Completo e dettagliato! Conoscenza completa della tempra dell'acciaio!

Definizione e scopo della tempra
L'acciaio viene riscaldato a una temperatura superiore al punto critico Ac3 (acciaio ipoeutettoidico) o Ac1 (acciaio ipereutettoidico), mantenuto per un periodo di tempo tale da renderlo completamente o parzialmente austenitizzato, e quindi raffreddato a una velocità superiore alla velocità critica di tempra. Il processo di trattamento termico che trasforma l'austenite sottoraffreddata in martensite o bainite inferiore è chiamato tempra.

Lo scopo della tempra è trasformare l'austenite sottoraffreddata in martensite o bainite per ottenere una struttura martensitica o bainitica inferiore, che viene poi combinata con il rinvenimento a diverse temperature per migliorare notevolmente la resistenza, la durezza e la resistenza dell'acciaio. Tra le caratteristiche che ne migliorano l'usura, la resistenza a fatica e la tenacità, ecc., rientrano anche le diverse esigenze di utilizzo di vari componenti meccanici e utensili. La tempra può essere utilizzata anche per soddisfare le particolari proprietà fisiche e chimiche di alcuni acciai speciali, come il ferromagnetismo e la resistenza alla corrosione.

Quando i componenti in acciaio vengono raffreddati in un mezzo di tempra con cambiamenti nello stato fisico, il processo di raffreddamento è generalmente suddiviso nelle tre fasi seguenti: fase del film di vapore, fase di ebollizione e fase di convezione.

Temprabilità dell'acciaio
Temprabilità e temprabilità sono due indicatori prestazionali che caratterizzano la capacità dell'acciaio di resistere alla tempra. Costituiscono inoltre una base importante per la scelta e l'impiego dei materiali.

1. I concetti di temprabilità e temprabilità

La temprabilità è la capacità dell'acciaio di raggiungere la massima durezza possibile quando temprato e temprato in condizioni ideali. Il fattore principale che determina la temprabilità dell'acciaio è il contenuto di carbonio. Per essere più precisi, si tratta del contenuto di carbonio disciolto nell'austenite durante la tempra e il riscaldamento. Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la temprabilità dell'acciaio. Gli elementi di lega presenti nell'acciaio hanno un impatto minimo sulla temprabilità, ma hanno un impatto significativo sulla temprabilità dell'acciaio.

La temprabilità si riferisce alle caratteristiche che determinano la profondità di tempra e la distribuzione della durezza dell'acciaio in condizioni specifiche. Vale a dire, la capacità di ottenere la profondità dello strato temprato quando l'acciaio viene temprato. È una proprietà intrinseca dell'acciaio. La temprabilità riflette in realtà la facilità con cui l'austenite si trasforma in martensite quando l'acciaio viene temprato. È principalmente correlata alla stabilità dell'austenite sottoraffreddata dell'acciaio o alla velocità critica di raffreddamento dell'acciaio durante la tempra.

Va inoltre sottolineato che la temprabilità dell'acciaio deve essere distinta dalla profondità di tempra effettiva dei componenti in acciaio in specifiche condizioni di tempra. La temprabilità dell'acciaio è una proprietà intrinseca dell'acciaio stesso. Dipende solo da fattori interni e non ha nulla a che fare con fattori esterni. La profondità di tempra effettiva dell'acciaio non dipende solo dalla temprabilità dell'acciaio, ma anche dal materiale utilizzato. È correlata a fattori esterni come il mezzo di raffreddamento e le dimensioni del pezzo. Ad esempio, a parità di condizioni di austenitizzazione, la temprabilità dello stesso acciaio è la stessa, ma la profondità di tempra effettiva della tempra in acqua è maggiore di quella della tempra in olio, e i componenti di piccole dimensioni sono più piccoli rispetto alla tempra in olio. La profondità di tempra effettiva dei componenti di grandi dimensioni è maggiore. Questo non significa che la tempra in acqua abbia una temprabilità maggiore rispetto alla tempra in olio. Non si può dire che i componenti di piccole dimensioni abbiano una temprabilità maggiore rispetto ai componenti di grandi dimensioni. Si può osservare che per valutare la temprabilità dell'acciaio è necessario eliminare l'influenza di fattori esterni quali la forma del pezzo, le dimensioni, il mezzo di raffreddamento, ecc.

