ყოვლისმომცველი და დეტალური! ფოლადის გამაგრების სრული ცოდნა!

ჩაქრობის განმარტება და მიზანი
ფოლადი თბება კრიტიკულ წერტილ Ac3-ზე (ჰიპოევტექტოიდური ფოლადი) ან Ac1-ზე (ჰიპერევტექტოიდური ფოლადი) მაღალ ტემპერატურამდე, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ინახება სრული ან ნაწილობრივი აუსტენიტიზაციისთვის და შემდეგ ცივდება კრიტიკულ ჩაქრობის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარით. თერმული დამუშავების პროცესს, რომელიც ზეგაცივებულ აუსტენიტს მარტენსიტად ან ქვედა ბაინიტად გარდაქმნის, ჩაქრობა ეწოდება.

ჩაქრობის მიზანია ზეგაცივებული აუსტენიტის მარტენსიტად ან ბაინიტად გარდაქმნა მარტენსიტის ან ქვედა ბაინიტის სტრუქტურის მისაღებად, რომელიც შემდეგ სხვადასხვა ტემპერატურაზე გახურდება ფოლადის სიმტკიცის, სიმტკიცისა და მდგრადობის მნიშვნელოვნად გასაუმჯობესებლად. ცვეთამედეგობა, დაღლილობისადმი სიმტკიცე და სიმტკიცე და ა.შ., სხვადასხვა მექანიკური ნაწილისა და ხელსაწყოების სხვადასხვა გამოყენების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. ჩაქრობა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარკვეული სპეციალური ფოლადების განსაკუთრებული ფიზიკური და ქიმიური თვისებების დასაკმაყოფილებლად, როგორიცაა ფერომაგნეტიზმი და კოროზიისადმი მდგრადობა.

როდესაც ფოლადის ნაწილები გაცივდება ჩაქრობის გარემოში ფიზიკური მდგომარეობის ცვლილებებით, გაგრილების პროცესი ზოგადად იყოფა შემდეგ სამ ეტაპად: ორთქლის აპკის ეტაპი, დუღილის ეტაპი და კონვექციის ეტაპი.

ფოლადის გამაგრება
გამაგრება და გამაგრების უნარი ფოლადის გამაგრების უნარის დამახასიათებელი ორი მაჩვენებელია. ისინი ასევე მასალის შერჩევისა და გამოყენების მნიშვნელოვან საფუძველს წარმოადგენენ.

1. გამკვრივებისა და გამკვრივების ცნებები

გამაგრება არის ფოლადის უნარი, მიაღწიოს უმაღლეს სიმტკიცეს იდეალურ პირობებში გამაგრებისა და გამაგრების შემდეგ. ფოლადის გამაგრების განმსაზღვრელი მთავარი ფაქტორი არის ფოლადში ნახშირბადის შემცველობა. უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, ეს არის ნახშირბადის შემცველობა, რომელიც გახსნილია აუსტენიტში გამაგრებისა და გაცხელების დროს. რაც უფრო მაღალია ნახშირბადის შემცველობა, მით უფრო მაღალია ფოლადის გამაგრება. ფოლადში შენადნობი ელემენტები მცირე გავლენას ახდენენ გამაგრებაზე, მაგრამ მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ფოლადის გამაგრებაზე.

გამაგრება გულისხმობს მახასიათებლებს, რომლებიც განსაზღვრულ პირობებში განსაზღვრავს ფოლადის გამაგრების სიღრმეს და სიმტკიცის განაწილებას. ეს არის ფოლადის თანდაყოლილი თვისება, რომლის დროსაც მიიღება გამაგრებული ფენის სიღრმე. ეს ფოლადის თანდაყოლილი თვისებაა. გამაგრება სინამდვილეში ასახავს იმ სიმარტივეს, რომლითაც აუსტენიტი გარდაიქმნება მარტენსიტად ფოლადის გამაგრების დროს. ის ძირითადად დაკავშირებულია ფოლადის ზეგაცივებული აუსტენიტის სტაბილურობასთან ან ფოლადის კრიტიკულ გამაგრების გაგრილების სიჩქარესთან.

ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ ფოლადის გამკვრივება უნდა განვასხვავოთ ფოლადის ნაწილების ეფექტური გამკვრივების სიღრმისგან სპეციფიკური გამკვრივების პირობებში. ფოლადის გამკვრივება თავად ფოლადის თანდაყოლილი თვისებაა. ის მხოლოდ მის შინაგან ფაქტორებზეა დამოკიდებული და გარე ფაქტორებთან არაფერი აქვს საერთო. ფოლადის ეფექტური გამკვრივების სიღრმე არა მხოლოდ ფოლადის გამკვრივებაზეა დამოკიდებული, არამედ გამოყენებულ მასალაზეც. ის დაკავშირებულია გარე ფაქტორებთან, როგორიცაა გამაგრილებელი საშუალება და სამუშაო ნაწილის ზომა. მაგალითად, იმავე აუსტენიტიზაციის პირობებში, იმავე ფოლადის გამკვრივება იგივეა, მაგრამ წყლით გამკვრივების ეფექტური გამკვრივების სიღრმე უფრო დიდია, ვიდრე ზეთით გამკვრივების, ხოლო პატარა ნაწილები უფრო პატარაა, ვიდრე ზეთით გამკვრივება. დიდი ნაწილების ეფექტური გამკვრივების სიღრმე დიდია. არ შეიძლება ითქვას, რომ წყლით გამკვრივებას უფრო მაღალი გამკვრივება აქვს, ვიდრე ზეთით გამკვრივებას. არ შეიძლება ითქვას, რომ პატარა ნაწილებს უფრო მაღალი გამკვრივება აქვთ, ვიდრე დიდ ნაწილებს. ჩანს, რომ ფოლადის გამკვრივების შესაფასებლად უნდა გამოირიცხოს გარე ფაქტორების გავლენა, როგორიცაა სამუშაო ნაწილის ფორმა, ზომა, გამაგრილებელი საშუალება და ა.შ.

გარდა ამისა, რადგან გამაგრება და მყარად გამაგრება ორი განსხვავებული ცნებაა, მაღალი სიმტკიცის მქონე ფოლადს გამაგრების შემდეგ სულაც არ აქვს მაღალი გამაგრება; დაბალი სიმტკიცის მქონე ფოლადსაც შეიძლება ჰქონდეს მაღალი გამაგრება.

2. გამკვრივებაზე მოქმედი ფაქტორები

ფოლადის გამყარება დამოკიდებულია აუსტენიტის სტაბილურობაზე. ნებისმიერი ფაქტორი, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს ზეგაცივებული აუსტენიტის სტაბილურობა, გადაწიოს C მრუდი მარჯვნივ და ამით შეამციროს კრიტიკული გაგრილების სიჩქარე, შეუძლია გააუმჯობესოს მაღალი გამყარების მქონე ფოლადის გამყარება. აუსტენიტის სტაბილურობა ძირითადად დამოკიდებულია მის ქიმიურ შემადგენლობაზე, მარცვლის ზომაზე და შემადგენლობის ერთგვაროვნებაზე, რაც დაკავშირებულია ფოლადის ქიმიურ შემადგენლობასთან და გათბობის პირობებთან.

3. გამაგრების გაზომვის მეთოდი

ფოლადის გამაგრების გასაზომად მრავალი მეთოდი არსებობს, რომელთაგან ყველაზე ხშირად გამოიყენება კრიტიკული დიამეტრის გაზომვის მეთოდი და საბოლოო გამაგრების ტესტირების მეთოდი.

(1) კრიტიკული დიამეტრის გაზომვის მეთოდი

ფოლადის გარკვეულ გარემოში გამაგრების შემდეგ, მაქსიმალურ დიამეტრს, როდესაც ბირთვი მთლიანად მარტენსიტის ან 50%-იანი მარტენსიტის სტრუქტურას იღებს, კრიტიკული დიამეტრი ეწოდება, რომელიც Dc-ით არის წარმოდგენილი. კრიტიკული დიამეტრის გაზომვის მეთოდი გულისხმობს სხვადასხვა დიამეტრის მქონე მრგვალი ღეროების სერიის დამზადებას და გამაგრების შემდეგ, თითოეული ნიმუშის მონაკვეთზე დიამეტრის გასწვრივ განაწილებული სიმტკიცის U მრუდის გაზომვას და ცენტრში ნახევრად მარტენსიტის სტრუქტურის მქონე ღეროს პოვნას. მრგვალი ღეროს დიამეტრი ეს არის კრიტიკული დიამეტრი. რაც უფრო დიდია კრიტიკული დიამეტრი, მით უფრო მაღალია ფოლადის გამაგრების უნარი.

(2) ბოლოში ჩაქრობის ტესტის მეთოდი

ბოლოში გამაგრების ტესტის მეთოდი იყენებს სტანდარტული ზომის ბოლოში გამაგრებულ ნიმუშს (Ф25 მმ × 100 მმ). აუსტენიტიზაციის შემდეგ, ნიმუშის ერთ ბოლოზე სპეციალური აღჭურვილობით წყალი ასხურდება გასაგრილებლად. გაგრილების შემდეგ, სიმტკიცე იზომება ღერძის მიმართულებით - წყლით გაცივებული ბოლოდან. მანძილის მიმართულების მრუდის ტესტის მეთოდი. ბოლოში გამაგრების ტესტის მეთოდი ფოლადის გამაგრების განსაზღვრის ერთ-ერთი მეთოდია. მისი უპირატესობებია მარტივი ექსპლუატაცია და ფართო გამოყენების დიაპაზონი.

4. სტრესის, დეფორმაციისა და ბზარების შეკავება

(1) სამუშაო ნაწილის შიდა დაძაბულობა ჩაქრობის დროს

როდესაც სამუშაო ნაწილი სწრაფად გაცივდება ჩაქრობის გარემოში, რადგან სამუშაო ნაწილს აქვს გარკვეული ზომა და თბოგამტარობის კოეფიციენტიც გარკვეული მნიშვნელობაა, გაგრილების პროცესის დროს სამუშაო ნაწილის შიდა მონაკვეთზე წარმოიქმნება გარკვეული ტემპერატურის გრადიენტი. ზედაპირის ტემპერატურა დაბალია, ბირთვის ტემპერატურა მაღალია და ზედაპირისა და ბირთვის ტემპერატურა მაღალია. არსებობს ტემპერატურული სხვაობა. სამუშაო ნაწილის გაგრილების პროცესის დროს ასევე არსებობს ორი ფიზიკური ფენომენი: ერთი არის თერმული გაფართოება, როდესაც ტემპერატურა ეცემა, სამუშაო ნაწილის ხაზის სიგრძე შეკუმშვა; მეორე არის აუსტენიტის მარტენსიტად გარდაქმნა, როდესაც ტემპერატურა ეცემა მარტენსიტის გარდაქმნის წერტილამდე, რაც ზრდის სპეციფიკურ მოცულობას. გაგრილების პროცესის დროს ტემპერატურის სხვაობის გამო, თერმული გაფართოების რაოდენობა განსხვავებული იქნება სამუშაო ნაწილის განივი კვეთის სხვადასხვა ნაწილში და შინაგანი დაძაბულობა წარმოიქმნება სამუშაო ნაწილის სხვადასხვა ნაწილში. სამუშაო ნაწილში ტემპერატურული სხვაობის არსებობის გამო, შეიძლება ასევე იყოს ნაწილები, სადაც ტემპერატურა უფრო სწრაფად ეცემა, ვიდრე იმ წერტილში, სადაც მარტენსიტი წარმოიქმნება. ტრანსფორმაციის დროს მოცულობა ფართოვდება და მაღალი ტემპერატურის მქონე ნაწილები კვლავ წერტილზე მაღლა არიან და კვლავ აუსტენიტის მდგომარეობაში არიან. ეს განსხვავებული ნაწილები ასევე წარმოქმნიან შინაგან სტრესს მოცულობის სპეციფიკური ცვლილებების განსხვავებების გამო. ამიტომ, ჩაქრობისა და გაგრილების პროცესში შეიძლება წარმოიქმნას ორი სახის შინაგანი სტრესი: ერთი არის თერმული სტრესი; მეორე კი ქსოვილის სტრესი.

შინაგანი დაძაბულობის არსებობის დროის მახასიათებლების მიხედვით, ის ასევე შეიძლება დაიყოს მყისიერ და ნარჩენ დაძაბულობად. გაგრილების პროცესის გარკვეულ მომენტში სამუშაო ნაწილის მიერ წარმოქმნილ შინაგან დაძაბულობას მყისიერი დაძაბულობა ეწოდება; სამუშაო ნაწილის გაგრილების შემდეგ, სამუშაო ნაწილის შიგნით დარჩენილ დაძაბულობას ნარჩენი დაძაბულობა ეწოდება.

თერმული სტრესი გულისხმობს არათანმიმდევრული თერმული გაფართოებით (ან ცივი შეკუმშვით) გამოწვეულ სტრესს, რაც გამოწვეულია სამუშაო ნაწილის სხვადასხვა ნაწილში ტემპერატურის სხვაობით მისი გაცხელების (ან გაგრილების) დროს.

ახლა, მაგალითად, ავიღოთ მყარი ცილინდრი, რათა ილუსტრირებული იყოს მისი გაგრილების პროცესში შინაგანი დაძაბულობის ფორმირებისა და ცვლილების წესები. აქ მხოლოდ ღერძული დაძაბულობაა განხილული. გაგრილების დასაწყისში, რადგან ზედაპირი სწრაფად ცივდება, ტემპერატურა დაბალია და ძლიერ იკუმშება, ხოლო ბირთვი გაცივებულია, ტემპერატურა მაღალია და შეკუმშვა მცირეა. შედეგად, ზედაპირი და შიდა ნაწილი ურთიერთშეზღუდულია, რაც იწვევს ზედაპირზე დაჭიმვის დაძაბულობას, ხოლო ბირთვი წნევის ქვეშაა. გაგრილების გაგრძელებისას, შიდა და გარე ნაწილებს შორის ტემპერატურული სხვაობა იზრდება და შესაბამისად იზრდება შიდა დაძაბულობაც. როდესაც დაძაბულობა იზრდება და ამ ტემპერატურაზე დენადობის ზღვარს აღემატება, ხდება პლასტიკური დეფორმაცია. რადგან გულის სისქე ზედაპირის სისქეზე მაღალია, გული ყოველთვის ღერძულად იკუმშება ჯერ. პლასტიკური დეფორმაციის შედეგად, შიდა დაძაბულობა აღარ იზრდება. გარკვეული პერიოდის განმავლობაში გაგრილების შემდეგ, ზედაპირის ტემპერატურის კლება თანდათან შენელდება და მისი შეკუმშვაც თანდათან შემცირდება. ამ დროს, ბირთვი კვლავ იკუმშება, ამიტომ ზედაპირზე დაჭიმვის და ბირთვზე შეკუმშვის დაძაბულობა თანდათან შემცირდება მანამ, სანამ არ გაქრება. თუმცა, გაგრილების გაგრძელებასთან ერთად, ზედაპირის ტენიანობა სულ უფრო და უფრო მცირდება და შეკუმშვის რაოდენობაც სულ უფრო და უფრო მცირდება, ან საერთოდ წყვეტს შეკუმშვას. რადგან ბირთვში ტემპერატურა კვლავ მაღალია, ის გააგრძელებს შეკუმშვას და საბოლოოდ, სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე წარმოიქმნება შეკუმშვის სტრესი, ხოლო ბირთვს ექნება გამჭიმვის სტრესი. თუმცა, რადგან ტემპერატურა დაბალია, პლასტიკური დეფორმაცია ადვილი არ არის, ამიტომ ეს სტრესი გაგრილების გაგრძელებასთან ერთად გაიზრდება. ის კვლავ იზრდება და საბოლოოდ სამუშაო ნაწილის შიგნით ნარჩენი სტრესის სახით რჩება.

ჩანს, რომ გაგრილების პროცესის დროს თერმული სტრესი თავდაპირველად იწვევს ზედაპირული ფენის გაჭიმვას და ბირთვის შეკუმშვას, ხოლო დარჩენილი ნარჩენი სტრესი წარმოადგენს შესაკუმშ ზედაპირულ ფენას და გასაჭიმ ბირთვს.

შეჯამებისთვის, ჩაქრობის გაგრილების დროს წარმოქმნილი თერმული სტრესი გამოწვეულია გაგრილების პროცესში განივი კვეთის ტემპერატურის სხვაობით. რაც უფრო დიდია გაგრილების სიჩქარე და რაც უფრო დიდია განივი კვეთის ტემპერატურის სხვაობა, მით უფრო დიდია წარმოქმნილი თერმული სტრესი. ერთი და იგივე გამაგრილებელი გარემოს პირობებში, რაც უფრო მაღალია სამუშაო ნაწილის გაცხელების ტემპერატურა, რაც უფრო დიდია მისი ზომა, რაც უფრო მცირეა ფოლადის თბოგამტარობა, მით უფრო დიდია ტემპერატურული სხვაობა სამუშაო ნაწილში და მით უფრო დიდია თერმული სტრესი. თუ სამუშაო ნაწილი არათანაბრად გაცივდება მაღალ ტემპერატურაზე, ის დამახინჯდება და დეფორმირდება. თუ სამუშაო ნაწილის გაგრილების პროცესში წარმოქმნილი მყისიერი დაჭიმვის სტრესი მეტია მასალის დაჭიმვის სიმტკიცეზე, წარმოიქმნება ჩაქრობის ბზარები.

ფაზური ტრანსფორმაციის სტრესი გულისხმობს სტრესს, რომელიც გამოწვეულია ფაზური ტრანსფორმაციის სხვადასხვა დროით სამუშაო ნაწილის სხვადასხვა ნაწილში თერმული დამუშავების პროცესის დროს, რაც ასევე ცნობილია, როგორც ქსოვილის სტრესი.

