Najintuitivnije razumijevanje površinskog očvršćavanja je da ono može poboljšati površinsku tvrdoću materijala i povećati otpornost na habanje. Ali to je takođe efikasan način da se poboljša čvrstoća materijala na zamor. Znate li zašto? Danas ćemo pogledati mehanizam koji stoji iza toga.
Postoje tri glavna razloga za najčešće nukleaciju pukotina od zamora, kao što je prikazano na gornjoj slici. Jedna je klizna dislokacija na površini materijala, a druga dva su uzrokovana unutarnjim defektima materijala, kao što su unutrašnje inkluzije stranih tvari, praznine na granicama zrna (kao što su rupe za skupljanje) itd. Danas raspravljamo o utjecaju površinskog očvršćavanja na zamornu čvrstoću. Pod pretpostavkom da materijal nema defekte, dislokacije klizanja su u fokusu razmatranja.
Kada je materijal podvrgnut vanjskoj sili, dolazi do klizanja u mikroskopskoj skali, a klizne trake proizvode istiskivanje i upadanje klizanjem jedna o drugu. Kao što je prikazano na donjoj slici, ove klizne trake i susjedna područja ekstruzije i prodora djeluju kao točke koncentracije napona, gdje nastaju i razvijaju se pukotine. Budući da je posmično naprezanje dominantno, pukotine se obično pojavljuju i šire pod uglom od 45 stepeni. U poređenju sa unutrašnjim zrnima, zrna na površini delova imaju veću verovatnoću da će ranije formirati defekte zbog nedostatka potpore okolnih zrna.
Kada površinski očvrsnemo dijelove, tvrdoća površine materijala se značajno poboljšava, a tvrdoća je direktno povezana sa čvrstoćom metala. Povećanje tvrdoće znači da je povećana njegova sposobnost da se odupre plastičnoj deformaciji. U poređenju sa mekim materijalima koji nisu očvrsli, očvrsnuti materijal je relativno manje verovatno da će izazvati pomeranje kliznih dislokacija. Ako promatrate mikrofotografiju, vidjet ćete da u osnovi nema očitog istiskivanja ili upada na očvrsnutu površinu. Zbog toga ne dolazi do koncentracije naprezanja uzrokovane kliznim pomicanjem na površini metala, a mogućnost nastanka pukotina je znatno smanjena. Ovo je glavni razlog zašto površinsko očvršćavanje može poboljšati čvrstoću materijala na zamor. Naravno, postoji i sekundarni razlog. Nakon kaljenja i stvrdnjavanja, površina materijala obično može stvoriti zaostalo tlačno naprezanje na površini. Ovo tlačno zaostalo naprezanje također pomaže da se odupre nastanku i širenju zamornih pukotina, čime se poboljšava vijek trajanja materijala. Međutim, postoje dvije stvari koje treba podsjetiti sve na kraju: Prvo, ako je konstrukcijski dizajn dijelova nerazuman ili je kontrola procesa gašenja nerazumna, tokom procesa očvršćavanja može doći do pucanja ili mikropukotina, što će postati izvor kvara zbog zamora. Drugo, ako se kaljeni dijelovi trebaju završiti, ovi procesi također mogu uzrokovati mikropukotine (kao što su pukotine od brušenja) ili promijeniti raspodjelu tvrdoće, smanjiti zaostalo tlačno naprezanje ili ga čak transformirati u vlačno naprezanje, što će postati neki nepovoljni faktori koji utiču na čvrstoću na zamor.(文章来源:iMechanics机械)
