Definisi dan tujuan quenching
Baja dipanaskan hingga suhu di atas titik kritis Ac3 (baja hipoeutektoid) atau Ac1 (baja hipereutektoid), dipertahankan selama beberapa waktu hingga mencapai austenitisasi penuh atau sebagian, kemudian didinginkan pada kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan pendinginan kritis. Proses perlakuan panas yang mengubah austenit superdingin menjadi martensit atau bainit rendah disebut pendinginan.
Tujuan pendinginan adalah mengubah austenit superdingin menjadi martensit atau bainit untuk mendapatkan struktur martensit atau bainit yang lebih rendah. Proses ini kemudian dikombinasikan dengan tempering pada berbagai suhu untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan ketahanan baja secara signifikan. Hal ini bertujuan untuk memenuhi berbagai persyaratan penggunaan komponen dan perkakas mekanis, seperti feromagnetisme dan ketahanan korosi, serta meningkatkan daya tahan, ketahanan aus, dan ketangguhan, serta memenuhi berbagai persyaratan penggunaan. Pendinginan juga dapat digunakan untuk memenuhi sifat fisik dan kimia khusus dari baja tertentu, seperti feromagnetisme dan ketahanan korosi.
Ketika bagian baja didinginkan dalam media pendinginan dengan perubahan keadaan fisik, proses pendinginan secara umum dibagi menjadi tiga tahap berikut: tahap lapisan uap, tahap perebusan, dan tahap konveksi.
Kekerasan baja
Kemampuan pengerasan dan kemampukerasan adalah dua indikator kinerja yang mencirikan kemampuan baja untuk mengalami pendinginan. Keduanya juga merupakan dasar penting dalam pemilihan dan penggunaan material.
1. Konsep pengerasan dan hardenability
Kemampuan pengerasan adalah kemampuan baja untuk mencapai kekerasan tertinggi yang dapat dicapainya ketika diquenching dan dikeraskan dalam kondisi ideal. Faktor utama yang menentukan kemampuan pengerasan baja adalah kandungan karbonnya. Lebih tepatnya, kandungan karbon yang terlarut dalam austenit selama proses quenching dan pemanasan. Semakin tinggi kandungan karbon, semakin tinggi kemampuan pengerasan baja. Unsur paduan dalam baja memiliki pengaruh yang kecil terhadap kemampuan pengerasan, tetapi memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kemampuan pengerasan baja.
Kemampuan pengerasan mengacu pada karakteristik yang menentukan kedalaman pengerasan dan distribusi kekerasan baja dalam kondisi tertentu. Artinya, kemampuan untuk mencapai kedalaman lapisan yang dikeraskan saat baja di-quenching. Kemampuan pengerasan merupakan sifat inheren baja. Kemampuan pengerasan sebenarnya mencerminkan kemudahan austenit bertransformasi menjadi martensit saat baja di-quenching. Hal ini terutama berkaitan dengan stabilitas austenit super dingin baja, atau dengan laju pendinginan kritis baja setelah proses quenching.
Perlu juga ditunjukkan bahwa kemampuan pengerasan baja harus dibedakan dari kedalaman pengerasan efektif bagian baja di bawah kondisi pendinginan tertentu. Kemampuan pengerasan baja adalah sifat bawaan baja itu sendiri. Itu hanya tergantung pada faktor internalnya sendiri dan tidak ada hubungannya dengan faktor eksternal. Kedalaman kemampuan pengerasan efektif baja tidak hanya tergantung pada kemampuan pengerasan baja, tetapi juga tergantung pada bahan yang digunakan. Itu terkait dengan faktor eksternal seperti media pendingin dan ukuran benda kerja. Misalnya, di bawah kondisi austenitisasi yang sama, kemampuan pengerasan baja yang sama adalah sama, tetapi kedalaman pengerasan efektif pendinginan air lebih besar daripada pendinginan minyak, dan bagian-bagian kecil lebih kecil daripada pendinginan minyak. Kedalaman pengerasan efektif bagian besar besar. Ini tidak dapat dikatakan bahwa pendinginan air memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi daripada pendinginan minyak. Tidak dapat dikatakan bahwa bagian-bagian kecil memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi daripada bagian besar. Dapat dilihat bahwa untuk mengevaluasi pengerasan baja, pengaruh faktor eksternal seperti bentuk benda kerja, ukuran, media pendingin, dll. harus dihilangkan.
Selain itu, karena pengerasan dan kemampuan pengerasan adalah dua konsep yang berbeda, baja dengan kekerasan tinggi setelah pendinginan belum tentu memiliki kemampuan pengerasan yang tinggi; dan baja dengan kekerasan rendah mungkin juga memiliki kemampuan pengerasan yang tinggi.
2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengerasan
Kemampuan pengerasan baja bergantung pada stabilitas austenit. Faktor apa pun yang dapat meningkatkan stabilitas austenit superdingin, menggeser kurva C ke kanan, dan dengan demikian mengurangi laju pendinginan kritis, dapat meningkatkan kemampuan pengerasan baja tinggi. Stabilitas austenit terutama bergantung pada komposisi kimianya, ukuran butir, dan keseragaman komposisinya, yang berkaitan dengan komposisi kimia baja dan kondisi pemanasan.
3.Metode pengukuran kekerasan
Ada banyak metode untuk mengukur kekerasan baja, yang paling umum digunakan adalah metode pengukuran diameter kritis dan metode uji kekerasan akhir.
(1)Metode pengukuran diameter kritis
Setelah baja di-quenching dalam media tertentu, diameter maksimum ketika inti memperoleh struktur martensit penuh atau 50% martensit disebut diameter kritis, yang direpresentasikan oleh Dc. Metode pengukuran diameter kritis adalah dengan membuat serangkaian batang bundar dengan diameter berbeda. Setelah di-quenching, ukur kurva kekerasan U yang terdistribusi sepanjang diameter pada setiap bagian sampel, dan temukan batang dengan struktur semi-martensit di tengahnya. Diameter batang bundar tersebut merupakan diameter kritis. Semakin besar diameter kritis, semakin tinggi kemampuan pengerasan baja.
(2) Metode uji pendinginan akhir
Metode uji end-quenching menggunakan spesimen end-quenching berukuran standar (25mm×100mm). Setelah austenisasi, air disemprotkan ke salah satu ujung spesimen menggunakan peralatan khusus untuk mendinginkannya. Setelah pendinginan, kekerasan diukur sepanjang arah sumbu – dari ujung yang didinginkan air. Metode uji untuk kurva hubungan jarak. Metode uji end-hardening merupakan salah satu metode untuk menentukan kemampuan pengerasan baja. Keunggulannya adalah pengoperasian yang sederhana dan cakupan aplikasi yang luas.
4. Tegangan pendinginan, deformasi dan retak
(1) Tekanan internal benda kerja selama pendinginan
Ketika benda kerja didinginkan dengan cepat dalam media pendinginan, karena benda kerja memiliki ukuran tertentu dan koefisien konduktivitas termal juga merupakan nilai tertentu, gradien suhu tertentu akan terjadi di sepanjang bagian dalam benda kerja selama proses pendinginan. Suhu permukaan rendah, suhu inti tinggi, dan suhu permukaan dan inti tinggi. Ada perbedaan suhu. Selama proses pendinginan benda kerja, ada juga dua fenomena fisik: satu adalah ekspansi termal, saat suhu turun, panjang garis benda kerja akan menyusut; yang lainnya adalah transformasi austenit menjadi martensit ketika suhu turun ke titik transformasi martensit. , yang akan meningkatkan volume spesifik. Karena perbedaan suhu selama proses pendinginan, jumlah ekspansi termal akan berbeda di berbagai bagian di sepanjang penampang benda kerja, dan tegangan internal akan dihasilkan di berbagai bagian benda kerja. Karena adanya perbedaan suhu di dalam benda kerja, mungkin juga ada bagian di mana suhu turun lebih cepat daripada titik di mana martensit terjadi. Transformasi, volume mengembang, dan bagian-bagian dengan suhu tinggi masih lebih tinggi daripada titik tersebut dan masih dalam keadaan austenit. Bagian-bagian yang berbeda ini juga akan menghasilkan tegangan internal karena perbedaan perubahan volume spesifik. Oleh karena itu, dua jenis tegangan internal dapat dihasilkan selama proses pendinginan dan pendinginan: satu adalah tegangan termal; yang lainnya adalah tegangan jaringan.
Berdasarkan karakteristik waktu keberadaan tegangan internal, tegangan internal juga dapat dibagi menjadi tegangan sesaat dan tegangan sisa. Tegangan internal yang dihasilkan oleh benda kerja pada saat tertentu selama proses pendinginan disebut tegangan sesaat; setelah benda kerja didinginkan, tegangan yang tersisa di dalam benda kerja disebut tegangan sisa.
Tekanan termal merujuk pada tekanan yang disebabkan oleh ekspansi termal yang tidak konsisten (atau kontraksi dingin) akibat perbedaan suhu di berbagai bagian benda kerja saat dipanaskan (atau didinginkan).
Sekarang mari kita ambil contoh silinder pejal untuk mengilustrasikan pembentukan dan perubahan aturan tegangan internal selama proses pendinginan. Hanya tegangan aksial yang dibahas di sini. Pada awal pendinginan, karena permukaan mendingin dengan cepat, suhunya rendah, dan banyak menyusut, sementara inti didinginkan, suhunya tinggi, dan penyusutannya kecil. Akibatnya, permukaan dan bagian dalam saling tertahan, menghasilkan tegangan tarik pada permukaan, sementara inti berada di bawah tekanan. Saat pendinginan berlangsung, perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar meningkat, dan tegangan internal juga meningkat. Ketika tegangan meningkat melebihi kekuatan luluh pada suhu ini, terjadi deformasi plastis. Karena ketebalan jantung lebih tinggi daripada permukaan, jantung selalu berkontraksi secara aksial terlebih dahulu. Sebagai hasil dari deformasi plastis, tegangan internal tidak lagi meningkat. Setelah pendinginan hingga jangka waktu tertentu, penurunan suhu permukaan secara bertahap akan melambat, dan penyusutannya juga akan secara bertahap berkurang. Pada saat ini, inti masih menyusut, sehingga tegangan tarik pada permukaan dan tegangan tekan pada inti akan berkurang secara bertahap hingga menghilang. Namun, seiring pendinginan berlanjut, kelembapan permukaan menjadi semakin rendah, dan jumlah penyusutan menjadi semakin berkurang, atau bahkan berhenti menyusut. Karena suhu di inti masih tinggi, ia akan terus menyusut, dan akhirnya tegangan tekan akan terbentuk pada permukaan benda kerja, sementara inti akan mengalami tegangan tarik. Namun, karena suhu rendah, deformasi plastis tidak mudah terjadi, sehingga tegangan ini akan meningkat seiring berjalannya pendinginan. Tegangan ini terus meningkat dan akhirnya tetap berada di dalam benda kerja sebagai tegangan sisa.
Dapat dilihat bahwa tegangan termal selama proses pendinginan awalnya menyebabkan lapisan permukaan teregang dan inti terkompresi, dan tegangan sisa yang tersisa adalah lapisan permukaan terkompresi dan inti teregang.
Singkatnya, tegangan termal yang dihasilkan selama pendinginan quenching disebabkan oleh perbedaan suhu penampang melintang selama proses pendinginan. Semakin besar laju pendinginan dan semakin besar perbedaan suhu penampang melintang, semakin besar pula tegangan termal yang dihasilkan. Dalam kondisi media pendingin yang sama, semakin tinggi suhu pemanasan benda kerja, semakin besar ukurannya, semakin kecil konduktivitas termal baja, semakin besar perbedaan suhu di dalam benda kerja, dan semakin besar pula tegangan termal. Jika benda kerja didinginkan secara tidak merata pada suhu tinggi, benda kerja akan terdistorsi dan mengalami deformasi. Jika tegangan tarik sesaat yang dihasilkan selama proses pendinginan benda kerja lebih besar daripada kekuatan tarik material, retakan quenching akan terjadi.
Tegangan transformasi fase merujuk pada tegangan yang disebabkan oleh perbedaan waktu transformasi fase di berbagai bagian benda kerja selama proses perlakuan panas, yang juga dikenal sebagai tegangan jaringan.
Selama pendinginan cepat dan pendinginan cepat, ketika lapisan permukaan didinginkan hingga titik Ms, transformasi martensit terjadi dan menyebabkan ekspansi volume. Namun, karena penyumbatan inti yang belum mengalami transformasi, lapisan permukaan menghasilkan tegangan tekan, sedangkan inti mengalami tegangan tarik. Ketika tegangan cukup besar, akan menyebabkan deformasi. Ketika inti didinginkan hingga titik Ms, ia juga akan mengalami transformasi martensit dan mengembang volumenya. Namun, karena kendala lapisan permukaan yang ditransformasikan dengan plastisitas rendah dan kekuatan tinggi, tegangan sisa akhirnya akan berupa tegangan permukaan, dan inti akan berada di bawah tekanan. Dapat dilihat bahwa perubahan dan keadaan akhir tegangan transformasi fasa justru berlawanan dengan tegangan termal. Selain itu, karena tegangan perubahan fasa terjadi pada suhu rendah dengan plastisitas rendah, deformasi sulit terjadi pada saat ini, sehingga tegangan perubahan fasa lebih mungkin menyebabkan retak pada benda kerja.
Ada banyak faktor yang memengaruhi ukuran tegangan transformasi fasa. Semakin cepat laju pendinginan baja dalam rentang suhu transformasi martensit, semakin besar ukuran potongan baja, semakin buruk konduktivitas termal baja, semakin besar volume spesifik martensit, semakin besar tegangan transformasi fasa. Semakin besar jadinya. Selain itu, tegangan transformasi fasa juga terkait dengan komposisi baja dan kemampuan pengerasan baja. Misalnya, baja paduan tinggi karbon tinggi meningkatkan volume spesifik martensit karena kandungan karbonnya yang tinggi, yang seharusnya meningkatkan tegangan transformasi fasa baja. Namun, ketika kandungan karbon meningkat, titik Ms menurun, dan ada sejumlah besar austenit tertahan setelah pendinginan. Ekspansi volumenya menurun dan tegangan sisa rendah.
(2) Deformasi benda kerja selama pendinginan
Selama pendinginan, ada dua jenis utama deformasi pada benda kerja: yang pertama adalah perubahan bentuk geometris benda kerja, yang terwujud sebagai perubahan ukuran dan bentuk, sering disebut deformasi lengkung, yang disebabkan oleh tegangan pendinginan; yang kedua adalah deformasi volume, yang terwujud sebagai ekspansi atau kontraksi proporsional volume benda kerja, yang disebabkan oleh perubahan volume spesifik selama perubahan fase.
Deformasi lengkung juga mencakup deformasi bentuk dan deformasi puntir. Deformasi puntir terutama disebabkan oleh penempatan benda kerja yang tidak tepat di dalam tungku selama pemanasan, atau kurangnya perlakuan pembentukan setelah koreksi deformasi sebelum pendinginan, atau pendinginan yang tidak merata pada berbagai bagian benda kerja saat benda kerja didinginkan. Deformasi ini dapat dianalisis dan diatasi untuk situasi tertentu. Berikut ini terutama dibahas deformasi volume dan deformasi bentuk.
1) Penyebab deformasi pendinginan dan aturan perubahannya
Deformasi volume akibat transformasi struktur. Kondisi struktur benda kerja sebelum pendinginan umumnya berupa perlit, yaitu struktur campuran ferit dan sementit, dan setelah pendinginan berupa struktur martensit. Perbedaan volume spesifik jaringan ini akan menyebabkan perubahan volume sebelum dan sesudah pendinginan, sehingga mengakibatkan deformasi. Namun, deformasi ini hanya menyebabkan benda kerja memuai dan menyusut secara proporsional, sehingga tidak mengubah bentuk benda kerja.
Selain itu, semakin banyak martensit dalam struktur setelah perlakuan panas, atau semakin tinggi kandungan karbon dalam martensit, semakin besar ekspansi volumenya, dan semakin besar jumlah austenit tertahan, semakin kecil ekspansi volumenya. Oleh karena itu, perubahan volume dapat dikontrol dengan mengendalikan kandungan relatif martensit dan martensit sisa selama perlakuan panas. Jika dikontrol dengan benar, volume tidak akan mengembang maupun menyusut.
