Специфікації твердості домінують у кресленнях термічної обробки кування. Багато креслень не містять нічого, крім значень HB або HRC, плюс допустимий запас спотворення. Але контроль якості-, керований дизайном, проходить глибше-локалізовані зони термічної обробки, вимоги до глибини корпусу для компонентів із-поверхневим зміцненням і твердість серцевини взаємопов’язують усі форми надійності кінцевих компонентів. Цільові показники визначають кожен показник.
Твердість: основний показник із критичним застереженням
Перевірка твердості домінує над перевіркою якості в цехах{0}}швидка, неруйнівна та-рентабельна. Кореляція між твердістю та міцністю на розрив робить його практичним замінником оцінки механічних властивостей, коли повне випробування на розтягування неможливе. ASTM A909/A909M чітко пов’язує твердість з межею текучості, міцністю на розрив, відносним подовженням і пластичністю в поковках з мікролегованої вуглецевої сталі.
Але сліпа довіра доручним значенням твердості створює польові збої. Аналіз режиму відмови повинен керувати цілями твердості.
Ілюстрацією цього є 10-тонний молотовий стрижень для штампування, виготовлений із 40CrNi або 35CrMo. Початкові специфікації передбачали низьку твердість (241-270 HBW) на основі передбачуваного ударного-навантаження. Життя штанги залишилося коротким. Розслідування несправностей виявило втомний руйнування, а не ударне перевантаження, як основний механізм. Підвищення твердості до 38-43 HRC значно подовжило термін служби. Менша твердість була б безпечнішою для удару; вища твердість виявилася правильною для втоми.
Розробники, які обчислюють розподіл напруги, застосовують коефіцієнти запасу міцності, перетворюють вимоги до міцності за допомогою стандартних таблиць перетворення твердості та називають це завершеним-цілком пропускають розмову про режим відмови. Штампи-холодної роботи пропонують зворотний урок. Високоточні-преси вимагають інструментів високої твердості. Низька точність машини в поєднанні з великою енергією удару, однак, надає перевагу дещо зниженій твердості, щоб запобігти сколу краю або повному руйнуванню.
Міцність-Баланс міцності: взаємодоповнюючий зв’язок
Сорти сталі демонструють взаємовиключну міцність і в'язкість. Конструкційні поковки, розроблені з надлишковими межами міцності, жертвують міцністю, приводячи в дію надгабаритні компоненти з обмеженим терміном служби втоми. І навпаки, інструменти та матриці, оптимізовані виключно для зносостійкості-максимальної твердості, мінімальної в’язкості-передчасно ламаються під час циклічного впливу.
Відповідний баланс виходить із задокументованого аналізу умов обслуговування. Значення міцності матеріалу, виміряні на стандартизованих зразках для випробувань, рідко безпосередньо впливають на структурну міцність компонентів-ефекти розміру, чутливість надрізу та стан залишкової напруги змінюють реальні-робочі характеристики зі значним запасом. Міцність системного-рівня за участю суміжних взаємодіючих компонентів додає ще одну змінну.
Різниця в твердості оптимізує термін служби збірки. Підшипники кочення збільшують термін служби, коли кулька працює на 2 HRC сильніше, ніж доріжка кочення. Шестерні автомобільного приводу перевершують, коли твердість поверхні перевищує твердість відповідної шестерні на 2–5 HRC. Ідентичний матеріал при однаковій твердості, навпаки, часто створює низьку зносостійкість при контакті тертя.
Координація серцевини та поверхні в загартованих компонентах
Загартовані-деталі-цементовані, карбонітровані, індукційно загартовані, азотовані-вимагають певних показників міцності сердечника при фіксованій глибині корпусу. Надмірна міцність серцевини зменшує корисну поверхневу залишкову напругу при стиску, знижуючи стійкість до втоми. Недостатня міцність серцевини переміщує початок втоми в перехідну зону, прискорюючи поширення тріщини.
ISO 18203 стандартизує методи вимірювання глибини корпусу для термічних процесів, включаючи полум’я, індукцію, електронний промінь і лазерне зміцнення, а також термохімічну обробку, як науглерожування, азотування та азотування. Документ визначає глибину цементування як вертикальну відстань від поверхні до точки вимірювання твердості, що досягає 550 HV відповідно до ISO 6507-1. Глибина твердості азотування визначає точку, де твердість перевищує основні значення на 50 HV.
Оптимальний коефіцієнт зміцнення для науглерожених зубчастих коліс коливається від 0,1 до 0,15 відносної ефективної глибини корпусу. Багато існуючих специфікацій є значно глибшими, ніж необхідно. Зменшення глибини корпусу до цього оптимізованого діапазону одночасно підтримує довговічність, забезпечуючи вимірну економію енергії.