ჩაქრობისა და სწრაფი გაგრილების დროს, როდესაც ზედაპირული ფენა გაცივდება Ms წერტილამდე, ხდება მარტენსიტული ტრანსფორმაცია და იწვევს მოცულობის გაფართოებას. თუმცა, ტრანსფორმაციის ჯერ არგავლილი ბირთვის დაბრკოლების გამო, ზედაპირული ფენა წარმოქმნის შეკუმშვის სტრესს, ხოლო ბირთვს აქვს დაჭიმვის სტრესს. როდესაც სტრესს საკმარისად დიდია, ეს იწვევს დეფორმაციას. როდესაც ბირთვი გაცივდება Ms წერტილამდე, ის ასევე განიცდის მარტენსიტურ ტრანსფორმაციას და გაფართოვდება მოცულობით. თუმცა, ტრანსფორმირებული ზედაპირული ფენის დაბალი პლასტიურობისა და მაღალი სიმტკიცის შეზღუდვების გამო, მისი საბოლოო ნარჩენი სტრესს ექნება ზედაპირული დაჭიმულობის ფორმა და ბირთვი წნევის ქვეშ იქნება. ჩანს, რომ ფაზური ტრანსფორმაციის სტრესს ცვლილება და საბოლოო მდგომარეობა ზუსტად საპირისპიროა თერმული სტრესს. უფრო მეტიც, რადგან ფაზური სტრესს ადგილი აქვს დაბალ ტემპერატურაზე დაბალი პლასტიურობით, დეფორმაცია ამ დროს რთულია, ამიტომ ფაზური სტრესს უფრო მეტად შეუძლია გამოიწვიოს სამუშაო ნაწილის ბზარები.

ფაზური გარდაქმნის სტრესის სიდიდეზე მრავალი ფაქტორი მოქმედებს. რაც უფრო სწრაფია ფოლადის გაგრილების სიჩქარე მარტენსიტის გარდაქმნის ტემპერატურის დიაპაზონში, რაც უფრო დიდია ფოლადის ნაჭრის ზომა, მით უფრო უარესია ფოლადის თბოგამტარობა, რაც უფრო დიდია მარტენსიტის სპეციფიკური მოცულობა, მით უფრო დიდია ფაზური გარდაქმნის სტრესი. რაც უფრო დიდი ხდება ის. გარდა ამისა, ფაზური გარდაქმნის სტრესი ასევე დაკავშირებულია ფოლადის შემადგენლობასთან და ფოლადის გამყარებასთან. მაგალითად, მაღალნახშირბადიანი მაღალშენადნობის ფოლადი ზრდის მარტენსიტის სპეციფიკურ მოცულობას მისი მაღალი ნახშირბადის შემცველობის გამო, რამაც უნდა გაზარდოს ფოლადის ფაზური გარდაქმნის სტრესი. თუმცა, ნახშირბადის შემცველობის ზრდასთან ერთად, Ms წერტილი მცირდება და ჩაქრობის შემდეგ დიდი რაოდენობით რჩება აუსტენიტი. მისი მოცულობითი გაფართოება მცირდება და ნარჩენი სტრესი დაბალია.

(2) სამუშაო ნაწილის დეფორმაცია ჩაქრობის დროს

ჩაქრობის დროს, სამუშაო ნაწილში დეფორმაციის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს: ერთი არის სამუშაო ნაწილის გეომეტრიული ფორმის ცვლილება, რომელიც ვლინდება ზომისა და ფორმის ცვლილებით, რომელსაც ხშირად დეფორმაციის დეფორმაციას უწოდებენ და გამოწვეულია ჩაქრობის სტრესით; მეორე არის მოცულობითი დეფორმაცია, რომელიც ვლინდება სამუშაო ნაწილის მოცულობის პროპორციული გაფართოებით ან შეკუმშვით, რაც გამოწვეულია ფაზის ცვლილების დროს სპეციფიკური მოცულობის ცვლილებით.

დეფორმაციის დეფორმაცია ასევე მოიცავს ფორმის დეფორმაციას და დაგრეხილ დეფორმაციას. დაგრეხილი დეფორმაცია ძირითადად გამოწვეულია ღუმელში სამუშაო ნაწილის არასათანადო განთავსებით გათბობის დროს, ან დეფორმაციის კორექციის შემდეგ ფორმირების დამუშავების არარსებობით, ან სამუშაო ნაწილის სხვადასხვა ნაწილის არათანაბარი გაგრილებით სამუშაო ნაწილის გაგრილების დროს. ეს დეფორმაცია შეიძლება გაანალიზდეს და გადაწყდეს კონკრეტული სიტუაციებისთვის. ქვემოთ ძირითადად განხილულია მოცულობითი დეფორმაცია და ფორმის დეფორმაცია.

1) დეფორმაციის ჩაქრობის მიზეზები და მისი შეცვლის წესები

სტრუქტურული ტრანსფორმაციით გამოწვეული მოცულობითი დეფორმაცია. დამუშავებამდე სამუშაო ნაწილის სტრუქტურული მდგომარეობა, როგორც წესი, პერლიტისაა, ანუ ფერიტისა და ცემენტიტის შერეული სტრუქტურაა, ხოლო დამუშავების შემდეგ - მარტენსიტული. ამ ქსოვილების განსხვავებული სპეციფიკური მოცულობები იწვევს მოცულობის ცვლილებებს დამუშავებამდე და დამუშავების შემდეგ, რაც იწვევს დეფორმაციას. თუმცა, ეს დეფორმაცია იწვევს მხოლოდ სამუშაო ნაწილის პროპორციულ გაფართოებას და შეკუმშვას, ამიტომ ის არ ცვლის სამუშაო ნაწილის ფორმას.

გარდა ამისა, რაც უფრო მეტი მარტენსიტია სტრუქტურაში თერმული დამუშავების შემდეგ, ან რაც უფრო მაღალია მარტენსიტში ნახშირბადის შემცველობა, მით უფრო დიდია მისი მოცულობითი გაფართოება და რაც უფრო მეტია შენარჩუნებული აუსტენიტი, მით უფრო ნაკლებია მოცულობითი გაფართოება. ამიტომ, მოცულობის ცვლილების კონტროლი შესაძლებელია თერმული დამუშავების დროს მარტენსიტისა და ნარჩენი მარტენსიტის ფარდობითი შემცველობის კონტროლით. სათანადო კონტროლის შემთხვევაში, მოცულობა არც გაფართოვდება და არც შემცირდება.