Deformasi bentuk yang disebabkan oleh tegangan termal Deformasi yang disebabkan oleh tegangan termal terjadi di area bersuhu tinggi di mana kekuatan luluh bagian baja rendah, plastisitasnya tinggi, permukaan mendingin dengan cepat, dan perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar benda kerja adalah yang terbesar. Pada saat ini, tegangan termal sesaat adalah tegangan tarik permukaan dan tegangan tekan inti. Karena suhu inti tinggi pada saat ini, kekuatan luluh jauh lebih rendah daripada permukaan, sehingga terwujud sebagai deformasi di bawah aksi tegangan tekan multi-arah, yaitu kubus berbentuk bulat dalam arah. Variasi. Hasilnya adalah yang lebih besar menyusut, sedangkan yang lebih kecil mengembang. Misalnya, silinder panjang memendek dalam arah panjang dan mengembang dalam arah diameter.
Deformasi bentuk yang disebabkan oleh tegangan jaringan Deformasi yang disebabkan oleh tegangan jaringan juga terjadi pada saat awal ketika tegangan jaringan maksimum. Pada saat ini, perbedaan suhu penampang besar, suhu inti lebih tinggi, masih dalam keadaan austenit, plastisitasnya baik, dan kekuatan luluh rendah. Tegangan jaringan sesaat adalah tegangan tekan permukaan dan tegangan tarik inti. Oleh karena itu, deformasi dimanifestasikan sebagai pemanjangan inti di bawah aksi tegangan tarik multi-arah. Hasilnya adalah bahwa di bawah aksi tegangan jaringan, sisi yang lebih besar dari benda kerja memanjang, sedangkan sisi yang lebih kecil memendek. Misalnya, deformasi yang disebabkan oleh tegangan jaringan dalam silinder panjang adalah pemanjangan panjang dan pengurangan diameter.
Tabel 5.3 menunjukkan aturan deformasi pendinginan berbagai bagian baja umum.
2) Faktor-faktor yang mempengaruhi deformasi pendinginan
Faktor-faktor yang memengaruhi deformasi pendinginan terutama adalah komposisi kimia baja, struktur asli, geometri bagian-bagian dan proses perlakuan panas.
3) Memadamkan retakan
Retak pada komponen terutama terjadi pada tahap akhir pendinginan dan pendinginan, yaitu setelah transformasi martensit pada dasarnya selesai atau setelah pendinginan sempurna. Kegagalan getas terjadi karena tegangan tarik pada komponen melebihi kekuatan patah baja. Retak biasanya tegak lurus terhadap arah deformasi tarik maksimum, sehingga bentuk retak yang berbeda pada komponen terutama bergantung pada kondisi distribusi tegangan.
Jenis-jenis umum retak quenching: Retak longitudinal (aksial) terutama terbentuk ketika tegangan tarik tangensial melebihi kekuatan putus material; retak transversal terbentuk ketika tegangan tarik aksial besar yang terbentuk pada permukaan bagian dalam komponen melebihi kekuatan putus material. Retak; retak jaringan terbentuk di bawah aksi tegangan tarik dua dimensi pada permukaan; retak mengelupas terjadi pada lapisan keras yang sangat tipis, yang dapat terjadi ketika tegangan berubah drastis dan tegangan tarik berlebih bekerja dalam arah radial. Jenis-jenis retak.
Retak longitudinal juga disebut retak aksial. Retak terjadi pada tegangan tarik maksimum di dekat permukaan komponen, dan memiliki kedalaman tertentu ke arah pusat. Arah retak umumnya sejajar dengan sumbu, tetapi arahnya juga dapat berubah ketika terdapat konsentrasi tegangan pada komponen atau ketika terdapat cacat struktural internal.
