סיבת עיוות בחישול לאחר טיפול בחום

לאחר חישול, נרמול, מרווה, הרפיה וטיפול בחום לשינוי פני השטח, החישול עלול לגרום לעיוות בטיפול תרמי.

שורש העיוות הוא המאמץ הפנימי של החישול במהלך טיפול בחום, כלומר, המאמץ הפנימי של החישול לאחר טיפול בחום נשאר עקב הפרש הטמפרטורה בין פנים וחוץ וההבדל בשינוי המבנה.

כאשר מאמץ זה עולה על נקודת הכניעה של הפלדה ברגע מסוים במהלך טיפול בחום, הוא יגרום לעיוות של החישול.

המאמץ הפנימי הנוצר בתהליך טיפול בחום כולל מאמץ תרמי ומאמץ שינוי פאזה.

1

1. המאמץ התרמי
כאשר חומר הזיוף מחומם ומקורר, הוא מלווה בתופעה של התפשטות תרמית והתכווצות קרה. כאשר פני השטח והליבה של חומר הזיוף מחוממים או מקוררים במהירויות שונות, וכתוצאה מכך נוצר הפרש טמפרטורה, ההתפשטות או ההתכווצות של הנפח שונה גם מזו של פני השטח והליבה. המאמץ הפנימי הנגרם משינויי נפח שונים עקב הפרש טמפרטורה נקרא מאמץ תרמי.
בתהליך טיפול בחום, הלחץ התרמי של החישול מתבטא בעיקר כך: כאשר החישול מחומם, טמפרטורת פני השטח עולה מהר יותר מהליבה, טמפרטורת פני השטח גבוהה ומתרחבת, טמפרטורת הליבה נמוכה ואינה מתרחבת, ובשלב זה מתח דחיסה על פני השטח ומתח מתח הליבה.
לאחר הדיאתרמיה, טמפרטורת הליבה עולה והחומר מתרחב. בנקודה זו, החומר מראה התפשטות נפחית.
קירור חומר העבודה, פני השטח מתקררים מהר יותר מהליבה, וכתוצאה מכך הצטמקות פני השטח נגרמת. טמפרטורה גבוהה של הלב מונעת התכווצות. מאמץ מתיחה על פני השטח יוצר מאמץ דחיסה על פני השטח. כאשר המשטח מתקרר לטמפרטורה מסוימת, הוא אינו מתכווץ יותר, והליבה מתקררת עקב התכווצות מתמשכת. פני השטח נמצאים תחת מאמץ דחיסה. בעוד שמאמץ המתיחה על פני השטח נשאר בתוך החומר הקירור, והוא מכונה מאמץ שיורי.

1

2. מאמץ שינוי פאזה

בתהליך הטיפול בחום, המסה והנפח של החומרים המחושלים חייבים להשתנות מכיוון שהמסה והנפח של מבנים שונים שונים.
בגלל הפרש הטמפרטורה בין פני השטח לליבת החישול, טרנספורמציה של הרקמה בין פני השטח לליבה אינה מתרחשת בזמן, ולכן ייווצר מתח פנימי כאשר שינוי המסה והנפח הפנימיים והחיצוניים שונים.
סוג זה של לחץ פנימי הנגרם כתוצאה מההבדל בטרנספורמציה של רקמות נקרא לחץ שינוי פאזה.

נפחי המסה של המבנים הבסיסיים בפלדה גדלים בסדר גודל של אוסטניט, פרליט, סוסטניט, טרוסטיט, היפוביניט, מרטנזיט מחוסם ומרטנזיט.
לדוגמה, כאשר חומר הזיוף עובר קירור מהיר, שכבת פני השטח הופכת מאוסטניט למרטנזיט והנפח מתרחב, אך הלב עדיין במצב אוסטניט, מה שמונע את התפשטות שכבת פני השטח. כתוצאה מכך, לב החומר הזיוף נתון למאמץ מתיחה, בעוד ששכבת פני השטח נתונה למאמץ דחיסה.
כאשר הוא ממשיך להתקרר, טמפרטורת פני השטח יורדת והוא כבר לא מתרחב, אבל נפח הלב ממשיך להתנפח כשהוא משתנה למרטנזיט, ולכן פני השטח מונעים זאת, כך שהלב נתון למאמץ דחיסה, והמשטח נתון למאמץ מתיחה.
לאחר קירור הקשר, מאמץ זה יישאר בתוך החומר ויהפוך למאמץ שיורי.

לכן, במהלך תהליך הכיבוי והקירור, המאמץ התרמי ומאמץ שינוי הפאזה מנוגדים, ושני המאמצים שנותרים בחישול מנוגדים גם הם.
המאמץ המשולב של מאמץ תרמי ומאמץ שינוי פאזה נקרא מאמץ פנימי מרווה.
כאשר המאמץ הפנימי השיורי בחישול עולה על נקודת הכניעה של הפלדה, חומר העבודה יגרום לעיוות פלסטי, וכתוצאה מכך לעיוות החישול.

(מתוך: 168 נטו של חומרי חישול)


זמן פרסום: 29 במאי 2020

  • קוֹדֵם:
  • הַבָּא: