Οι προδιαγραφές σκληρότητας κυριαρχούν στα σχέδια θερμικής επεξεργασίας σφυρηλάτησης. Πολλά σχέδια δεν φέρουν τίποτα πέρα από τις τιμές HB ή HRC, συν ένα επιτρεπόμενο περιθώριο παραμόρφωσης. Ωστόσο, ο-έλεγχος ποιότητας βάσει σχεδιασμού εκτελεί βαθύτερες-τοπικές ζώνες θερμικής επεξεργασίας, οι απαιτήσεις βάθους περιβλήματος για επιφανειακά-σκληρυμένα εξαρτήματα και η σκληρότητα του πυρήνα αλληλεπιδρούν με όλα τα σχήματα την αξιοπιστία του τελικού εξαρτήματος. Οι στόχοι απόδοσης καθορίζουν κάθε δείκτη.
Σκληρότητα: Η κύρια μέτρηση με κρίσιμη προειδοποίηση
Η δοκιμή σκληρότητας κυριαρχεί στην επαλήθευση ποιότητας του καταστήματος-γρήγορη, μη καταστροφική και{1}}οικονομική. Ο συσχετισμός μεταξύ σκληρότητας και αντοχής σε εφελκυσμό το καθιστά πρακτικό υποκατάστατο για την αξιολόγηση μηχανικών ιδιοτήτων όταν η πλήρης δοκιμή εφελκυσμού δεν είναι πρακτική. Το ASTM A909/A909M συνδέει ρητά τη σκληρότητα με τις απαιτήσεις αντοχής διαρροής, αντοχής εφελκυσμού, επιμήκυνσης και ολκιμότητας σε σφυρηλάτηση από μικροκράμα ανθρακούχου χάλυβα.
Αλλά η τυφλή εξάρτηση από τις τιμές σκληρότητας του εγχειριδίου δημιουργεί αστοχίες πεδίου. Η ανάλυση λειτουργίας αποτυχίας πρέπει να οδηγεί σε στόχους σκληρότητας.
Μια ράβδος σφυρηλάτησης με μήτρα 10{5}} τόνων κατασκευασμένη από 40CrNi ή 35CrMo το δείχνει αυτό. Οι αρχικές προδιαγραφές προέβλεπαν χαμηλή σκληρότητα (241-270 HBW) με βάση την υποτιθέμενη κρούση-κυριάρχουσα φόρτιση. Η ζωή της ράβδου παρέμεινε μικρή. Η διερεύνηση αποτυχίας αποκάλυψε το κάταγμα κόπωσης-όχι υπερφόρτωση πρόσκρουσης-ως τον κύριο μηχανισμό. Η αύξηση της σκληρότητας στα 38-43 HRC επέκτεινε δραματικά τη διάρκεια ζωής. Η χαμηλότερη σκληρότητα θα ήταν ασφαλέστερη για κρούση. Η υψηλότερη σκληρότητα αποδείχθηκε σωστή για την κόπωση.
Οι σχεδιαστές που υπολογίζουν τις κατανομές τάσεων, εφαρμόζουν συντελεστές ασφάλειας, μετατρέπουν τις απαιτήσεις αντοχής μέσω τυπικών πινάκων μετατροπής σκληρότητας και το αποκαλούν ολοκληρωμένο-χάνουν εντελώς τη συζήτηση για τη λειτουργία αποτυχίας. Το κρύο-εργασιακό μάθημα προσφέρει το αντίστροφο. Οι πρέσες υψηλής-ακριβείας απαιτούν εργαλεία υψηλής σκληρότητας. Ωστόσο, η κακή ακρίβεια του μηχανήματος σε συνδυασμό με τη βαριά ενέργεια κρούσης προτιμά ελαφρώς μειωμένη σκληρότητα για να αποφευχθεί το θρυμματισμό των άκρων ή η πλήρης θραύση.