Setelah benda kerja di-quenching sepenuhnya, retakan longitudinal rentan terjadi. Hal ini berkaitan dengan tegangan tarik tangensial yang besar pada permukaan benda kerja yang di-quenching. Seiring meningkatnya kandungan karbon baja, kecenderungan terbentuknya retakan longitudinal juga meningkat. Baja karbon rendah memiliki volume spesifik martensit yang kecil dan tegangan termal yang kuat. Terdapat tegangan tekan sisa yang besar pada permukaan, sehingga tidak mudah di-quenching. Seiring meningkatnya kandungan karbon, tegangan tekan permukaan menurun dan tegangan struktural meningkat. Pada saat yang sama, tegangan tarik puncak bergerak menuju lapisan permukaan. Oleh karena itu, baja karbon tinggi rentan terhadap retakan longitudinal akibat quenching ketika mengalami panas berlebih.
Ukuran komponen secara langsung memengaruhi ukuran dan distribusi tegangan sisa, dan kecenderungan retak pendinginannya juga berbeda. Retakan longitudinal juga mudah terbentuk oleh pendinginan dalam rentang ukuran penampang yang berbahaya. Selain itu, penyumbatan bahan baku baja sering menyebabkan retakan longitudinal. Karena sebagian besar komponen baja dibuat dengan penggulungan, inklusi non-emas, karbida, dll. dalam baja didistribusikan sepanjang arah deformasi, menyebabkan baja menjadi anisotropik. Misalnya, jika baja perkakas memiliki struktur seperti pita, kekuatan patah melintangnya setelah pendinginan adalah 30% hingga 50% lebih kecil daripada kekuatan patah longitudinal. Jika ada faktor-faktor seperti inklusi non-emas dalam baja yang menyebabkan konsentrasi tegangan, bahkan jika tegangan tangensial lebih besar daripada tegangan aksial, retakan longitudinal mudah terbentuk dalam kondisi tegangan rendah. Untuk alasan ini, kontrol ketat terhadap tingkat inklusi non-logam dan gula dalam baja merupakan faktor penting dalam mencegah retakan pendinginan.
Karakteristik distribusi tegangan internal retak melintang dan retak lengkung adalah: permukaan mengalami tegangan tekan. Setelah meninggalkan permukaan untuk jarak tertentu, tegangan tekan berubah menjadi tegangan tarik yang besar. Retak terjadi di area tegangan tarik, dan kemudian ketika tegangan internal menyebar ke permukaan komponen, tegangan tersebut hanya akan terdistribusi ulang atau meningkatkan kerapuhan baja.
Retak melintang sering terjadi pada bagian poros besar, seperti rol, rotor turbin, atau bagian poros lainnya. Karakteristik retakan ini adalah tegak lurus terhadap arah sumbu dan patah dari dalam ke luar. Retak ini sering terbentuk sebelum dikeraskan dan disebabkan oleh tegangan termal. Tempa besar sering kali memiliki cacat metalurgi seperti pori-pori, inklusi, retak tempa, dan bintik putih. Cacat ini menjadi titik awal fraktur dan patah akibat aksi tegangan tarik aksial. Retak busur disebabkan oleh tegangan termal dan biasanya terdistribusi dalam bentuk busur pada bagian-bagian yang bentuknya berubah. Retak ini terutama terjadi di dalam benda kerja atau di dekat tepi tajam, alur, dan lubang, dan terdistribusi dalam bentuk busur. Ketika bagian baja karbon tinggi dengan diameter atau ketebalan 80 hingga 100 mm atau lebih tidak dipadamkan, permukaannya akan menunjukkan tegangan tekan dan bagian tengahnya akan menunjukkan tegangan tarik. Tegangan, tegangan tarik maksimum terjadi di zona transisi dari lapisan yang dikeraskan ke lapisan yang tidak dikeraskan, dan retak busur terjadi di area ini. Selain itu, laju pendinginan pada tepi dan sudut tajam berlangsung cepat dan semuanya teredam. Saat beralih ke bagian yang lunak, yaitu area yang belum dikeraskan, zona tegangan tarik maksimum muncul di sini, sehingga retakan busur rentan terjadi. Laju pendinginan di dekat lubang jarum, alur, atau lubang tengah benda kerja lambat, lapisan keras yang sesuai tipis, dan tegangan tarik di dekat zona transisi yang telah dikeraskan dapat dengan mudah menyebabkan retakan busur.