თერმული სტრესით გამოწვეული ფორმის დეფორმაცია თერმული სტრესით გამოწვეული დეფორმაცია ხდება მაღალი ტემპერატურის მქონე ადგილებში, სადაც ფოლადის ნაწილების დენადობის ზღვარი დაბალია, პლასტიურობა მაღალია, ზედაპირი სწრაფად ცივდება და სამუშაო ნაწილის შიდა და გარე ნაწილებს შორის ტემპერატურული სხვაობა ყველაზე დიდია. ამ დროს, მყისიერი თერმული სტრესი არის ზედაპირის დაჭიმვის ზღვარი და ბირთვის შეკუმშვის ზღვარი. რადგან ბირთვის ტემპერატურა ამ დროს მაღალია, დენადობის ზღვარი გაცილებით დაბალია, ვიდრე ზედაპირის, ამიტომ ის მრავალმხრივი შეკუმშვის სტრესის ზემოქმედების ქვეშ დეფორმაციის სახით ვლინდება, ანუ კუბი სფერულია მიმართულებით. მრავალფეროვნება. შედეგად, უფრო დიდი იკუმშება, ხოლო უფრო პატარა ფართოვდება. მაგალითად, გრძელი ცილინდრი მოკლდება სიგრძის მიმართულებით და ფართოვდება დიამეტრის მიმართულებით.

ქსოვილის სტრესით გამოწვეული ფორმის დეფორმაცია ქსოვილის სტრესით გამოწვეული დეფორმაცია ასევე ხდება ადრეულ მომენტში, როდესაც ქსოვილის სტრესი მაქსიმალურია. ამ დროს განივი კვეთის ტემპერატურული სხვაობა დიდია, ბირთვის ტემპერატურა უფრო მაღალია, ის კვლავ აუსტენიტის მდგომარეობაშია, პლასტიურობა კარგია და დენადობის ზღვარი დაბალია. მყისიერი ქსოვილის სტრესი არის ზედაპირული შეკუმშვის სტრესი და ბირთვის დაჭიმვის სტრესი. ამიტომ, დეფორმაცია ვლინდება ბირთვის წაგრძელებით მრავალმხრივი დაჭიმვის სტრესის ზემოქმედებით. შედეგად, ქსოვილის სტრესის ზემოქმედებით, სამუშაო ნაწილის უფრო დიდი მხარე წაგრძელდება, ხოლო უფრო პატარა მხარე მოკლდება. მაგალითად, გრძელ ცილინდრში ქსოვილის სტრესით გამოწვეული დეფორმაცია არის სიგრძის წაგრძელება და დიამეტრის შემცირება.

ცხრილი 5.3 გვიჩვენებს ფოლადის სხვადასხვა ტიპიური ნაწილის ჩაქრობის დეფორმაციის წესებს.

2) ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ჩაქრობის დეფორმაციაზე

ჩაქრობის დეფორმაციაზე მოქმედი ფაქტორები ძირითადად ფოლადის ქიმიური შემადგენლობა, ორიგინალური სტრუქტურა, ნაწილების გეომეტრია და თერმული დამუშავების პროცესია.

3) ბზარების ჩაქრობა

ნაწილებში ბზარები ძირითადად გაქრობისა და გაგრილების გვიან სტადიაზე ჩნდება, ანუ მარტენსიტული გარდაქმნის ძირითადად დასრულების ან სრული გაგრილების შემდეგ, ხდება მყიფე რღვევა, რადგან ნაწილებში დაჭიმვის სტრესი აღემატება ფოლადის მსხვრევის სიმტკიცეს. ბზარები, როგორც წესი, მაქსიმალური დაჭიმვის დეფორმაციის მიმართულების პერპენდიკულარულია, ამიტომ ნაწილებში ბზარების სხვადასხვა ფორმა ძირითადად დაჭიმვის განაწილების მდგომარეობაზეა დამოკიდებული.

ჩამქრობი ბზარების გავრცელებული ტიპები: გრძივი (ღერძული) ბზარები ძირითადად წარმოიქმნება, როდესაც ტანგენციალური დაჭიმვის სტრესი აღემატება მასალის მსხვრევის სიმტკიცეს; განივი ბზარები წარმოიქმნება, როდესაც ნაწილის შიდა ზედაპირზე წარმოქმნილი დიდი ღერძული დაჭიმვის სტრესი აღემატება მასალის მსხვრევის სიმტკიცეს. ბზარები; ქსელური ბზარები წარმოიქმნება ზედაპირზე ორგანზომილებიანი დაჭიმვის სტრესის მოქმედებით; აქერცლილი ბზარები წარმოიქმნება ძალიან თხელ გამაგრებულ ფენაში, რაც შეიძლება წარმოიშვას, როდესაც სტრესი მკვეთრად იცვლება და ჭარბი დაჭიმვის სტრესი მოქმედებს რადიალური მიმართულებით. ბზარის სახეობა.

გრძივ ბზარებს ასევე ღერძულ ბზარებს უწოდებენ. ბზარები წარმოიქმნება ნაწილის ზედაპირთან ახლოს მაქსიმალური დაჭიმვის დაძაბულობის დროს და ცენტრისკენ გარკვეული სიღრმე აქვთ. ბზარების მიმართულება, როგორც წესი, ღერძის პარალელურია, მაგრამ მიმართულება შეიძლება შეიცვალოს ასევე, როდესაც ნაწილში დაძაბულობის კონცენტრაციაა ან როდესაც არსებობს შიდა სტრუქტურული დეფექტები.

სამუშაო ნაწილის სრული გამაგრების შემდეგ, გრძივი ბზარების წარმოქმნის ალბათობა იზრდება. ეს დაკავშირებულია გამაგრებული სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე დიდ ტანგენციალურ დაჭიმვის დაძაბულობასთან. ფოლადის ნახშირბადის შემცველობის ზრდასთან ერთად, გრძივი ბზარების წარმოქმნის ტენდენციაც იზრდება. დაბალნახშირბადიან ფოლადს აქვს მარტენსიტის მცირე სპეციფიკური მოცულობა და ძლიერი თერმული დაჭიმულობა. ზედაპირზე დიდი ნარჩენი შეკუმშვის დაჭიმულობაა, ამიტომ მისი გამაგრება ადვილი არ არის. ნახშირბადის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ზედაპირული შეკუმშვის დაჭიმულობა მცირდება და სტრუქტურული დაჭიმულობა იზრდება. ამავდროულად, პიკური დაჭიმვის დაჭიმვის დაჭიმულობა ზედაპირული ფენისკენ მოძრაობს. ამიტომ, მაღალნახშირბადიანი ფოლადი გადახურებისას მიდრეკილია გრძივი გამაგრების ბზარებისკენ.

