Pinna kõvenemise kõige intuitiivsem arusaam on see, et see võib parandada materjalide pinna kõvadust ja suurendada kulumiskindlust. Kuid see on ka tõhus viis materjalide väsimustugevuse parandamiseks. Kas sa tead, miks? Täna vaatleme selle taga olevat mehhanismi.
Väsimuspragude kõige levinumal tuumastumisel on kolm peamist põhjust, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel. Üks on libisemine materjali pinnal ja ülejäänud kaks on põhjustatud materjali sisemistest defektidest, nagu sisemised võõrkehade sissetungimised, tera piiride vahed (näiteks kokkutõmbumisaugud) jne Täna käsitleme pinna kõvenemise mõju väsimustugevusele. Eeldusel, et materjalil pole defekte, on tähelepanu keskmes libisemisnihestused.
Kui materjalile avaldatakse välist jõudu, toimub libisemine mikroskoopilisel skaalal ning libisemisribad tekitavad üksteise vastu libisedes ekstrusiooni ja sissetungi. Nagu on näidatud alloleval joonisel, toimivad need libisemisribad ja külgnevad ekstrusiooni- ja sissetungimispiirkonnad pingekontsentratsioonipunktidena, kus tekivad ja tekivad praod. Kuna nihkepinge on domineeriv, tekivad praod tavaliselt ja laienevad 45-kraadise nurga all. Võrreldes sisemiste teradega, tekivad detailide pinnal olevad terad ümbritsevate terade toestuse puudumise tõttu varem defekte.
Osade pinnakõvendamisel paraneb oluliselt materjali pinna kõvadus ja kõvadus on otseselt seotud metalli tugevusega. Kõvaduse suurenemine tähendab, et selle võime taluda plastseid deformatsioone on suurenenud. Võrreldes pehmete materjalidega, mida ei ole karastatud, tekitab karastatud materjal suhteliselt väiksema tõenäosusega libisemist. Kui jälgite mikrofotot, avastate, et kõvastunud pinnal pole põhimõtteliselt mingit ilmset ekstrusiooni ega sissetungi. Seetõttu ei teki metalli pinnal libisemisest tingitud pingekontsentratsiooni ja pragude tekkimise võimalus on oluliselt vähenenud. See on peamine põhjus, miks pinnakarastamine võib parandada materjali väsimustugevust. Muidugi on ka teisejärguline põhjus. Pärast karastamist ja kõvenemist võib materjali pind tavaliselt tekitada pinnale jääksurvepinge. See survejääkpinge aitab vastu seista ka väsimuspragude tekkele ja laienemisele, parandades seeläbi materjali väsimuse eluiga. Siiski on kaks punkti, mida tuleks lõpus kõigile meelde tuletada: Esiteks, kui detailide konstruktsioon on ebamõistlik või karastusprotsessi juhtimine on ebamõistlik, võivad kõvenemise käigus tekkida praod või mikropraod, mis võivad olla väsimuse rikke allikaks. Teiseks, kui kõvastunud osad tuleb viimistleda, võivad need protsessid tekitada ka mikropragusid (nt lihvimispraod) või muuta kõvaduse jaotust, vähendada jääksurvepinget või isegi muuta selle tõmbepingeks, millest saavad mõned ebasoodsad tegurid, mis mõjutavad väsimustugevust.(文章来源:iMechanics机械)