Retak retikuler, juga dikenal sebagai retak permukaan, adalah retakan permukaan. Kedalaman retakannya dangkal, umumnya sekitar 0,01-1,5 mm. Karakteristik utama retakan jenis ini adalah arah retakan yang berubah-ubah tidak bergantung pada bentuk komponen. Banyak retakan yang terhubung satu sama lain membentuk jaringan dan tersebar luas. Ketika kedalaman retakan lebih besar, misalnya lebih dari 1 mm, karakteristik jaringan menghilang dan menjadi retakan yang berorientasi acak atau terdistribusi secara longitudinal. Retak jaringan berkaitan dengan kondisi tegangan tarik dua dimensi pada permukaan.
Bagian baja karbon tinggi atau baja karburasi dengan lapisan dekarburasi pada permukaannya rentan membentuk retakan jaringan selama proses pendinginan. Hal ini karena lapisan permukaan memiliki kandungan karbon yang lebih rendah dan volume spesifik yang lebih kecil daripada lapisan dalam martensit. Selama proses pendinginan, lapisan permukaan karbida mengalami tegangan tarik. Bagian yang lapisan defosforisasinya belum sepenuhnya dihilangkan selama pemrosesan mekanis juga akan membentuk retakan jaringan selama proses pendinginan permukaan frekuensi tinggi atau api. Untuk menghindari retakan tersebut, kualitas permukaan bagian harus dikontrol secara ketat, dan pengelasan oksidasi harus dicegah selama perlakuan panas. Selain itu, setelah cetakan tempa digunakan untuk jangka waktu tertentu, retakan kelelahan termal yang muncul dalam bentuk strip atau jaringan di rongga dan retakan dalam proses penggilingan bagian yang didinginkan semuanya termasuk dalam bentuk ini.
Retak mengelupas terjadi di area yang sangat sempit dari lapisan permukaan. Tegangan tekan bekerja dalam arah aksial dan tangensial, dan tegangan tarik terjadi dalam arah radial. Retakan sejajar dengan permukaan bagian. Pengelupasan lapisan yang dikeraskan setelah pendinginan permukaan dan karburasi bagian termasuk dalam retakan tersebut. Kemunculannya terkait dengan struktur yang tidak rata pada lapisan yang dikeraskan. Misalnya, setelah baja karburasi paduan didinginkan pada kecepatan tertentu, struktur pada lapisan karburasi adalah: lapisan luar perlit yang sangat halus + karbida, dan sublapisan adalah martensit + austenit sisa, lapisan dalam adalah perlit halus atau struktur perlit yang sangat halus. Karena volume spesifik pembentukan martensit sub-lapisan adalah yang terbesar, hasil dari ekspansi volume adalah bahwa tegangan tekan bekerja pada lapisan permukaan dalam arah aksial dan tangensial, dan tegangan tarik terjadi dalam arah radial, dan mutasi tegangan terjadi di bagian dalam, bertransisi ke keadaan tegangan tekan, dan retakan mengelupas terjadi di area yang sangat tipis di mana tegangan bertransisi tajam. Umumnya, retakan mengintai di dalam sejajar dengan permukaan, dan dalam kasus yang parah dapat menyebabkan pengelupasan permukaan. Jika laju pendinginan bagian karburisasi dipercepat atau dikurangi, struktur martensit seragam atau struktur perlit ultra-halus dapat diperoleh di lapisan karburisasi, yang dapat mencegah terjadinya retakan tersebut. Selain itu, selama pendinginan permukaan frekuensi tinggi atau api, permukaan sering kali terlalu panas dan ketidakhomogenan struktural di sepanjang lapisan yang mengeras dapat dengan mudah membentuk retakan permukaan tersebut.
Retak mikro berbeda dari keempat retakan yang telah disebutkan sebelumnya karena disebabkan oleh tekanan mikro. Retak intergranular yang muncul setelah pendinginan, pemanasan berlebih, dan penggerindaan baja perkakas karbon tinggi atau benda kerja yang dikarburasi, serta retakan yang disebabkan oleh tempering yang tidak tepat waktu pada bagian yang dipadamkan, semuanya berkaitan dengan keberadaan dan perluasan retakan mikro selanjutnya pada baja.