Inoltre, poiché temprabilità e temprabilità sono due concetti diversi, l'acciaio con elevata durezza dopo la tempra non ha necessariamente un'elevata temprabilità; e anche l'acciaio con bassa durezza può avere un'elevata temprabilità.

2. Fattori che influenzano la temprabilità

La temprabilità dell'acciaio dipende dalla stabilità dell'austenite. Qualsiasi fattore in grado di migliorare la stabilità dell'austenite sottoraffreddata, spostare la curva C verso destra e quindi ridurre la velocità critica di raffreddamento può migliorare la temprabilità dell'acciaio ad alta resistenza. La stabilità dell'austenite dipende principalmente dalla sua composizione chimica, dalla granulometria e dall'uniformità della composizione, che sono correlate alla composizione chimica dell'acciaio e alle condizioni di riscaldamento.

3. Metodo di misurazione della temprabilità

Esistono molti metodi per misurare la temprabilità dell'acciaio; i più comunemente utilizzati sono il metodo di misurazione del diametro critico e il metodo di prova della temprabilità finale.

(1) Metodo di misurazione del diametro critico

Dopo che l'acciaio è stato temprato in un determinato mezzo, il diametro massimo quando il nucleo ottiene una struttura completamente martensite o al 50% di martensite è chiamato diametro critico, rappresentato da Dc. Il metodo di misurazione del diametro critico consiste nel realizzare una serie di barre tonde di diverso diametro e, dopo la tempra, misurare la curva di durezza a U distribuita lungo il diametro su ciascuna sezione del campione e individuare la barra con la struttura semi-martensite al centro. Il diametro della barra tonda è il diametro critico. Maggiore è il diametro critico, maggiore è la temprabilità dell'acciaio.

(2) Metodo di prova di tempra finale

Il metodo di prova di tempra terminale utilizza un provino temprato terminale di dimensioni standard (Ф25 mm × 100 mm). Dopo l'austenitizzazione, un'estremità del provino viene raffreddata spruzzando acqua su un'apposita apparecchiatura. Dopo il raffreddamento, la durezza viene misurata lungo la direzione dell'asse, a partire dall'estremità raffreddata ad acqua. Metodo di prova per la curva di relazione della distanza. Il metodo di prova di tempra terminale è uno dei metodi per determinare la temprabilità dell'acciaio. I suoi vantaggi sono la semplicità di utilizzo e l'ampia gamma di applicazioni.

4.Stress da tempra, deformazione e fessurazione

(1) Sollecitazione interna del pezzo durante la tempra

Quando il pezzo viene raffreddato rapidamente nel mezzo di tempra, poiché ha una certa dimensione e anche il coefficiente di conduttività termica ha un certo valore, si verificherà un certo gradiente di temperatura lungo la sezione interna del pezzo durante il processo di raffreddamento. La temperatura superficiale è bassa, la temperatura al cuore è alta e le temperature superficiale e al cuore sono elevate. C'è una differenza di temperatura. Durante il processo di raffreddamento del pezzo, si verificano anche due fenomeni fisici: uno è la dilatazione termica, con il diminuire della temperatura la lunghezza della linea del pezzo si riduce; l'altro è la trasformazione dell'austenite in martensite quando la temperatura scende fino al punto di trasformazione della martensite, che aumenterà il volume specifico. A causa della differenza di temperatura durante il processo di raffreddamento, l'entità della dilatazione termica sarà diversa in diverse parti lungo la sezione trasversale del pezzo e si genereranno tensioni interne in diverse parti del pezzo. A causa dell'esistenza di differenze di temperatura all'interno del pezzo, potrebbero esserci anche parti in cui la temperatura scende più rapidamente rispetto al punto in cui si forma la martensite. Trasformazione: il volume si espande e le parti ad alta temperatura rimangono più alte del punto e sono ancora nello stato di austenite. Queste diverse parti genereranno anche stress interno a causa delle differenze nelle variazioni di volume specifiche. Pertanto, durante il processo di tempra e raffreddamento possono essere generati due tipi di stress interno: uno è lo stress termico; l'altro è lo stress tissutale.

