastai yra perlitas, t. y. mišri ferito ir cementito struktūra, o po grūdinimo – martensitinė struktūra. Dėl skirtingų šių audinių specifinių tūrių tūriai keičiasi prieš grūdinimą ir po jo, todėl vyksta deformacija. Tačiau ši deformacija tik proporcingai išplečia ir susitraukia ruošinį, todėl jo forma nekeičia.
Be to, kuo daugiau martensito yra struktūroje po terminio apdorojimo arba kuo didesnis anglies kiekis martensite, tuo didesnis jos tūrio padidėjimas, o kuo didesnis išsaugoto austenito kiekis, tuo mažesnis tūrio padidėjimas. Todėl tūrio pokytį galima kontroliuoti kontroliuojant santykinį martensito ir likusio martensito kiekį terminio apdorojimo metu. Tinkamai kontroliuojant, tūris nei išsiplės, nei susitrauks.
Formos deformacija dėl terminio įtempio. Terminio įtempio sukelta deformacija atsiranda aukštos temperatūros srityse, kur plieninių detalių takumo riba yra maža, plastiškumas didelis, paviršius greitai vėsta, o temperatūrų skirtumas tarp ruošinio vidinės ir išorinės pusės yra didžiausias. Šiuo metu momentinis terminis įtempis yra paviršiaus tempimo įtempis ir šerdies gniuždymo įtempis. Kadangi šerdies temperatūra šiuo metu yra aukšta, takumo riba yra daug mažesnė nei paviršiaus, todėl ji pasireiškia kaip deformacija veikiant daugiakrypčiam gniuždymo įtempiui, t. y. kubas yra sferinio formos kryptimi. Įvairovė. Dėl to didesnis susitraukia, o mažesnis plečiasi. Pavyzdžiui, ilgas cilindras ilgio kryptimi trumpėja, o skersmens kryptimi plečiasi.
Audinių įtempio sukelta formos deformacija Audinių įtempio sukelta deformacija taip pat atsiranda ankstyvuoju momentu, kai audinių įtempis yra didžiausias. Šiuo metu skerspjūvio temperatūrų skirtumas yra didelis, šerdies temperatūra yra aukštesnė, ji vis dar yra austenitinės būsenos, plastiškumas yra geras, o takumo riba yra maža. Momentinis audinio įtempis yra paviršiaus gniuždymo įtempis ir šerdies tempimo įtempis. Todėl deformacija pasireiškia kaip šerdies pailgėjimas veikiant daugiakrypčiam tempimo įtempiui. Dėl to, veikiant audinių įtempiui, didesnė ruošinio pusė pailgėja, o mažesnė – sutrumpėja. Pavyzdžiui, ilgame cilindre audinių įtempio sukelta deformacija yra ilgio pailgėjimas ir skersmens sumažėjimas.
5.3 lentelėje pateiktos įvairių tipinių plieninių detalių gesinimo deformacijos taisyklės.
2) Gesinimo deformaciją įtakojantys veiksniai
Grūdinimo deformaciją daugiausia įtakojantys veiksniai yra plieno cheminė sudėtis, pradinė struktūra, dalių geometrija ir terminio apdorojimo procesas.
3) Įtrūkimų gesinimas
Įtrūkimai detalėse daugiausia atsiranda vėlyvajame grūdinimo ir aušinimo etape, t. y. po to, kai martensitinė transformacija iš esmės baigiasi arba visiškai atvėsta, atsiranda trapusis lūžis, nes tempiamasis įtempis detalėse viršija plieno lūžio stiprumą. Įtrūkimai paprastai yra statmeni didžiausios tempiamosios deformacijos krypčiai, todėl skirtingos įtrūkimų formos detalėse daugiausia priklauso nuo įtempių pasiskirstymo būsenos.