ნაწილების ზომა პირდაპირ გავლენას ახდენს ნარჩენი სტრესის ზომასა და განაწილებაზე და ასევე განსხვავებულია მისი ჩაქრობის ბზარების წარმოქმნის ტენდენცია. გრძივი ბზარები ასევე ადვილად წარმოიქმნება სახიფათო განივი კვეთის ზომის დიაპაზონში ჩაქრობისას. გარდა ამისა, ფოლადის ნედლეულის ბლოკირება ხშირად იწვევს გრძივ ბზარებს. რადგან ფოლადის ნაწილების უმეტესობა დამზადებულია გლინვით, ფოლადში არაოქროს ჩანართები, კარბიდები და ა.შ. ნაწილდება დეფორმაციის მიმართულებით, რაც იწვევს ფოლადის ანიზოტროპულობას. მაგალითად, თუ ხელსაწყოების ფოლადს აქვს ზოლისებრი სტრუქტურა, მისი განივი მოტეხილობის სიმტკიცე ჩაქრობის შემდეგ 30%-დან 50%-მდე ნაკლებია გრძივი მოტეხილობის სიმტკიცეზე. თუ არსებობს ფაქტორები, როგორიცაა არაოქროს ჩანართები ფოლადში, რომლებიც იწვევენ სტრესის კონცენტრაციას, მაშინაც კი, თუ ტანგენციალური სტრესი მეტია ღერძულ სტრესზე, გრძივი ბზარები ადვილად წარმოიქმნება დაბალი სტრესის პირობებში. ამ მიზეზით, ფოლადში არამეტალური ჩანართების და შაქრის დონის მკაცრი კონტროლი მნიშვნელოვანი ფაქტორია ბზარების ჩაქრობის თავიდან ასაცილებლად.

განივი და რკალური ბზარების შიდა დაძაბულობის განაწილების მახასიათებლებია: ზედაპირი ექვემდებარება შეკუმშვის სტრესს. ზედაპირიდან გარკვეული მანძილის გასვლის შემდეგ, შეკუმშვის სტრესს დიდი დაჭიმვის სტრესად აქცევს. ბზარი წარმოიქმნება დაჭიმვის სტრესულ ზონაში და შემდეგ, როდესაც შიდა სტრესული ძალა ნაწილის ზედაპირზე ვრცელდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ის გადანაწილდება ან ფოლადის სიმყიფე კიდევ უფრო გაიზრდება.

განივი ბზარები ხშირად წარმოიქმნება ლილვის დიდ ნაწილებში, როგორიცაა ლილვები, ტურბინის როტორები ან ლილვის სხვა ნაწილები. ბზარების დამახასიათებელი ნიშანია ის, რომ ისინი ღერძის მიმართულების პერპენდიკულარულია და იშლება შიგნიდან გარედან. ისინი ხშირად წარმოიქმნება გამაგრებამდე და გამოწვეულია თერმული დაძაბულობით. დიდ ჭედურ ​​ნაკეთობებს ხშირად აქვთ მეტალურგიული დეფექტები, როგორიცაა ფორები, ჩანართები, ჭედვის ბზარები და თეთრი ლაქები. ეს დეფექტები წარმოადგენს ღერძული დაჭიმვის დაძაბულობის ზემოქმედებით მოტეხილობისა და გატეხვის საწყის წერტილს. რკალური ბზარები გამოწვეულია თერმული დაძაბულობით და, როგორც წესი, რკალისებრი ფორმით ნაწილდება იმ ნაწილებში, სადაც ნაწილის ფორმა იცვლება. ის ძირითადად წარმოიქმნება სამუშაო ნაწილის შიგნით ან ბასრ კიდეებთან, ღარებთან და ხვრელებთან ახლოს და ნაწილდება რკალისებრი ფორმით. როდესაც მაღალნახშირბადოვანი ფოლადის ნაწილები, რომელთა დიამეტრი ან სისქე 80-დან 100 მმ-მდე ან მეტია, არ არის გამაგრებული, ზედაპირზე გამოჩნდება შეკუმშვის სტრესი, ხოლო ცენტრში - დაჭიმვის სტრესი. სტრესი, მაქსიმალური დაჭიმვის სტრესი ხდება გარდამავალ ზონაში გამაგრებული ფენიდან არაგამაგრებულ ფენაზე და რკალური ბზარები წარმოიქმნება ამ ადგილებში. გარდა ამისა, ბასრ კიდეებსა და კუთხეებში გაგრილების სიჩქარე სწრაფია და ყველა მათგანი ჩამქრალია. რბილ ნაწილებზე, ანუ გაუმაგრებელ არეალზე გადასვლისას, აქ ჩნდება მაქსიმალური გამჭიმვადი დაძაბულობის ზონა, ამიტომ რკალური ბზარების გაჩენის ალბათობა მაღალია. სამუშაო ნაწილის ნახვრეტთან, ღართან ან ცენტრალურ ნახვრეტთან გაგრილების სიჩქარე ნელია, შესაბამისი გამაგრებული ფენა თხელია და გამაგრებულ გარდამავალ ზონასთან ახლოს გამჭიმვადმა დაძაბულობამ ადვილად შეიძლება გამოიწვიოს რკალური ბზარები.

ბადისებრი ბზარები, ასევე ცნობილი როგორც ზედაპირული ბზარები, ზედაპირული ბზარებია. ბზარის სიღრმე არაღრმაა, ზოგადად დაახლოებით 0.01~1.5 მმ. ამ ტიპის ბზარის მთავარი მახასიათებელია ის, რომ ბზარის თვითნებურ მიმართულებას არაფერი აქვს საერთო ნაწილის ფორმასთან. ბევრი ბზარი ერთმანეთთან დაკავშირებულია ქსელის შესაქმნელად და ფართოდ არის განაწილებული. როდესაც ბზარის სიღრმე უფრო დიდია, მაგალითად, 1 მმ-ზე მეტი, ქსელის მახასიათებლები ქრება და ხდება შემთხვევით ორიენტირებული ან გრძივად განაწილებული ბზარები. ქსელური ბზარები დაკავშირებულია ზედაპირზე ორგანზომილებიანი დაჭიმვის მდგომარეობასთან.