In base alle caratteristiche del tempo di esistenza, la tensione interna può anche essere suddivisa in tensione istantanea e tensione residua. La tensione interna generata dal pezzo in lavorazione in un determinato momento durante il processo di raffreddamento è chiamata tensione istantanea; dopo il raffreddamento del pezzo, la tensione residua al suo interno è chiamata tensione residua.

Lo stress termico si riferisce allo stress causato da un'espansione termica non uniforme (o contrazione a freddo) dovuta a differenze di temperatura nelle diverse parti del pezzo quando viene riscaldato (o raffreddato).

Prendiamo ora un cilindro solido come esempio per illustrare le regole di formazione e modifica delle tensioni interne durante il processo di raffreddamento. Qui si discute solo della tensione assiale. All'inizio del raffreddamento, poiché la superficie si raffredda rapidamente, la temperatura è bassa e si contrae notevolmente, mentre il nucleo si raffredda, la temperatura è alta e il restringimento è ridotto. Di conseguenza, la superficie e l'interno sono reciprocamente vincolati, con conseguente tensione di trazione sulla superficie, mentre il nucleo è sotto pressione. Con il procedere del raffreddamento, la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno aumenta e di conseguenza anche la tensione interna. Quando la tensione aumenta fino a superare il limite di snervamento a questa temperatura, si verifica una deformazione plastica. Poiché lo spessore del nucleo è maggiore di quello della superficie, il nucleo si contrae sempre prima assialmente. A causa della deformazione plastica, la tensione interna non aumenta più. Dopo un certo periodo di raffreddamento, la diminuzione della temperatura superficiale rallenterà gradualmente e anche il restringimento diminuirà gradualmente. In questa fase, il nucleo continua a restringersi, quindi la sollecitazione di trazione sulla superficie e la sollecitazione di compressione sul nucleo diminuiranno gradualmente fino a scomparire. Tuttavia, con il proseguire del raffreddamento, l'umidità superficiale diminuisce sempre di più e il restringimento diminuisce progressivamente, o addirittura cessa di restringersi. Poiché la temperatura nel nucleo è ancora elevata, il restringimento continuerà e, infine, si formerà una sollecitazione di compressione sulla superficie del pezzo, mentre il nucleo presenterà una sollecitazione di trazione. Tuttavia, poiché la temperatura è bassa, la deformazione plastica non è facile da verificare, quindi questa sollecitazione aumenterà con il procedere del raffreddamento. Continua ad aumentare e infine rimane all'interno del pezzo come sollecitazione residua.

Si può osservare che lo stress termico durante il processo di raffreddamento provoca inizialmente lo stiramento dello strato superficiale e la compressione del nucleo, mentre lo stress residuo rimanente determina la compressione dello strato superficiale e l'allungamento del nucleo.

In sintesi, lo stress termico generato durante il raffreddamento per tempra è causato dalla differenza di temperatura della sezione trasversale durante il processo di raffreddamento. Maggiore è la velocità di raffreddamento e maggiore è la differenza di temperatura della sezione trasversale, maggiore è lo stress termico generato. A parità di condizioni del fluido di raffreddamento, maggiore è la temperatura di riscaldamento del pezzo, maggiori sono le sue dimensioni, minore è la conduttività termica dell'acciaio, maggiore è la differenza di temperatura all'interno del pezzo e maggiore è lo stress termico. Se il pezzo viene raffreddato in modo non uniforme ad alta temperatura, subirà deformazioni e deformazioni. Se lo stress di trazione istantaneo generato durante il processo di raffreddamento del pezzo è maggiore della resistenza a trazione del materiale, si verificheranno cricche da tempra.

Lo stress da trasformazione di fase si riferisce allo stress causato dai diversi tempi di trasformazione di fase in varie parti del pezzo durante il processo di trattamento termico, noto anche come stress tissutale.

Durante la tempra e il raffreddamento rapido, quando lo strato superficiale viene raffreddato fino al punto Ms, si verifica una trasformazione martensitica che causa l'espansione del volume. Tuttavia, a causa dell'ostruzione del nucleo che non ha ancora subito la trasformazione, lo strato superficiale genera sollecitazioni di compressione, mentre il nucleo presenta sollecitazioni di trazione. Quando la sollecitazione è sufficientemente elevata, causerà una deformazione. Quando il nucleo viene raffreddato fino al punto Ms, subirà anch'esso una trasformazione martensitica e si espanderà di volume. Tuttavia, a causa dei vincoli dello strato superficiale trasformato con bassa plasticità ed elevata resistenza, la sua sollecitazione residua finale sarà sotto forma di tensione superficiale e il nucleo sarà sotto pressione. Si può osservare che la variazione e lo stato finale della sollecitazione di trasformazione di fase sono esattamente opposti alla sollecitazione termica. Inoltre, poiché la sollecitazione di cambiamento di fase si verifica a basse temperature con bassa plasticità, la deformazione è difficile in questo momento, quindi è più probabile che la sollecitazione di cambiamento di fase causi cricche nel pezzo.

Sono molti i fattori che influenzano l'entità dello stress di trasformazione di fase. Maggiore è la velocità di raffreddamento dell'acciaio nell'intervallo di temperatura di trasformazione della martensite, maggiori sono le dimensioni del pezzo di acciaio, peggiore è la conduttività termica dell'acciaio, maggiore è il volume specifico della martensite e maggiore è lo stress di trasformazione di fase. Più grande diventa. Inoltre, lo stress di trasformazione di fase è anche correlato alla composizione dell'acciaio e alla sua temprabilità. Ad esempio, l'acciaio altolegato ad alto tenore di carbonio aumenta il volume specifico della martensite a causa del suo elevato contenuto di carbonio, che dovrebbe aumentare lo stress di trasformazione di fase dell'acciaio. Tuttavia, all'aumentare del contenuto di carbonio, il punto Ms diminuisce e si verifica una grande quantità di austenite residua dopo la tempra. La sua espansione di volume diminuisce e lo stress residuo è basso.

(2) Deformazione del pezzo durante la tempra

Durante la tempra, si verificano due tipi principali di deformazione nel pezzo: uno è la modifica della forma geometrica del pezzo, che si manifesta come variazioni di dimensione e forma, spesso chiamata deformazione da deformazione, causata dallo stress di tempra; l'altro è la deformazione del volume, che si manifesta come un'espansione o contrazione proporzionale del volume del pezzo, causata dalla variazione del volume specifico durante il cambiamento di fase.

La deformazione per deformazione comprende anche la deformazione di forma e la deformazione per torsione. La deformazione per torsione è causata principalmente dal posizionamento improprio del pezzo nel forno durante il riscaldamento, dalla mancanza di trattamento di formatura dopo la correzione della deformazione prima della tempra, o dal raffreddamento non uniforme di varie parti del pezzo durante il raffreddamento. Questa deformazione può essere analizzata e risolta per situazioni specifiche. Di seguito vengono discusse principalmente la deformazione di volume e la deformazione di forma.

1) Cause della deformazione da tempra e sue regole mutevoli

Deformazione del volume causata dalla trasformazione strutturale Lo stato strutturale del pezzo prima della tempra è generalmente perlite, ovvero una struttura mista di ferrite e cementite, e dopo la tempra è una struttura martensitica. I diversi volumi specifici di questi tessuti causeranno variazioni di volume prima e dopo la tempra, con conseguente deformazione. Tuttavia, questa deformazione provoca solo l'espansione e la contrazione proporzionale del pezzo, quindi non ne modifica la forma.

Inoltre, maggiore è la quantità di martensite presente nella struttura dopo il trattamento termico, o maggiore è il contenuto di carbonio nella martensite, maggiore è la sua espansione di volume, e maggiore è la quantità di austenite residua, minore è l'espansione di volume. Pertanto, la variazione di volume può essere controllata regolando il contenuto relativo di martensite e martensite residua durante il trattamento termico. Se controllato correttamente, il volume non si espanderà né si restringerà.

Deformazione della forma causata da stress termico. La deformazione causata da stress termico si verifica in aree ad alta temperatura dove il limite di snervamento delle parti in acciaio è basso, la plasticità è elevata, la superficie si raffredda rapidamente e la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno del pezzo è maggiore. In questo momento, lo stress termico istantaneo è la sollecitazione di trazione superficiale e la sollecitazione di compressione al cuore. Poiché la temperatura al cuore è elevata in questo momento, il limite di snervamento è molto inferiore a quello superficiale, quindi si manifesta come deformazione sotto l'azione di sollecitazioni di compressione multidirezionali, ovvero il cubo è sferico in direzione. Varietà. Il risultato è che quello più grande si restringe, mentre quello più piccolo si espande. Ad esempio, un cilindro lungo si accorcia nella direzione della lunghezza e si espande nella direzione del diametro.

Deformazione della forma causata dallo stress tissutale. La deformazione causata dallo stress tissutale si verifica anche nel momento iniziale in cui lo stress tissutale è massimo. In questo momento, la differenza di temperatura della sezione trasversale è elevata, la temperatura del nucleo è più elevata, il materiale è ancora nello stato di austenite, la plasticità è buona e il limite di snervamento è basso. Lo stress tissutale istantaneo è lo stress di compressione superficiale e lo stress di trazione del nucleo. Pertanto, la deformazione si manifesta come allungamento del nucleo sotto l'azione di uno stress di trazione multidirezionale. Il risultato è che, sotto l'azione dello stress tissutale, il lato maggiore del pezzo si allunga, mentre il lato minore si accorcia. Ad esempio, la deformazione causata dallo stress tissutale in un cilindro lungo è un allungamento in lunghezza e una riduzione in diametro.

Nella tabella 5.3 sono illustrate le regole di deformazione da tempra di varie parti tipiche in acciaio.

2) Fattori che influenzano la deformazione da tempra

I fattori che influenzano la deformazione da tempra sono principalmente la composizione chimica dell'acciaio, la struttura originale, la geometria dei pezzi e il processo di trattamento termico.

3) Tempra delle crepe

Le cricche nei componenti si verificano principalmente nella fase avanzata di tempra e raffreddamento, ovvero dopo che la trasformazione martensitica è sostanzialmente completata o dopo il raffreddamento completo, e si verifica una rottura fragile perché la sollecitazione di trazione nei componenti supera la resistenza alla frattura dell'acciaio. Le cricche sono solitamente perpendicolari alla direzione di massima deformazione a trazione, quindi le diverse forme di cricche nei componenti dipendono principalmente dallo stato di distribuzione delle tensioni.

Tipi comuni di cricche da tempra: le cricche longitudinali (assiali) si generano principalmente quando la sollecitazione di trazione tangenziale supera la resistenza a rottura del materiale; le cricche trasversali si formano quando l'elevata sollecitazione di trazione assiale formata sulla superficie interna del pezzo supera la resistenza a rottura del materiale. Cricche; le cricche a rete si formano sotto l'azione di una sollecitazione di trazione bidimensionale sulla superficie; le cricche da distacco si verificano in uno strato indurito molto sottile, che può verificarsi quando la sollecitazione cambia bruscamente e una sollecitazione di trazione eccessiva agisce in direzione radiale. Tipo di cricca.

Le cricche longitudinali sono anche chiamate cricche assiali. Le cricche si formano in corrispondenza del massimo sforzo di trazione vicino alla superficie del componente e hanno una certa profondità verso il centro. La direzione delle cricche è generalmente parallela all'asse, ma può anche cambiare in caso di concentrazione di sforzi nel componente o in presenza di difetti strutturali interni.

Dopo che il pezzo è completamente temprato, è probabile che si formino cricche longitudinali. Ciò è dovuto all'elevata sollecitazione di trazione tangenziale sulla superficie del pezzo temprato. All'aumentare del contenuto di carbonio dell'acciaio, aumenta la tendenza alla formazione di cricche longitudinali. L'acciaio a basso tenore di carbonio presenta un piccolo volume specifico di martensite e un forte stress termico. Presenta un'elevata sollecitazione di compressione residua sulla superficie, quindi non è facile da temprare. All'aumentare del contenuto di carbonio, la sollecitazione di compressione superficiale diminuisce e la sollecitazione strutturale aumenta. Allo stesso tempo, la sollecitazione di trazione massima si sposta verso lo strato superficiale. Pertanto, l'acciaio ad alto tenore di carbonio è soggetto a cricche longitudinali da tempra in caso di surriscaldamento.

Le dimensioni dei componenti influenzano direttamente l'entità e la distribuzione delle tensioni residue, e anche la loro tendenza alla formazione di cricche da tempra è diversa. Anche le cricche longitudinali si formano facilmente durante la tempra, entro l'intervallo dimensionale pericoloso delle sezioni trasversali. Inoltre, il bloccaggio delle materie prime in acciaio causa spesso cricche longitudinali. Poiché la maggior parte dei componenti in acciaio è realizzata mediante laminazione, le inclusioni non metalliche, i carburi, ecc. presenti nell'acciaio sono distribuiti lungo la direzione di deformazione, rendendo l'acciaio anisotropo. Ad esempio, se l'acciaio per utensili ha una struttura a banda, la sua resistenza alla frattura trasversale dopo la tempra è inferiore del 30-50% rispetto alla resistenza alla frattura longitudinale. Se nell'acciaio sono presenti fattori come inclusioni non metalliche che causano la concentrazione delle tensioni, anche se la tensione tangenziale è maggiore di quella assiale, le cricche longitudinali si formano facilmente in condizioni di basse tensioni. Per questo motivo, un rigoroso controllo del livello di inclusioni non metalliche e zuccheri nell'acciaio è un fattore importante per prevenire le cricche da tempra.

Le caratteristiche di distribuzione delle tensioni interne delle cricche trasversali e delle cricche ad arco sono: la superficie è soggetta a sollecitazioni di compressione. Dopo aver lasciato la superficie per un certo tratto, le tensioni di compressione si trasformano in forti tensioni di trazione. La cricca si forma nell'area interessata dalle tensioni di trazione e, successivamente, quando le tensioni interne si espandono sulla superficie del pezzo, la tensione si ridistribuisce o la fragilità dell'acciaio aumenta ulteriormente.

Le cricche trasversali si verificano spesso in componenti di alberi di grandi dimensioni, come rulli, rotori di turbine o altri componenti di alberi. Le cricche sono caratterizzate dal fatto di essere perpendicolari alla direzione dell'asse e di rompersi dall'interno verso l'esterno. Spesso si formano prima della tempra e sono causate da sollecitazioni termiche. I pezzi forgiati di grandi dimensioni presentano spesso difetti metallurgici come pori, inclusioni, cricche di forgiatura e punti bianchi. Questi difetti costituiscono il punto di partenza della frattura e si rompono sotto l'azione di sollecitazioni di trazione assiali. Le cricche ad arco sono causate da sollecitazioni termiche e sono solitamente distribuite ad arco nelle parti in cui la forma del pezzo cambia. Si verificano principalmente all'interno del pezzo o in prossimità di spigoli vivi, scanalature e fori, e sono distribuite ad arco. Quando i pezzi in acciaio ad alto tenore di carbonio con un diametro o uno spessore di 80-100 mm o più non vengono temprati, la superficie mostrerà sollecitazioni di compressione e il centro mostrerà sollecitazioni di trazione. Lo stress, la massima sollecitazione di trazione, si verifica nella zona di transizione dallo strato temprato a quello non temprato, e in queste aree si verificano cricche da arco. Inoltre, la velocità di raffreddamento su spigoli vivi e angoli è rapida e tutti vengono temprati. Quando si passa a parti delicate, ovvero all'area non temprata, la zona di massima sollecitazione di trazione si verifica in questa zona, quindi è probabile che si verifichino cricche da arco. La velocità di raffreddamento in prossimità del foro del perno, della scanalatura o del foro centrale del pezzo è lenta, lo strato temprato corrispondente è sottile e la sollecitazione di trazione in prossimità della zona di transizione temprata può facilmente causare cricche da arco.

