Najintuitívnejšie chápanie povrchového kalenia je, že môže zlepšiť povrchovú tvrdosť materiálov a zvýšiť odolnosť proti opotrebovaniu. Ale je to tiež účinný spôsob, ako zlepšiť únavovú pevnosť materiálov. vieš prečo? Dnes sa pozrieme na mechanizmus, ktorý za tým stojí.
Existujú tri hlavné dôvody najbežnejšej nukleácie únavových trhlín, ako je znázornené na obrázku vyššie. Jedným je dislokácia sklzu na povrchu materiálu a ďalšie dva sú spôsobené vnútornými defektmi materiálu, ako sú vnútorné inklúzie cudzích látok, medzery na hraniciach zŕn (ako sú zmršťovacie otvory) atď. Dnes diskutujeme o vplyve povrchového spevnenia na únavovú pevnosť. Za predpokladu, že materiál nemá žiadne chyby, sú stredobodom pozornosti sklzové dislokácie.
Keď je materiál vystavený vonkajšej sile, dochádza k skĺznutiu v mikroskopickom meradle a klzné pásy vytvárajú extrúziu a intrúziu kĺzaním proti sebe. Ako je znázornené na obrázku nižšie, tieto klzné pásy a priľahlé oblasti extrúzie a vniknutia pôsobia ako body koncentrácie napätia, kde vznikajú a vznikajú trhliny. Pretože je dominantné šmykové napätie, trhliny sa zvyčajne objavujú a rozširujú pod uhlom 45 stupňov. V porovnaní s vnútornými zrnami je pravdepodobnejšie, že zrná na povrchu dielov vytvoria defekty skôr v dôsledku nedostatku opory z okolitých zŕn.
Keď povrchovo kalíme časti, tvrdosť povrchu materiálu sa výrazne zlepší a tvrdosť priamo súvisí s pevnosťou kovu. Nárast tvrdosti znamená, že sa zvýšila jeho schopnosť odolávať plastickej deformácii. V porovnaní s mäkkými materiálmi, ktoré neboli vytvrdené, je u tvrdeného materiálu relatívne menej pravdepodobné, že spôsobí sklzový dislokačný pohyb. Ak pozorujete mikrofotografiu, zistíte, že na vytvrdenom povrchu v podstate nie je zjavné pretláčanie alebo prenikanie. Preto nedochádza ku koncentrácii napätia spôsobenej dislokáciou sklzu na kovovom povrchu a možnosť iniciácie trhlín je značne znížená. To je hlavný dôvod, prečo povrchové kalenie môže zlepšiť únavovú pevnosť materiálu. Samozrejme, existuje aj sekundárny dôvod. Po kalení a vytvrdnutí môže povrch materiálu zvyčajne vytvárať zvyškové tlakové napätie na povrchu. Toto zvyškové napätie v tlaku tiež pomáha odolávať iniciácii a rozširovaniu únavových trhlín, čím sa zlepšuje únavová životnosť materiálu. Na záver je však potrebné každému pripomenúť dva body: Po prvé, ak je konštrukčný návrh dielov neprimeraný alebo riadenie procesu kalenia je neprimerané, počas procesu kalenia môže dôjsť k praskaniu alebo mikrotrhlinám, ktoré sa stanú zdrojom únavového zlyhania. Po druhé, ak je potrebné dokončiť kalené diely, tieto procesy môžu tiež spôsobiť mikrotrhliny (ako sú trhliny pri brúsení) alebo zmeniť rozdelenie tvrdosti, znížiť zvyškové tlakové napätie alebo ho dokonca premeniť na napätie v ťahu, čo sa stane niektorým nepriaznivým faktorom ovplyvňujúcim únavovú pevnosť.(文章来源:iMechanics机械)