Įprasti gesinimo įtrūkimų tipai: išilginiai (ašiniai) įtrūkimai daugiausia atsiranda, kai tangentinis tempiamasis įtempis viršija medžiagos atsparumą lūžiui; skersiniai įtrūkimai susidaro, kai didelis ašinis tempiamasis įtempis, susidaręs detalės vidiniame paviršiuje, viršija medžiagos atsparumą lūžiui. Įtrūkimai; tinkliniai įtrūkimai susidaro veikiant dvimačiam tempiamajam įtempiui paviršiuje; lupimosi įtrūkimai atsiranda labai ploname sukietėjusiame sluoksnyje, kurie gali atsirasti, kai įtempis staigiai pasikeičia ir per didelis tempiamasis įtempis veikia radialine kryptimi. Įtrūkimo rūšis.
Išilginiai įtrūkimai taip pat vadinami ašiniais įtrūkimais. Įtrūkimai atsiranda esant didžiausiam tempimo įtempiui prie detalės paviršiaus ir turi tam tikrą gylį centro link. Įtrūkimų kryptis paprastai yra lygiagreti ašiai, tačiau kryptis taip pat gali pasikeisti, kai detalėje yra įtempių koncentracija arba kai yra vidinių konstrukcijos defektų.
Po visiško grūdinimo ruošinyje gali atsirasti išilginių įtrūkimų. Tai susiję su dideliu tangentiniu tempimo įtempimu grūdinto ruošinio paviršiuje. Didėjant plieno anglies kiekiui, didėja ir polinkis susidaryti išilginiams įtrūkimams. Mažo anglies kiekio plienas turi mažą specifinį martensito tūrį ir didelį terminį įtempį. Paviršiuje lieka didelis liekamasis gniuždymo įtempis, todėl jį sunku grūdinti. Didėjant anglies kiekiui, paviršiaus gniuždymo įtempis mažėja, o konstrukcinis įtempis didėja. Tuo pačiu metu didžiausias tempimo įtempis juda link paviršiaus sluoksnio. Todėl perkaitintas didelio anglies kiekio plienas yra linkęs į išilginius grūdinimo įtrūkimus.
Detalių dydis tiesiogiai veikia liekamojo įtempio dydį ir pasiskirstymą, o jų polinkis įtrūkti dėl gesinimo taip pat skiriasi. Grūdinant pavojingo skerspjūvio dydžio diapazone, lengvai susidaro išilginiai įtrūkimai. Be to, išilginiai įtrūkimai dažnai atsiranda dėl plieno žaliavų blokavimo. Kadangi dauguma plieninių detalių gaminamos valcavimo būdu, neauksiniai intarpai, karbidai ir kt. pliene pasiskirsto deformacijos kryptimi, todėl plienas yra anizotropinis. Pavyzdžiui, jei įrankinis plienas turi juostos formą, jo skersinis lūžio stipris po grūdinimo yra 30–50 % mažesnis nei išilginis lūžio stipris. Jei pliene yra tokių veiksnių kaip neauksiniai intarpai, kurie sukelia įtempių koncentraciją, net jei tangentinis įtempis yra didesnis nei ašinis įtempis, išilginiai įtrūkimai lengvai susidaro esant mažam įtempiui. Dėl šios priežasties griežta nemetalinių intarpų ir cukraus kiekio pliene kontrolė yra svarbus veiksnys, siekiant išvengti gesinimo įtrūkimų.
Skersinių ir lankinių įtrūkimų vidinių įtempių pasiskirstymo charakteristikos yra tokios: paviršius veikiamas gniuždymo įtempio. Tam tikrą atstumą palikus paviršių, gniuždymo įtempis pasikeičia į didelį tempimo įtempį. Įtrūkimas atsiranda tempimo įtempio srityje, o tada, kai vidinis įtempis, jis išplinta į detalės paviršių tik tuo atveju, jei jis persiskirsto arba plieno trapumas dar labiau padidėja.