მაღალი ნახშირბადის ან კარბურიზებული ფოლადის ნაწილები, რომლებსაც ზედაპირზე დეკარბურიზებული ფენა აქვთ, გამაგრების დროს მიდრეკილნი არიან ქსელური ბზარების წარმოქმნისკენ. ეს იმიტომ ხდება, რომ ზედაპირულ ფენას მარტენსიტის შიდა ფენასთან შედარებით უფრო დაბალი ნახშირბადის შემცველობა და უფრო მცირე სპეციფიკური მოცულობა აქვს. გამაგრების დროს კარბიდის ზედაპირული ფენა დაჭიმვის დაძაბვას განიცდის. ნაწილები, რომელთა დეფოსფორიზაციის ფენა მთლიანად არ არის მოცილებული მექანიკური დამუშავების დროს, ასევე წარმოქმნიან ქსელურ ბზარებს მაღალი სიხშირის ან ალის ზედაპირის გამაგრების დროს. ასეთი ბზარების თავიდან ასაცილებლად, ნაწილების ზედაპირის ხარისხი მკაცრად უნდა იყოს კონტროლირებადი და თერმული დამუშავების დროს უნდა იქნას აცილებული ჟანგვითი შედუღება. გარდა ამისა, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში გაჭედვის შტამპის გამოყენების შემდეგ, ამ ფორმას მიეკუთვნება ზოლების ან ქსელების სახით ღრუში წარმოქმნილი თერმული დაღლილობის ბზარები და ბზარები გამაგრებული ნაწილების დაფქვის პროცესში.

ზედაპირული ფენის ძალიან ვიწრო უბანში წარმოიქმნება აქცენტირებადი ბზარები. კომპრესიული დაძაბულობა მოქმედებს ღერძული და ტანგენციალური მიმართულებით, ხოლო დაჭიმვის დაძაბულობა - რადიალური მიმართულებით. ბზარები პარალელურია ნაწილის ზედაპირთან. ასეთ ბზარებს მიეკუთვნება გამაგრებული ფენის აქცენტირება ზედაპირის გაქრობისა და კარბურიზაციის ნაწილების გაგრილების შემდეგ. მისი გაჩენა დაკავშირებულია გამაგრებული ფენის არათანაბარ სტრუქტურასთან. მაგალითად, შენადნობის კარბურიზებული ფოლადის გარკვეული სიჩქარით გაგრილების შემდეგ, კარბურიზებული ფენის სტრუქტურა ასეთია: გარეთა ფენა - უკიდურესად წვრილი პერლიტი + კარბიდი, ხოლო ქვეშრე - მარტენსიტი + ნარჩენი ოსტენიტი, შიდა ფენა - წვრილი პერლიტი ან უკიდურესად წვრილი პერლიტის სტრუქტურა. ვინაიდან ქვეშრის მარტენსიტის ფორმირების სპეციფიკური მოცულობა ყველაზე დიდია, მოცულობითი გაფართოების შედეგია ის, რომ კომპრესიული დაძაბულობა მოქმედებს ზედაპირულ ფენაზე ღერძული და ტანგენციალური მიმართულებით, ხოლო დაჭიმვის დაძაბულობა ხდება რადიალური მიმართულებით, ხოლო შიგნიდან ხდება სტრესის მუტაცია, გადადის კომპრესიული დაჭიმვის მდგომარეობაში, ხოლო აქცენტირება ხდება უკიდურესად თხელ უბანში, სადაც სტრესი მკვეთრად გადადის. როგორც წესი, ბზარები ზედაპირის პარალელურად შიგნით იმალება და მძიმე შემთხვევებში შეიძლება ზედაპირის აქერცვლა გამოიწვიოს. თუ კარბურიზებული ნაწილების გაგრილების სიჩქარე დაჩქარდება ან შემცირდება, კარბურიზებულ ფენაში შეიძლება მიღებულ იქნას ერთგვაროვანი მარტენსიტული სტრუქტურა ან ულტრაწვრილი პერლიტური სტრუქტურა, რაც ხელს შეუშლის ასეთი ბზარების წარმოქმნას. გარდა ამისა, მაღალი სიხშირის ან ალის ზედაპირის ჩაქრობის დროს, ზედაპირი ხშირად ზედმეტად ცხელდება და გამაგრებული ფენის გასწვრივ სტრუქტურული არაერთგვაროვნება ადვილად წარმოქმნის ასეთ ზედაპირულ ბზარებს.

მიკრობზარები ზემოხსენებული ოთხი ბზარისგან იმით განსხვავდება, რომ ისინი მიკროდაძაბულობით არის გამოწვეული. მარცვლოვანთაშორისი ბზარები, რომლებიც ჩნდება მაღალნახშირბადიანი ხელსაწყო ფოლადის ან კარბურიზებული სამუშაო ნაწილების გამაგრების, გადახურებისა და დაფქვის შემდეგ, ასევე გამაგრებული ნაწილების დროულად დაუმუშავებლობით გამოწვეული ბზარები, დაკავშირებულია ფოლადში მიკრობზარების არსებობასთან და შემდგომ გაფართოებასთან.

მიკრობზარები მიკროსკოპით უნდა შემოწმდეს. ისინი, როგორც წესი, წარმოიქმნება აუსტენიტის მარცვლების საწყის საზღვრებზე ან მარტენსიტის ფურცლების შეერთების ადგილას. ზოგიერთი ბზარი აღწევს მარტენსიტის ფურცლებში. კვლევები აჩვენებს, რომ მიკრობზარები უფრო ხშირია ფხვიერ ორმაგ მარტენსიტში. მიზეზი ის არის, რომ ფხვიერი მარტენსიტი მაღალი სიჩქარით ზრდისას ერთმანეთს ეჯახება და დიდ სტრესს წარმოქმნის. თუმცა, თავად ორმაგ მარტენსიტი მყიფეა და ვერ წარმოქმნის მას. პლასტიკური დეფორმაცია ადუნებს სტრესს, რითაც ადვილად იწვევს მიკრობზარებს. აუსტენიტის მარცვლები უხეშია და მიკრობზარებისადმი მგრძნობელობა იზრდება. ფოლადში მიკრობზარების არსებობა მნიშვნელოვნად ამცირებს გამაგრებული ნაწილების სიმტკიცეს და პლასტიურობას, რაც იწვევს ნაწილების ადრეულ დაზიანებას (მსხვრევას).

