Nejintuitivnější chápání povrchového kalení je, že může zlepšit povrchovou tvrdost materiálů a zvýšit odolnost proti opotřebení. Je to ale také účinný způsob, jak zlepšit únavovou pevnost materiálů. víš proč? Dnes se podíváme na mechanismus, který za tím stojí.
Existují tři hlavní důvody pro nejčastější nukleaci únavových trhlin, jak ukazuje obrázek výše. Jedním je dislokace skluzu na povrchu materiálu a další dva jsou způsobeny vnitřními defekty materiálu, jako jsou vměstky vnitřních cizích látek, mezery na hranicích zrn (jako jsou smršťovací otvory) atd. Dnes diskutujeme o vlivu povrchového zpevnění na únavovou pevnost. Za předpokladu, že materiál nemá žádné vady, jsou středem pozornosti skluzové dislokace.
Když je materiál vystaven vnější síle, dochází ke skluzu v mikroskopickém měřítku a skluzové pásy vytvářejí extruzi a pronikání vzájemným klouzáním proti sobě. Jak je znázorněno na obrázku níže, tyto skluzové pásy a přilehlé oblasti vytlačování a pronikání působí jako body koncentrace napětí, kde vznikají a vznikají trhliny. Protože je dominantní smykové napětí, trhliny se obvykle objevují a rozšiřují pod úhlem 45 stupňů. Ve srovnání s vnitřními zrny je u zrn na povrchu dílů pravděpodobnější, že dříve vytvoří defekty kvůli nedostatku podpory okolními zrny.
Když povrchově kalíme díly, tvrdost povrchu materiálu se výrazně zlepší a tvrdost přímo souvisí s pevností kovu. Nárůst tvrdosti znamená, že se zvýšila jeho schopnost odolávat plastické deformaci. Ve srovnání s měkkými materiály, které nebyly vytvrzeny, je u vytvrzeného materiálu relativně méně pravděpodobné, že způsobí posuvný dislokační pohyb. Pozorujete-li mikrofotografii, zjistíte, že na vytvrzeném povrchu v podstatě není patrná žádná extruze nebo vniknutí. Proto nedochází ke koncentraci napětí způsobené dislokací skluzu na kovovém povrchu a možnost iniciace trhlin je značně snížena. To je hlavní důvod, proč povrchové kalení může zlepšit únavovou pevnost materiálu. Samozřejmě je tu i sekundární důvod. Po kalení a vytvrzení může povrch materiálu obvykle vytvářet na povrchu zbytkové tlakové napětí. Toto zbytkové napětí v tlaku také pomáhá odolávat iniciaci a expanzi únavových trhlin, čímž zlepšuje únavovou životnost materiálu. Na závěr je však třeba všem připomenout dva body: Za prvé, pokud je konstrukční návrh dílů nepřiměřený nebo řízení procesu kalení nepřiměřené, může během procesu kalení dojít k praskání nebo mikrotrhlinám, které se stanou zdrojem únavového selhání. Za druhé, pokud je třeba dokončit kalené díly, mohou tyto procesy také způsobit mikrotrhliny (jako jsou praskliny při broušení) nebo změnit rozložení tvrdosti, snížit zbytkové tlakové napětí nebo je dokonce přeměnit na napětí v tahu, což se stanou některými nepříznivými faktory ovlivňujícími únavovou pevnost.(文章来源:iMechanics机械)