Ισχύς-Ισορροπία σκληρότητας: Η συμπληρωματική σχέση
Οι ποιότητες χάλυβα παρουσιάζουν αμοιβαία αποκλειστική συμπεριφορά αντοχής και σκληρότητας. Τα δομικά σφυρήλατα που έχουν σχεδιαστεί με υπερβολικά περιθώρια σκληρότητας θυσιάζουν την αντοχή, οδηγώντας εξαρτήματα μεγάλου μεγέθους με περιορισμένη διάρκεια ζωής κόπωσης. Αντίθετα, τα εργαλεία και οι μήτρες έχουν βελτιστοποιηθεί αποκλειστικά για αντίσταση στη φθορά-μέγιστη σκληρότητα, ελάχιστη σκληρότητα-πρόωρα θραύση υπό κυκλική κρούση.
Η κατάλληλη ισορροπία προκύπτει από τεκμηριωμένη ανάλυση συνθηκών υπηρεσίας. Οι τιμές αντοχής υλικού που μετρώνται από τυποποιημένα δείγματα δοκιμής σπάνια μεταφράζονται απευθείας σε επιδράσεις μεγέθους δομικής αντοχής εξαρτημάτων-, ευαισθησίας εγκοπής και καταστάσεις υπολειπόμενης τάσης μεταβάλλουν την πραγματική-παγκόσμια απόδοση κατά σημαντικά περιθώρια. Η ισχύς σε επίπεδο συστήματος-που περιλαμβάνει παρακείμενα αλληλεπιδρώντα στοιχεία προσθέτει μια άλλη μεταβλητή.
Τα διαφορικά σκληρότητας βελτιστοποιούν τη διάρκεια ζωής της συναρμολόγησης. Τα ρουλεμάν στοιχείων κύλισης αυξάνουν τη διάρκεια ζωής όταν η σφαίρα τρέχει 2 HRC πιο σκληρά από τον αυτοκινητόδρομο. Τα γρανάζι κίνησης του αυτοκινήτου έχουν καλύτερη απόδοση όταν η σκληρότητα της επιφάνειας υπερβαίνει το γρανάζι ζευγαρώματος κατά 2–5 HRC. Το ίδιο υλικό με την ίδια σκληρότητα, αντίθετα, συχνά παράγει κακή αντοχή στη φθορά κατά την επαφή τριβής.
Συντονισμός πυρήνα και επιφάνειας σε σκληρυμένα εξαρτήματα
Κασετίνα-σκληρυμένα μέρη-ανθρακοποιημένα, ανθρακωματωμένα, επαγωγικά σκληρυμένα, νιτρωμένα-απαιτούν συγκεκριμένους στόχους αντοχής πυρήνα σε σταθερό βάθος θήκης. Η υπερβολική αντοχή του πυρήνα μειώνει την ωφέλιμη υπολειμματική τάση συμπίεσης της επιφάνειας, μειώνοντας την αντοχή στην κόπωση. Η ανεπαρκής αντοχή του πυρήνα μετακινεί την έναρξη της κόπωσης στη ζώνη μετάβασης, επιταχύνοντας τη διάδοση της ρωγμής.
Το ISO 18203 τυποποιεί μεθόδους μέτρησης βάθους περιπτώσεων σε θερμικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της φλόγας, της επαγωγής, της δέσμης ηλεκτρονίων και της σκλήρυνσης με λέιζερ, καθώς και των θερμοχημικών επεξεργασιών όπως η ενανθράκωση, η νιτροποίηση και η νιτρίωση. Το έγγραφο ορίζει το βάθος σκλήρυνσης της θήκης ως την κατακόρυφη απόσταση από την επιφάνεια έως το σημείο μέτρησης σκληρότητας που φτάνει τα 550 HV ανά ISO 6507-1. Το βάθος σκληρότητας εναζώτου καθορίζει το σημείο όπου η σκληρότητα υπερβαίνει τις τιμές πυρήνα κατά 50 HV.
Οι βέλτιστες αναλογίες σκλήρυνσης για τα ενανθρακωμένα γρανάζια είναι μεταξύ 0,1 και 0,15 σχετικό πραγματικό βάθος θήκης. Πολλές υπάρχουσες προδιαγραφές είναι πολύ βαθύτερες από όσο χρειάζεται. Η μείωση του βάθους της θήκης σε αυτό το βελτιστοποιημένο εύρος διατηρεί ταυτόχρονα τη διάρκεια ζωής της κόπωσης, ενώ παρέχει μετρήσιμη εξοικονόμηση ενέργειας.
