Specifikace tvrdosti dominují plánům tepelného zpracování kování. Mnoho výkresů nenese nic nad rámec hodnot HB nebo HRC, plus povolenou hranici zkreslení. Ale design-kontrola kvality vede hlouběji-lokalizované zóny tepelného zpracování, požadavky na hloubku pouzdra u povrchově tvrzených součástí-a tvrdost jádra spolupůsobí na spolehlivost konečné součásti. Výkonnostní cíle určují každý ukazatel.
Tvrdost: Primární metrika s kritickým upozorněním
Testování tvrdosti dominuje ověřování kvality v dílně-rychlé, nedestruktivní a nákladově{1}efektivní. Korelace mezi tvrdostí a pevností v tahu z něj činí praktickou náhradu pro hodnocení mechanických vlastností, když úplné testování tahem není praktické. ASTM A909/A909M explicitně spojuje požadavky na tvrdost s mezí kluzu, pevností v tahu, prodloužením a tažností u výkovků z mikrolegované uhlíkové oceli.
Ale slepé spoléhání na příručkové hodnoty tvrdosti vede k poruchám v terénu. Analýza režimu selhání musí řídit cíle tvrdosti.
Ilustruje to 10-tunová kladivová tyč pro zápustkové kování vyrobená z 40CrNi nebo 35CrMo. Počáteční specifikace předepisovaly nízkou tvrdost (241-270 HBW) na základě předpokládaného zatížení-převládajícího nárazu. Život prutu zůstal krátký. Průzkum selhání odhalil jako primární mechanismus únavový lom, nikoli nárazové přetížení. Zvýšením tvrdosti na 38-43 HRC se dramaticky prodloužila životnost. Nižší tvrdost by byla bezpečnější pro náraz; vyšší tvrdost se ukázala jako správná pro únavu.
Návrháři, kteří počítají rozložení napětí, aplikují bezpečnostní faktory, převádějí požadavky na pevnost pomocí standardních převodních tabulek tvrdosti a označují to za dokončené,-zcela minou konverzaci o režimu selhání. Studené-stroje pro práci nabízejí obrácenou lekci. Vysoce přesné-lisy vyžadují nástroje s vysokou tvrdostí. Špatná přesnost stroje v kombinaci s velkou rázovou energií však preferuje mírně sníženou tvrdost, aby se zabránilo vylamování hrany nebo úplnému zlomení.
Síla-Vyváženost houževnatosti: Doplňkový vztah
Třídy oceli vykazují vzájemně se vylučující chování v oblasti pevnosti a houževnatosti. Strukturální výkovky navržené s nadměrnými mezemi houževnatosti obětují pevnost a pohánějí příliš velké součásti s omezenou únavovou životností. Naopak nástroje a zápustky optimalizované čistě pro odolnost proti opotřebení-maximální tvrdost, minimální houževnatost- se předčasně lámou při cyklickém rázu.
Příslušná bilance vyplývá z dokumentované analýzy provozních podmínek. Hodnoty pevnosti materiálu měřené ze standardizovaných zkušebních vzorků se zřídka promítají přímo do vlivu velikosti-konstrukční pevnosti součásti, citlivosti na vruby a stavů zbytkového napětí mění skutečný-výkon o podstatnou rezervu. Síla-systémové úrovně zahrnující sousední interagující komponenty přidává další proměnnou.
Rozdíly tvrdosti optimalizují životnost sestavy. Valivá ložiska zvyšují životnost, když kulička běží o 2 HRC tvrději než oběžná dráha. Automobilové hnací pastorky dosahují lepších výkonů, když tvrdost povrchu překročí protilehlé ozubené kolo o 2–5 HRC. Identický materiál při stejné tvrdosti naopak často vytváří špatnou odolnost proti opotřebení při tření.
Koordinace jádra a povrchu u kalených součástí
Pouzdro-kalené díly-nauhličované, karbonitridované, indukčně kalené, nitridované-vyžadují specifické cíle pevnosti jádra při pevné hloubce pouzdra. Nadměrná pevnost jádra snižuje příznivé povrchové zbytkové napětí v tlaku a snižuje odolnost proti únavě. Nedostatečná pevnost jádra posouvá iniciaci únavy do přechodové zóny a urychluje šíření trhliny.
ISO 18203 standardizuje metody měření hloubky pouzdra napříč tepelnými procesy včetně plamene, indukce, elektronového paprsku a laserového kalení, stejně jako termochemické úpravy, jako je nauhličování, karbonitridace a nitridace. Dokument definuje hloubku cementování jako vertikální vzdálenost od povrchu k bodu měření tvrdosti dosahující 550 HV podle ISO 6507-1. Hloubka nitridační tvrdosti udává bod, kde tvrdost překračuje hodnoty jádra o 50 HV.
Optimální poměry kalení pro nauhličená ozubená kola se pohybují mezi 0,1 a 0,15 relativní efektivní hloubky pouzdra. Mnoho stávajících specifikací je podstatně hlubší, než je nutné. Snížení hloubky pouzdra na tento optimalizovaný rozsah současně zachovává únavovou životnost a zároveň přináší měřitelné úspory energie.