Skersiniai įtrūkimai dažnai atsiranda didelėse veleno dalyse, tokiose kaip voleliai, turbinų rotoriai ar kitos veleno dalys. Įtrūkimų charakteristika yra ta, kad jie yra statmeni ašies krypčiai ir lūžta iš vidaus į išorę. Jie dažnai susidaro prieš sukietėjimą ir atsiranda dėl terminio įtempimo. Dideli kaltiniai dažnai turi metalurginių defektų, tokių kaip poros, intarpai, kalimo įtrūkimai ir baltos dėmės. Šie defektai yra lūžio pradžia ir lūžta veikiant ašiniam tempimo įtempiui. Lankiniai įtrūkimai atsiranda dėl terminio įtempimo ir paprastai pasiskirsto lanko forma tose dalyse, kur keičiasi detalės forma. Jie dažniausiai atsiranda ruošinio viduje arba šalia aštrių briaunų, griovelių ir skylių ir pasiskirsto lanko forma. Kai 80–100 mm ar didesnio skersmens arba storio didelio anglies kiekio plieno detalės nėra grūdinamos, paviršiuje atsiranda gniuždymo įtempis, o centre – tempimo įtempis. Įtempis, didžiausias tempimo įtempis atsiranda pereinamojoje zonoje iš sukietėjusio sluoksnio į nesukietėjusį sluoksnį, ir šiose vietose atsiranda lanko įtrūkimai. Be to, aštrūs kraštai ir kampai greitai aušinami ir viskas yra grūdinama. Pereinant prie švelnių detalių, t. y. į nesukietintą sritį, čia atsiranda didžiausio tempimo įtempio zona, todėl yra linkusios atsirasti lanko įtrūkimai. Aušinimo greitis šalia ruošinio kaiščio skylės, griovelio arba centrinės skylės yra lėtas, atitinkamas sukietėjęs sluoksnis yra plonas, o tempimo įtempis šalia sukietėjusios pereinamosios zonos gali lengvai sukelti lanko įtrūkimus.
Tinkliniai įtrūkimai, dar vadinami paviršiniais įtrūkimais, yra paviršiniai įtrūkimai. Įtrūkio gylis yra nedidelis, paprastai apie 0,01–1,5 mm. Pagrindinė šio tipo įtrūkimo savybė yra ta, kad savavališka įtrūkimo kryptis neturi nieko bendra su detalės forma. Daugelis įtrūkimų yra sujungti vienas su kitu, sudarydami tinklą, ir yra plačiai pasiskirstę. Kai įtrūkimo gylis yra didesnis, pavyzdžiui, daugiau nei 1 mm, tinklo charakteristikos išnyksta ir tampa atsitiktinai orientuotais arba išilgai pasiskirstiusiais įtrūkimais. Tinkliniai įtrūkimai yra susiję su dvimačio tempimo įtempio būsena paviršiuje.
Didelio anglies kiekio arba įanglinimo plieno detalės su dekarbiarizuotu paviršiumi yra linkusios grūdinimo metu susidaryti tinkliniams įtrūkimams. Taip yra todėl, kad paviršinio sluoksnio anglies kiekis ir savitasis tūris yra mažesni nei vidinio martensito sluoksnio. Grūdinimo metu karbido paviršinis sluoksnis yra veikiamas tempimo įtempio. Detalės, kurių defosforizacijos sluoksnis nebuvo visiškai pašalintas mechaninio apdorojimo metu, taip pat susidarys tinkliniams įtrūkimams aukšto dažnio arba liepsnos paviršiaus grūdinimo metu. Siekiant išvengti tokių įtrūkimų, detalių paviršiaus kokybė turėtų būti griežtai kontroliuojama, o terminio apdorojimo metu reikėtų vengti oksidacinio suvirinimo. Be to, po tam tikro laiko kalimo matricos naudojimo ertmėje atsirandantys terminio nuovargio įtrūkimai, kurie atsiranda juostų ar tinklų pavidalu, ir įtrūkimai, atsirandantys grūdintų detalių šlifavimo procese.
