1. Ορισμός
Η δομική τάση, που ονομάζεται επίσης τάση μετασχηματισμού, είναι ένας τύπος εσωτερικής τάσης που δημιουργείται κατά τη θερμική επεξεργασία του χάλυβα, ειδικά κατά την απόσβεση. Προκύπτει από τον ασύγχρονο μετασχηματισμό φάσης και τις ειδικές διαφορές όγκου μεταξύ των μικροδομών. Ο αμοιβαίος περιορισμός των αλλαγών όγκου σε διαφορετικά τμήματα του κατεργαζόμενου τεμαχίου το καθιστά βασική αιτία παραμόρφωσης και ρωγμών με θερμική επεξεργασία.
2. Μηχανισμός Ουσίας & Γενιάς
Βασικά αίτια
Διαφορετικές φάσεις στον χάλυβα έχουν ξεχωριστό ειδικό όγκο (όγκος ανά μονάδα μάζας):
ωστενίτης (γ) < φερρίτης (α) < περλίτης < μπαϊνίτης < μαρτενσίτης (Μ)
Ο μετασχηματισμός από ωστενίτη σε μαρτενσίτη φέρνει σημαντική αύξηση όγκου 3%~5%.
Η επιφάνεια και ο πυρήνας των τεμαχίων έχουν ασυνεπείς ρυθμούς ψύξης, οδηγώντας σε ασύγχρονο μετασχηματισμό φάσης και ασυντόνιστες διακυμάνσεις όγκου, που τελικά προκαλούν δομική καταπόνηση.
Τυπική διαδικασία σβέσης
Πρώιμο στάδιο ψύξης (πάνω από το σημείο Ms)
Η επιφάνεια ψύχεται γρηγορότερα και φτάνει πρώτα τη θερμοκρασία Ms, μετατρέποντας από ωστενίτη σε μαρτενσίτη με διόγκωση όγκου. Ο πυρήνας παραμένει ωστενίτης χωρίς διαστολή. Περιορισμένη από τον πυρήνα, η επιφάνεια φέρει θλιπτική τάση ενώ ο πυρήνας φέρει τάση εφελκυσμού.
Τελευταίο στάδιο ψύξης (Κάτω από το σημείο Ms)
Ο πυρήνας ψύχεται μέχρι το σημείο Ms και μετατρέπεται σε μαρτενσίτη με διόγκωση όγκου. Η επιφάνεια έχει γίνει σκληρή και εύθραυστη με περιορισμένη ικανότητα παραμόρφωσης. Ο διαστελλόμενος πυρήνας πιέζει την επιφάνεια, προκαλώντας αντιστροφή της πίεσης.
Κατανομή τελικής τάσης: Επιφανειακή εφελκυστική τάση, Θλιπτική τάση πυρήνα (αντίθετη από τη θερμική τάση).
3. Κύριοι Επηρεαζόμενοι Παράγοντες Δομικής Καταπόνησης
Χημική Σύνθεση
Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα διευρύνει τη διαφορά ειδικού όγκου του μαρτενσίτη και αυξάνει τη δομική καταπόνηση.
Στοιχεία κράματος όπως Cr, Ni και Mo μειώνουν τη θερμοκρασία Ms, επεκτείνουν τη διαφορά θερμοκρασίας μετασχηματισμού φάσης, βελτιώνουν τη σκληρότητα και εντείνουν τον ανομοιόμορφο μετασχηματισμό διατομής, αυξάνοντας έτσι τη δομική καταπόνηση.
Μέγεθος και σχήμα τεμαχίου εργασίας
Μεγαλύτερο μέγεθος διατομής, ανομοιόμορφο πάχος, πιο έντονες γωνίες και αυλακώσεις επιδεινώνουν τον ασύγχρονο μετασχηματισμό φάσης, αυξάνοντας τη δομική τάση και τη συγκέντρωση τάσεων. Στα μικρά τεμάχια κατεργασίας κυριαρχεί η δομική καταπόνηση, ενώ στα μεγάλα κυριαρχεί η θερμική καταπόνηση.
Παράμετροι διαδικασίας
Η υψηλότερη θερμοκρασία σβέσης ομογενοποιεί τη σύνθεση του ωστενίτη και τραχύνει τους κόκκους, ενισχύοντας την επίδραση όγκου του μετασχηματισμού φάσης και της τάσης. Ο ταχύτερος ρυθμός ψύξης κάτω από το Ms και η υψηλότερη σκληρυνσιμότητα επεκτείνουν τη διαφορά χρόνου μετασχηματισμού φάσης και την κλίση μετασχηματισμού μαρτενσίτη, ενισχύοντας περαιτέρω τη δομική καταπόνηση.
Αρχική μικροδομή
Ο φυλλωτός περλίτης και η δομή με ταινίες προκαλούν ανομοιόμορφο μετασχηματισμό φάσης και υψηλότερη καταπόνηση. Η σφαιροειδής μικροδομή ανόπτησης επιτρέπει ομοιόμορφο μετασχηματισμό φάσης και μειώνει τη δομική καταπόνηση.
4. Περίληψη
Η δομική καταπόνηση είναι ένα αναπόφευκτο αποτέλεσμα του ασύγχρονου μετασχηματισμού φάσης και της διαφοράς ειδικού όγκου, που χαρακτηρίζεται από την επιφανειακή τάση και τη συμπίεση του πυρήνα. Είναι το κύριο κίνητρο για την απόσβεση της παραμόρφωσης και της ρωγμής.
Μέτρα ελέγχου: Μειώστε τον ρυθμό ψύξης στην περιοχή Ms, ομογενοποιήστε τον μετασχηματισμό φάσης, πραγματοποιήστε έγκαιρη σκλήρυνση και βελτιστοποιήστε τη δομή του τεμαχίου εργασίας και την επιλογή υλικού. Στην παραγωγή, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η δομική τάση και η θερμική τάση για να συμβιβαστούν οι κίνδυνοι απόδοσης, παραμόρφωσης και ρωγμών.