Taontamateriaalin muodonmuutoksen syy lämpökäsittelyn jälkeen

Hehkutus-, normalisointi-, sammutus-, päästö- ja pinnanmuokkauslämpökäsittelyn jälkeen taottu osa voi aiheuttaa lämpökäsittelyssä syntyviä vääristymiä.

Vääristymän perimmäinen syy on taotun kappaleen sisäinen jännitys lämpökäsittelyn aikana eli taotun kappaleen sisäinen jännitys lämpökäsittelyn jälkeen jää jäljelle sisä- ja ulkolämpötilan eron sekä rakennemuutoksen eron vuoksi.

Kun tämä jännitys ylittää teräksen myötörajan tietyllä hetkellä lämpökäsittelyn aikana, se aiheuttaa taotun kappaleen vääristymiä.

Lämpökäsittelyprosessissa syntyvään sisäiseen jännitykseen kuuluvat lämpöjännitys ja faasimuutosjännitys.

1

1. Lämpöjännitys
Kun taottua kappaletta kuumennetaan ja jäähdytetään, siihen liittyy lämpölaajenemisen ja kylmäsupistumisen ilmiö. Kun taotun kappaleen pintaa ja ydintä kuumennetaan tai jäähdytetään eri nopeuksilla, mikä johtaa lämpötilaeroon, tilavuuden laajeneminen tai supistuminen on myös erilainen kuin pinnan ja ytimen tilavuuden laajeneminen tai supistuminen. Lämpötilaeron aiheuttamien erilaisten tilavuusmuutosten aiheuttamaa sisäistä jännitystä kutsutaan lämpöjännitykseksi.
Lämpökäsittelyprosessissa taotun kappaleen lämpöjännitys ilmenee pääasiassa seuraavasti: kun taottua kappaletta kuumennetaan, pinnan lämpötila nousee nopeammin kuin ytimen lämpötila, pinnan lämpötila on korkea ja laajenee, ytimen lämpötila on alhainen eikä laajene, tällä hetkellä pinnan puristusjännitys ja ytimen vetojännitys.
Diatermian jälkeen ydinlämpötila nousee ja taottu kappale laajenee. Tässä vaiheessa taottu kappale osoittaa tilavuuden laajenemista.
Työkappaleen jäähtyessä pinta jäähtyy nopeammin kuin ydin, pinnan kutistuminen, sydämen korkea lämpötila kutistumisen estämiseksi, pinnan vetojännitys, sydän tuottaa puristusjännitystä, kun se jäähdytetään tiettyyn lämpötilaan, pinta ei enää supistu, ja ydin jäähtyy jatkuvan supistumisen vuoksi, pintaan kohdistuu puristusjännitystä, kun taas sydämessä on vetojännitys, jäähdytyksen lopussa oleva jännitys on edelleen olemassa takomassa ja sitä kutsutaan jäännösjännitykseksi.

1

2. Faasimuutosjännitys

Lämpökäsittelyprosessissa taettujen kappaleiden massan ja tilavuuden on muututtava, koska eri rakenteiden massa ja tilavuus ovat erilaiset.
Taotteen pinnan ja ytimen välisen lämpötilaeron vuoksi pinnan ja ytimen välinen kudosmuutos ei ole ajankohtainen, joten sisäinen jännitys syntyy, kun sisäinen ja ulkoinen massan ja tilavuuden muutos on erilainen.
Tällaista kudosmuutoksen eron aiheuttamaa sisäistä stressiä kutsutaan faasimuutosstressiksi.

Teräksen perusrakenteiden massatilavuudet kasvavat järjestyksessä austeniittinen, perliitti, sosteniittinen, troostiitti, hypobainiitti, karkaistu martensiitti ja martensiitti.
Esimerkiksi kun taottu kappale sammutetaan ja jäähdytetään nopeasti, pintakerros muuttuu austeniitista martensiitiksi ja tilavuus laajenee, mutta sydänosa on edelleen austeniittisessa tilassa, mikä estää pintakerroksen laajenemisen. Tämän seurauksena taotun kappaleen sydänosa altistuu vetojännitykselle, kun taas pintakerros altistuu puristusjännitykselle.
Kun se jatkaa jäähtymistään, pinnan lämpötila laskee eikä se enää laajene, mutta sydämen tilavuus jatkaa turpoamista muuttuessaan martensiitiksi, joten pinta estää sitä, joten sydän altistuu puristusjännitykselle ja pinta altistuu vetojännitykselle.
Solmun jäähdyttyä tämä jännitys jää taotun kappaleen sisään ja siitä tulee jäännösjännitys.

Siksi sammutus- ja jäähdytysprosessin aikana lämpöjännitys ja faasimuutosjännitys ovat vastakkaiset, ja myös kaksi takomassaan jäävää jännitystä ovat vastakkaiset.
Lämpöjännityksen ja faasimuutosjännityksen yhdistettyä jännitystä kutsutaan sammutusjännitykseksi.
Kun taotun kappaleen jäännösjännitys ylittää teräksen myötörajan, työkappale aiheuttaa plastista muodonmuutosta, mikä johtaa taotun kappaleen vääristymään.

(alkaen: 168 takomusverkkoa)


Julkaisun aika: 29.5.2020

  • Edellinen:
  • Seuraavaksi: