Najintuitivnije razumijevanje površinskog otvrdnjavanja je da ono može poboljšati površinsku tvrdoću materijala i povećati otpornost na trošenje. Ali to je također učinkovit način za poboljšanje čvrstoće materijala na zamor. Znate li zašto? Danas ćemo pogledati mehanizam koji stoji iza toga.
Postoje tri glavna razloga za najčešće nukleiranje zamornih pukotina, kao što je prikazano na gornjoj slici. Jedan je dislokacija klizanja na površini materijala, a druga dva uzrokovana su unutarnjim nedostacima materijala, kao što su inkluzije unutarnjih stranih tvari, praznine na granicama zrna (kao što su rupe skupljanja), itd. Danas raspravljamo o učinku površinskog otvrdnjavanja na čvrstoću na zamor. Pod pretpostavkom da materijal nema nedostataka, klizne dislokacije su u središtu razmatranja.
Kada je materijal podvrgnut vanjskoj sili, dolazi do klizanja na mikroskopskoj razini, a klizne trake proizvode istiskivanje i intruziju klizanjem jedna o drugu. Kao što je prikazano na donjoj slici, ove trake klizanja i susjedna područja ekstruzije i intruzije djeluju kao točke koncentracije naprezanja, gdje nastaju i razvijaju se pukotine. Budući da je smično naprezanje dominantno, pukotine se obično pojavljuju i šire pod kutom od 45 stupnjeva. U usporedbi s unutarnjim zrncima, veća je vjerojatnost da će zrna na površini dijelova ranije stvoriti defekte zbog nedostatka potpore od okolnih zrna.
Kada površinski očvrsnemo dijelove, tvrdoća površine materijala se znatno poboljšava, a tvrdoća je izravno povezana sa čvrstoćom metala. Povećanje tvrdoće znači da se povećala njegova sposobnost otpornosti na plastičnu deformaciju. U usporedbi s mekim materijalima koji nisu očvrsli, relativno je manja vjerojatnost da će stvrdnuti materijal proizvesti pokret dislokacije klizanja. Promatrate li mikrofotografiju, ustanovit ćete da u osnovi nema očigledne ekstruzije ili intruzije na očvrsloj površini. Stoga nema koncentracije naprezanja uzrokovane kliznim dislokacijama na metalnoj površini, a mogućnost nastanka pukotine je znatno smanjena. Ovo je glavni razlog zašto površinsko kaljenje može poboljšati čvrstoću materijala na zamor. Naravno, postoji i sekundarni razlog. Nakon kaljenja i stvrdnjavanja, površina materijala obično može stvoriti zaostalo tlačno naprezanje na površini. Ovo tlačno zaostalo naprezanje također pomaže u otpornosti na iniciranje i širenje zamornih pukotina, čime se poboljšava vijek trajanja materijala od zamora. Međutim, postoje dvije točke koje treba podsjetiti sve na kraju: Prvo, ako je konstrukcijski dizajn dijelova nerazuman ili je kontrola procesa kaljenja nerazumna, mogu se pojaviti pukotine ili mikropukotine tijekom procesa otvrdnjavanja, što će postati izvor kvara uslijed zamora. Drugo, ako otvrdnute dijelove treba dovršiti, ovi procesi također mogu uzrokovati mikropukotine (kao što su pukotine od brušenja) ili promijeniti distribuciju tvrdoće, smanjiti zaostalo tlačno naprezanje ili ga čak transformirati u vlačno naprezanje, što će postati neki nepovoljni čimbenici koji utječu na čvrstoću zamora.(文章来源:iMechanics机械)
