Das intuitivste Verständnis der Oberflächenhärtung besteht darin, dass sie die Oberflächenhärte von Materialien verbessern und die Verschleißfestigkeit erhöhen kann. Es ist aber auch eine wirksame Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit von Materialien zu verbessern. Wissen Sie warum? Heute werfen wir einen Blick auf den Mechanismus dahinter.
Es gibt drei Hauptgründe für die häufigste Entstehung von Ermüdungsrissen, wie in der Abbildung oben dargestellt. Zum einen handelt es sich um eine Gleitversetzung auf der Oberfläche des Materials, und die anderen beiden werden durch interne Defekte des Materials verursacht, wie z. B. interne Fremdkörpereinschlüsse, Korngrenzenlücken (z. B. Schrumpflöcher) usw. Heute diskutieren wir die Auswirkung der Oberflächenhärtung auf die Ermüdungsfestigkeit. Unter der Voraussetzung, dass das Material keine Defekte aufweist, stehen Gleitversetzungen im Mittelpunkt der Betrachtung.
Wenn das Material einer äußeren Kraft ausgesetzt wird, kommt es zu einem Schlupf im mikroskopischen Maßstab, und die Gleitbänder erzeugen Extrusion und Intrusion, indem sie gegeneinander gleiten. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, wirken diese Gleitbänder und die angrenzenden Extrusions- und Intrusionsbereiche als Spannungskonzentrationspunkte, an denen Risse entstehen und sich entwickeln. Da die Scherspannung vorherrscht, treten Risse normalerweise auf und breiten sich in einem Winkel von 45 Grad aus. Im Vergleich zu den inneren Körnern ist es wahrscheinlicher, dass die Körner auf der Oberfläche der Teile aufgrund der fehlenden Unterstützung durch die umgebenden Körner früher Defekte bilden.
Wenn wir die Teile oberflächenhärten, wird die Härte der Materialoberfläche erheblich verbessert und die Härte steht in direktem Zusammenhang mit der Festigkeit des Metalls. Die Erhöhung der Härte bedeutet, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung zunimmt. Im Vergleich zu weichen Materialien, die nicht gehärtet wurden, ist die Wahrscheinlichkeit einer Gleitversetzungsbewegung bei gehärtetem Material relativ gering. Wenn Sie die Mikrofotografie betrachten, werden Sie feststellen, dass auf der gehärteten Oberfläche grundsätzlich keine offensichtliche Extrusion oder Intrusion zu erkennen ist. Daher gibt es keine Spannungskonzentration, die durch Gleitversetzungen auf der Metalloberfläche verursacht wird, und die Möglichkeit der Rissentstehung wird erheblich reduziert. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass durch Oberflächenhärtung die Ermüdungsfestigkeit des Materials verbessert werden kann. Natürlich gibt es auch einen sekundären Grund. Nach dem Abschrecken und Härten kann die Oberfläche des Materials normalerweise eine Restdruckspannung auf der Oberfläche bilden. Diese Druckeigenspannung trägt auch dazu bei, der Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen entgegenzuwirken, wodurch die Ermüdungslebensdauer des Materials verbessert wird. Am Ende sind jedoch zwei Punkte zu beachten: Erstens, wenn die Strukturkonstruktion der Teile unangemessen ist oder die Steuerung des Abschreckprozesses unangemessen ist, kann es während des Härteprozesses zu Rissen oder Mikrorissen kommen, die zur Ursache für Ermüdungsversagen werden. Zweitens können diese Prozesse, wenn die gehärteten Teile nachbearbeitet werden müssen, auch Mikrorisse (z. B. Schleifrisse) verursachen oder die Härteverteilung verändern, die Druckeigenspannung reduzieren oder sie sogar in Zugspannung umwandeln, was zu ungünstigen Faktoren für die Ermüdungsfestigkeit wird.(文章来源:iMechanics机械)