Le cricche reticolari, note anche come cricche superficiali, sono cricche superficiali. La profondità della cricca è superficiale, generalmente intorno a 0,01~1,5 mm. La caratteristica principale di questo tipo di cricca è che la direzione arbitraria della cricca non ha nulla a che fare con la forma del pezzo. Molte cricche sono collegate tra loro a formare una rete e sono ampiamente distribuite. Quando la profondità della cricca è maggiore, ad esempio superiore a 1 mm, le caratteristiche della rete scompaiono e si trasformano in cricche orientate in modo casuale o distribuite longitudinalmente. Le cricche reticolari sono correlate allo stato di sollecitazione di trazione bidimensionale sulla superficie.

I componenti in acciaio ad alto tenore di carbonio o cementati con uno strato decarburato in superficie tendono a formare cricche a reticolo durante la tempra. Questo perché lo strato superficiale ha un contenuto di carbonio inferiore e un volume specifico inferiore rispetto allo strato interno di martensite. Durante la tempra, lo strato superficiale di carburo è sottoposto a sollecitazioni di trazione. Anche i componenti il ​​cui strato di defosforazione non è stato completamente rimosso durante la lavorazione meccanica formeranno cricche a reticolo durante la tempra superficiale ad alta frequenza o alla fiamma. Per evitare tali cricche, la qualità superficiale dei componenti deve essere rigorosamente controllata e la saldatura per ossidazione deve essere evitata durante il trattamento termico. Inoltre, dopo un certo periodo di utilizzo dello stampo di forgiatura, le cricche da fatica termica che si formano in strisce o reticoli nella cavità e le cricche durante il processo di rettifica dei componenti temprati appartengono a questa forma.

Le cricche da distacco si verificano in un'area molto ristretta dello strato superficiale. Le sollecitazioni di compressione agiscono in direzione assiale e tangenziale, mentre le sollecitazioni di trazione si verificano in direzione radiale. Le cricche sono parallele alla superficie del pezzo. Il distacco dello strato temprato dopo il raffreddamento dei pezzi sottoposti a tempra superficiale e cementazione rientra in questo tipo di cricche. La loro comparsa è correlata alla struttura irregolare dello strato temprato. Ad esempio, dopo che l'acciaio legato cementato viene raffreddato a una certa velocità, la struttura dello strato cementato è la seguente: strato esterno di perlite estremamente fine + carburo, e il sottostrato è di martensite + austenite residua, mentre lo strato interno è di perlite fine o di perlite estremamente fine. Poiché il volume specifico di formazione della martensite del sottostrato è il maggiore, il risultato dell'espansione del volume è che lo stress compressivo agisce sullo strato superficiale in direzione assiale e tangenziale, mentre lo stress di trazione si verifica in direzione radiale e si verifica una mutazione dello stress verso l'interno, con transizione a uno stato di stress compressivo, e si verificano cricche da distacco in aree estremamente sottili dove lo stress cambia bruscamente. Generalmente, le cricche si annidano all'interno parallelamente alla superficie e, nei casi più gravi, possono causare distacco superficiale. Se la velocità di raffreddamento dei componenti cementati viene accelerata o ridotta, si può ottenere una struttura martensitica uniforme o una struttura perlitica ultrafine nello strato cementato, che può prevenire la formazione di tali cricche. Inoltre, durante la tempra superficiale ad alta frequenza o alla fiamma, la superficie viene spesso surriscaldata e la disomogeneità strutturale lungo lo strato indurito può facilmente formare tali cricche superficiali.

Le microcricche si differenziano dalle quattro cricche sopra menzionate in quanto sono causate da microstress. Le cricche intergranulari che si formano dopo tempra, surriscaldamento e rettifica di acciai per utensili ad alto tenore di carbonio o di pezzi cementati, così come le cricche causate da un rinvenimento non tempestivo di pezzi temprati, sono tutte correlate alla presenza e alla successiva espansione di microcricche nell'acciaio.

Le microcricche devono essere esaminate al microscopio. Di solito si verificano ai bordi dei grani di austenite originali o alla giunzione degli strati di martensite. Alcune cricche penetrano gli strati di martensite. La ricerca mostra che le microcricche sono più comuni nella martensite geminata a scaglie. Il motivo è che le martensite geminate a scaglie collidono tra loro durante la crescita ad alta velocità e generano elevate sollecitazioni. Tuttavia, la martensite geminata stessa è fragile e non può produrre. La deformazione plastica rilassa le sollecitazioni, causando così facilmente microcricche. I grani di austenite sono grossolani e la suscettibilità alle microcricche aumenta. La presenza di microcricche nell'acciaio riduce significativamente la resistenza e la plasticità dei pezzi temprati, causando danni precoci (fratture) dei pezzi.

Per evitare la formazione di microcricche nei componenti in acciaio ad alto tenore di carbonio, è possibile adottare misure come la riduzione della temperatura di tempra, l'ottenimento di una struttura martensitica fine e la riduzione del contenuto di carbonio nella martensite. Inoltre, il rinvenimento tempestivo dopo la tempra è un metodo efficace per ridurre le tensioni interne. I test hanno dimostrato che, dopo un rinvenimento sufficiente a temperature superiori a 200 °C, i carburi precipitati in corrispondenza delle cricche hanno l'effetto di "saldarle", il che può ridurre significativamente il rischio di microcricche.

Quanto sopra è una discussione sulle cause e sui metodi di prevenzione delle cricche in base al modello di distribuzione delle cricche. Nella produzione effettiva, la distribuzione delle cricche varia a causa di fattori quali la qualità dell'acciaio, la forma del pezzo e la tecnologia di lavorazione a caldo e a freddo. Talvolta le cricche sono già presenti prima del trattamento termico e si espandono ulteriormente durante il processo di tempra; talvolta possono comparire contemporaneamente diverse forme di cricche nello stesso pezzo. In questo caso, in base alle caratteristiche morfologiche della cricca, è necessario utilizzare un'analisi macroscopica della superficie di frattura, un esame metallografico e, se necessario, un'analisi chimica e altri metodi per condurre un'analisi completa che tenga conto della qualità del materiale, della struttura organizzativa e delle cause dello stress da trattamento termico, al fine di individuare la cricca. Individuare le cause principali e quindi determinare efficaci misure preventive.

L'analisi delle fratture è un metodo importante per analizzarne le cause. Ogni frattura ha un punto di partenza per le cricche. Le cricche da tempra di solito iniziano dal punto di convergenza delle cricche radiali.

Se l'origine della cricca è sulla superficie del componente, significa che la cricca è causata da un eccessivo sforzo di trazione sulla superficie. Se non sono presenti difetti strutturali come inclusioni sulla superficie, ma sono presenti fattori di concentrazione delle sollecitazioni come gravi segni di taglio, scaglie di ossido, spigoli vivi di parti in acciaio o parti con mutazioni strutturali, possono verificarsi cricche.

Se l'origine della cricca è interna al pezzo, è correlata a difetti del materiale o a eccessive sollecitazioni di trazione residue interne. La superficie di frattura di una tempra normale è grigia e porcellanata. Se la superficie di frattura è grigio scuro e ruvida, è causata da surriscaldamento o da uno spessore del tessuto originale.

In generale, non dovrebbe essere presente alcun colore di ossidazione sulla sezione vetrosa della cricca da tempra e non dovrebbe esserci alcuna decarburazione attorno alla cricca. Se è presente decarburazione attorno alla cricca o un colore di ossidazione sulla sezione della cricca, ciò indica che il pezzo presentava già delle cricche prima della tempra e che le cricche originali si espanderanno sotto l'influenza dello stress da trattamento termico. Se si osservano carburi segregati e inclusioni vicino alle cricche del pezzo, significa che le cricche sono correlate alla forte segregazione dei carburi nella materia prima o alla presenza di inclusioni. Se le cricche si presentano solo in corrispondenza degli angoli acuti o delle parti soggette a mutazione di forma del pezzo, senza il fenomeno sopra descritto, significa che la cricca è causata da una progettazione strutturale irragionevole del pezzo o da misure improprie per prevenire le cricche, oppure da uno stress eccessivo da trattamento termico.

Inoltre, le cricche nei componenti sottoposti a trattamento termico chimico e tempra superficiale si manifestano principalmente in prossimità dello strato temprato. Migliorare la struttura dello strato temprato e ridurre le sollecitazioni dovute al trattamento termico sono metodi importanti per evitare la formazione di cricche superficiali.