بصری ترین درک از سخت شدن سطح این است که می تواند سختی سطح مواد را بهبود بخشد و مقاومت در برابر سایش را افزایش دهد. اما همچنین یک راه موثر برای بهبود مقاومت در برابر خستگی مواد است. میدونی چرا؟ امروز نگاهی به مکانیسم پشت این خواهیم انداخت.
همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، سه دلیل اصلی برای رایج ترین هسته سازی ترک های خستگی وجود دارد. یکی نابجایی لغزش روی سطح مواد است و دو مورد دیگر ناشی از عیوب داخلی مواد مانند ادغام مواد خارجی داخلی، شکاف های مرزی دانه ها (مانند سوراخ های انقباض) و غیره است. امروز در مورد تاثیر سخت شدن سطح بر مقاومت خستگی بحث می کنیم. با فرض اینکه ماده هیچ نقصی نداشته باشد، دررفتگی های لغزشی کانون توجه است.
هنگامی که ماده تحت نیروی خارجی قرار می گیرد، لغزش در مقیاس میکروسکوپی رخ می دهد و نوارهای لغزش با لغزش روی یکدیگر اکستروژن و نفوذ ایجاد می کنند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، این نوارهای لغزشی و نواحی مجاور اکستروژن و نفوذ به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل می کنند، جایی که ترک ها منشأ می گیرند و ایجاد می شوند. از آنجا که تنش برشی غالب است، ترک ها معمولاً با زاویه 45 درجه ظاهر می شوند و منبسط می شوند. در مقایسه با دانه های داخلی، دانه های روی سطح قطعات به دلیل عدم پشتیبانی از دانه های اطراف، بیشتر احتمال دارد زودتر عیب ایجاد کنند.
هنگامی که قطعات را به صورت سطحی سخت می کنیم، سختی سطح مواد بسیار بهبود می یابد و سختی مستقیماً با استحکام فلز مرتبط است. افزایش سختی به این معنی است که توانایی آن در مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک افزایش یافته است. در مقایسه با مواد نرمی که سخت نشده اند، مواد سخت شده نسبتاً کمتر احتمال دارد که حرکت دررفتگی لغزش ایجاد کند. اگر میکروفتوگراف را مشاهده کنید، متوجه خواهید شد که اساساً هیچ اکستروژن یا نفوذ آشکاری روی سطح سخت شده وجود ندارد. بنابراین غلظت تنش ناشی از دررفتگی لغزش روی سطح فلز وجود ندارد و احتمال شروع ترک بسیار کاهش می یابد. این دلیل اصلی است که چرا سخت شدن سطح می تواند استحکام خستگی مواد را بهبود بخشد. البته دلیل فرعی هم دارد. پس از خاموش شدن و سخت شدن، سطح ماده معمولاً می تواند تنش فشاری باقیمانده را روی سطح ایجاد کند. این تنش پسماند فشاری همچنین به مقاومت در برابر شروع و گسترش ترک های خستگی کمک می کند و در نتیجه عمر خستگی مواد را بهبود می بخشد. با این حال، در پایان باید دو نکته را به همه یادآوری کرد: اول، اگر طراحی ساختاری قطعات نامعقول باشد یا کنترل فرآیند کوئنچ غیر منطقی باشد، ممکن است در طول فرآیند سخت شدن، ترک یا ریزترک رخ دهد که منشا شکست خستگی خواهد شد. ثانیاً، اگر قطعات سخت شده نیاز به اتمام داشته باشند، این فرآیندها همچنین ممکن است باعث ایجاد ریزترک (مانند ترک های آسیاب) یا تغییر توزیع سختی، کاهش تنش فشاری باقیمانده یا حتی تبدیل آن به تنش کششی شود که به برخی از عوامل نامطلوب تأثیرگذار بر مقاومت خستگی تبدیل می شود.(文章来源:iMechanics机械)