Lupimo įtrūkimai atsiranda labai siaurame paviršiaus sluoksnio plote. Gniuždymo įtempis veikia ašine ir tangentine kryptimis, o tempimo įtempis – radialine kryptimi. Įtrūkimai yra lygiagretūs detalės paviršiui. Tokiems įtrūkimams priskiriamas sukietėjusio sluoksnio lupimasis po paviršiaus grūdinimo ir įanglinimo detalių aušinimo. Jo atsiradimas susijęs su netolygia sukietėjusio sluoksnio struktūra. Pavyzdžiui, atvėsinus legiruotą įanglinto plieno lakštą tam tikru greičiu, įanglinto sluoksnio struktūra yra tokia: išorinis sluoksnis sudarytas iš itin smulkaus perlito ir karbido, o posluoksnis – iš martensito ir likusio austenito, vidinis sluoksnis – iš smulkaus perlito arba itin smulkaus perlito. Kadangi posluoksnio martensito susidarymo savitasis tūris yra didžiausias, dėl tūrio plėtimosi paviršiaus sluoksnį veikia gniuždymo įtempis ašine ir tangentine kryptimis, o tempimo įtempis – iš radialine kryptimi, o įtempio mutacija vyksta į vidų, pereinant į gniuždymo įtempio būseną, o lupimo įtrūkimai atsiranda itin plonose vietose, kur įtempis staigiai pereina. Paprastai įtrūkimai slypi viduje lygiagrečiai paviršiui, o sunkiais atvejais gali sukelti paviršiaus lupimąsi. Jei įanglintų detalių aušinimo greitis pagreitėja arba sumažėja, įanglintame sluoksnyje gali susidaryti vienoda martensito arba itin smulkios perlito struktūra, kuri gali užkirsti kelią tokių įtrūkimų atsiradimui. Be to, aukšto dažnio arba liepsnos paviršiaus gesinimo metu paviršius dažnai perkaitinamas, o struktūrinis nehomogeniškumas išilgai sukietėjusio sluoksnio gali lengvai sukelti tokius paviršiaus įtrūkimus.
Mikroįtrūkimai skiriasi nuo keturių anksčiau minėtų įtrūkimų tuo, kad juos sukelia mikroįtempiai. Tarpkristaliniai įtrūkimai, atsirandantys po grūdinimo, perkaitinimo ir šlifavimo iš didelio anglies kiekio įrankinio plieno arba įanglintų ruošinių, taip pat įtrūkimai, atsiradę dėl laiku neatleistos grūdintos detalės, yra susiję su mikroįtrūkimų egzistavimu pliene ir jų plėtimusi.
Mikroįtrūkimai turi būti tiriami mikroskopu. Jie dažniausiai atsiranda ties pradinėmis austenito grūdelių ribomis arba martensito lakštų sandūroje. Kai kurie įtrūkimai prasiskverbia pro martensito lakštus. Tyrimai rodo, kad mikroįtrūkimai dažniau pasitaiko sluoksniuotame dvyniniame martensite. Taip yra todėl, kad sluoksniuotasis martensitas, augdamas dideliu greičiu, susiduria vienas su kitu ir sukuria didelį įtempį. Tačiau pats dvyninis martensitas yra trapus ir negali sukelti plastinės deformacijos, kuri sumažina įtempį, todėl lengvai atsiranda mikroįtrūkimų. Austenito grūdeliai yra stambūs, todėl padidėja jautrumas mikroįtrūkimams. Mikroįtrūkimų buvimas pliene žymiai sumažina grūdintų dalių stiprumą ir plastiškumą, todėl jos gali anksti pažeisti (lūžti).
Siekiant išvengti mikroįtrūkimų detalėse, kuriose yra daug anglies, galima imtis tokių priemonių kaip žemesnė grūdinimo kaitinimo temperatūra, smulkios martensito struktūros gavimas ir anglies kiekio martensite sumažinimas. Be to, savalaikis atleidimas po grūdinimo yra veiksmingas būdas sumažinti vidinį įtempį. Bandymai parodė, kad po pakankamo atleidimo aukštesnėje nei 200 °C temperatūroje įtrūkimuose nusėdę karbidai „suvirina“ įtrūkimus, o tai gali žymiai sumažinti mikroįtrūkimų pavojų.