მაღალი ნახშირბადის შემცველობის ფოლადის ნაწილებში მიკრობზარების თავიდან ასაცილებლად, შესაძლებელია ისეთი ზომების მიღება, როგორიცაა გამკვრივების გაცხელების ტემპერატურის შემცირება, მარტენსიტის წვრილი სტრუქტურის მიღება და მარტენსიტში ნახშირბადის შემცველობის შემცირება. გარდა ამისა, გამკვრივების შემდეგ დროული გამაგრება შიდა დაძაბულობის შემცირების ეფექტური მეთოდია. ტესტებმა დაამტკიცა, რომ 200°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე საკმარისი გამაგრების შემდეგ, ბზარებზე დალექილი კარბიდები ახდენენ ბზარების „შედუღების“ ეფექტს, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს მიკრობზარების საფრთხე.

ზემოთ მოცემულია ბზარების განაწილების ნიმუშის მიხედვით ბზარების გამომწვევი მიზეზებისა და პრევენციის მეთოდების განხილვა. რეალურ წარმოებაში ბზარების განაწილება იცვლება ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა ფოლადის ხარისხი, ნაწილის ფორმა და ცხელი და ცივი დამუშავების ტექნოლოგია. ზოგჯერ ბზარები უკვე არსებობს თერმული დამუშავების წინ და კიდევ უფრო ფართოვდება ჩაქრობის პროცესის დროს; ზოგჯერ ერთსა და იმავე ნაწილში ერთდროულად შეიძლება გაჩნდეს ბზარების რამდენიმე ფორმა. ამ შემთხვევაში, ბზარის მორფოლოგიური მახასიათებლების საფუძველზე, მასალის ხარისხიდან, ორგანიზაციული სტრუქტურიდან დაწყებული თერმული დამუშავების სტრესის მიზეზებამდე ყოვლისმომცველი ანალიზის ჩასატარებლად, ბზარის აღმოსაჩენად, უნდა იქნას გამოყენებული მოტეხილობის ზედაპირის მაკროსკოპული ანალიზი, მეტალოგრაფიული გამოკვლევა და საჭიროების შემთხვევაში, ქიმიური ანალიზი და სხვა მეთოდები. ძირითადი მიზეზების დასადგენად და შემდეგ ეფექტური პრევენციული ზომების დასადგენად.

ბზარების მოტეხილობის ანალიზი ბზარების გამომწვევი მიზეზების ანალიზის მნიშვნელოვანი მეთოდია. ნებისმიერ მოტეხილობას ბზარების საწყისი წერტილი აქვს. ბზარების ჩაქრობა, როგორც წესი, რადიალური ბზარების კონვერგენციის წერტილიდან იწყება.

თუ ბზარის წარმოშობა ნაწილის ზედაპირზეა, ეს ნიშნავს, რომ ბზარი გამოწვეულია ზედაპირზე ჭარბი დაჭიმვის დაძაბულობით. თუ ზედაპირზე არ არის სტრუქტურული დეფექტები, როგორიცაა ჩანართები, მაგრამ არსებობს სტრესის კონცენტრაციის ფაქტორები, როგორიცაა დანის ძლიერი კვალი, ოქსიდის ნადები, ფოლადის ნაწილების ბასრი კუთხეები ან სტრუქტურული მუტაციის ნაწილები, შეიძლება წარმოიშვას ბზარები.

თუ ბზარის წარმოშობა ნაწილის შიგნითაა, ეს დაკავშირებულია მასალის დეფექტებთან ან ჭარბ შიდა ნარჩენ დაჭიმვის სტრესთან. ნორმალური გაქრობისას მოტეხილობის ზედაპირი ნაცრისფერი და წვრილი ფაიფურისაა. თუ მოტეხილობის ზედაპირი მუქი ნაცრისფერი და უხეშია, ეს გამოწვეულია გადახურებით ან საწყისი ქსოვილი სქელია.

ზოგადად, ჩამქრობი ბზარის მინის მონაკვეთზე არ უნდა იყოს დაჟანგვის ფერი და ბზარის გარშემო არ უნდა იყოს დეკარბურიზაცია. თუ ბზარის გარშემო დეკარბურიზაციაა ან ბზარის მონაკვეთზე დაჟანგული ფერია, ეს მიუთითებს, რომ ნაწილს ჩამქრობამდე უკვე ჰქონდა ბზარები და თავდაპირველი ბზარები გაფართოვდება თერმული დამუშავების სტრესის გავლენით. თუ ნაწილის ბზარებთან ახლოს ჩანს გამოყოფილი კარბიდები და ჩანართები, ეს ნიშნავს, რომ ბზარები დაკავშირებულია ნედლეულში კარბიდების მკვეთრ სეგრეგაციასთან ან ჩანართების არსებობასთან. თუ ბზარები ჩნდება მხოლოდ ბასრ კუთხეებში ან ცვლის ნაწილის ნაწილების ფორმას ზემოთ აღნიშნული ფენომენის გარეშე, ეს ნიშნავს, რომ ბზარი გამოწვეულია ნაწილის არაგონივრული სტრუქტურული დიზაინით ან ბზარების თავიდან ასაცილებლად არასწორი ზომებით, ან ჭარბი თერმული დამუშავების სტრესით.

გარდა ამისა, ქიმიური თერმული დამუშავებისა და ზედაპირის გამაგრების ნაწილებში ბზარები ძირითადად გამაგრებული ფენის მახლობლად ჩნდება. გამაგრებული ფენის სტრუქტურის გაუმჯობესება და თერმული დამუშავების დაძაბულობის შემცირება ზედაპირული ბზარების თავიდან აცილების მნიშვნელოვანი გზებია.