Aukščiau aptariamos įtrūkimų priežastys ir prevencijos metodai, pagrįsti įtrūkimų pasiskirstymo modeliu. Faktinėje gamyboje įtrūkimų pasiskirstymas skiriasi dėl tokių veiksnių kaip plieno kokybė, detalės forma ir karšto bei šalto apdorojimo technologija. Kartais įtrūkimai jau egzistuoja prieš terminį apdorojimą ir dar labiau išsiplečia grūdinimo proceso metu; kartais toje pačioje detalėje vienu metu gali atsirasti kelių formų įtrūkimai. Tokiu atveju, remiantis įtrūkimo morfologinėmis savybėmis, turėtų būti naudojama makroskopinė lūžio paviršiaus analizė, metalografinis tyrimas ir, kai reikia, cheminė analizė bei kiti metodai, siekiant atlikti išsamią analizę nuo medžiagos kokybės, organizacinės struktūros iki terminio apdorojimo įtempių priežasčių, siekiant rasti pagrindines įtrūkimo priežastis ir tada nustatyti veiksmingas prevencines priemones.
Įtrūkimų analizė yra svarbus metodas įtrūkimų priežastims analizuoti. Bet koks lūžis turi įtrūkimų pradžios tašką. Įtrūkimų gesinimas paprastai prasideda nuo radialinių įtrūkimų konvergencijos taško.
Jei įtrūkimo priežastis yra detalės paviršiuje, tai reiškia, kad įtrūkimą sukėlė per didelis paviršiaus tempimo įtempis. Jei paviršiuje nėra struktūrinių defektų, tokių kaip intarpai, tačiau yra įtempių koncentracijos veiksnių, tokių kaip ryškios peilio žymės, oksido apnašos, aštrūs plieninių detalių kampai arba struktūriniai detalių pakitimai, gali atsirasti įtrūkimų.
Jei įtrūkimo priežastis yra detalės viduje, tai susiję su medžiagos defektais arba per dideliu vidiniu liekamuoju tempimo įtempimu. Įprasto grūdinimo lūžio paviršius yra pilkas ir smulkus porcelianas. Jei lūžio paviršius yra tamsiai pilkas ir šiurkštus, tai atsirado dėl perkaitimo arba pirminis audinys yra storas.
Apskritai, grūdinimo įtrūkio stiklo dalyje neturėtų būti oksidacijos spalvos, o aplink įtrūkį neturėtų būti dekarbiarizacijos. Jei aplink įtrūkį yra dekarbiarizacijos arba oksidacijos spalvos įtrūkimo vietoje, tai rodo, kad detalė jau turėjo įtrūkimų prieš grūdinimą, o pradiniai įtrūkimai išsiplės dėl terminio apdorojimo įtempio. Jei šalia detalės įtrūkimų matomi atsiskyrę karbidai ir intarpai, tai reiškia, kad įtrūkimai yra susiję su dideliu karbidų atsiskyrimu žaliavoje arba intarpų buvimu. Jei įtrūkimai atsiranda tik aštriuose detalės kampuose arba formos mutacijos vietose, o aukščiau minėtas reiškinys neminimas, tai reiškia, kad įtrūkimą sukėlė nepagrįstas detalės konstrukcijos projektavimas, netinkamos įtrūkimų prevencijos priemonės arba per didelis terminio apdorojimo įtempis.
Be to, cheminio terminio apdorojimo ir paviršiaus grūdinimo detalių įtrūkimai dažniausiai atsiranda šalia sukietėjusio sluoksnio. Sukietėjusio sluoksnio struktūros gerinimas ir terminio apdorojimo įtempio sumažinimas yra svarbūs būdai, kaip išvengti paviršiaus įtrūkimų.
Įrašo laikas: 2024 m. gegužės 22 d.