Retakan mikro harus diperiksa di bawah mikroskop. Retakan ini biasanya terjadi pada batas butir austenit asli atau pada sambungan lembaran martensit. Beberapa retakan menembus lembaran martensit. Penelitian menunjukkan bahwa retakan mikro lebih umum terjadi pada martensit kembar yang bersisik. Alasannya adalah bahwa martensit yang bersisik bertabrakan satu sama lain ketika tumbuh dengan kecepatan tinggi dan menghasilkan tegangan tinggi. Namun, martensit kembar itu sendiri rapuh dan tidak dapat menghasilkan Deformasi plastik melonggarkan tegangan, sehingga mudah menyebabkan retakan mikro. Butir austenit kasar dan kerentanan terhadap retakan mikro meningkat. Kehadiran retakan mikro pada baja akan secara signifikan mengurangi kekuatan dan plastisitas bagian yang dipadamkan, yang menyebabkan kerusakan dini (fraktur) pada bagian tersebut.
Untuk menghindari retakan mikro pada komponen baja karbon tinggi, langkah-langkah seperti menurunkan suhu pemanasan quenching, memperoleh struktur martensit yang halus, dan mengurangi kandungan karbon dalam martensit dapat diterapkan. Selain itu, tempering tepat waktu setelah quenching merupakan metode yang efektif untuk mengurangi tegangan internal. Pengujian telah membuktikan bahwa setelah tempering yang cukup di atas 200°C, karbida yang mengendap pada retakan memiliki efek "pengelasan" pada retakan, yang secara signifikan dapat mengurangi risiko retakan mikro.
Di atas adalah pembahasan tentang penyebab dan metode pencegahan retak berdasarkan pola distribusi retak. Dalam produksi aktual, distribusi retak bervariasi karena faktor-faktor seperti kualitas baja, bentuk bagian, dan teknologi pemrosesan panas dan dingin. Terkadang retakan sudah ada sebelum perlakuan panas dan semakin meluas selama proses pendinginan; terkadang beberapa bentuk retakan dapat muncul di bagian yang sama secara bersamaan. Dalam hal ini, berdasarkan karakteristik morfologi retak, analisis makroskopis permukaan patahan, pemeriksaan metalografi, dan bila perlu, analisis kimia dan metode lain harus digunakan untuk melakukan analisis komprehensif dari kualitas material, struktur organisasi hingga penyebab tegangan perlakuan panas untuk menemukan retak. penyebab utama dan kemudian menentukan tindakan pencegahan yang efektif.
Analisis fraktur pada retakan merupakan metode penting untuk menganalisis penyebab retakan. Setiap fraktur memiliki titik awal untuk retakan. Pendinginan retakan biasanya dimulai dari titik konvergensi retakan radial.
Jika sumber retakan berada di permukaan komponen, artinya retakan disebabkan oleh tegangan tarik berlebih pada permukaan. Jika tidak terdapat cacat struktural seperti inklusi pada permukaan, tetapi terdapat faktor konsentrasi tegangan seperti bekas pisau yang parah, kerak oksida, sudut tajam komponen baja, atau mutasi struktural, retakan dapat terjadi.
Jika sumber retakan berada di dalam komponen, hal ini berkaitan dengan cacat material atau tegangan tarik sisa internal yang berlebihan. Permukaan patahan akibat pendinginan normal berwarna abu-abu dan porselen halus. Jika permukaan patahan berwarna abu-abu gelap dan kasar, hal ini disebabkan oleh panas berlebih atau jaringan aslinya tebal.
Secara umum, seharusnya tidak ada warna oksidasi pada bagian kaca dari retakan quenching, dan seharusnya tidak ada dekarburisasi di sekitar retakan. Jika ada dekarburisasi di sekitar retakan atau warna teroksidasi pada bagian retakan, itu menunjukkan bahwa bagian tersebut sudah memiliki retakan sebelum quenching, dan retakan asli akan mengembang di bawah pengaruh tekanan perlakuan panas. Jika karbida dan inklusi yang terpisah terlihat di dekat retakan bagian, itu berarti retakan terkait dengan segregasi karbida yang parah dalam bahan baku atau adanya inklusi. Jika retakan hanya muncul di sudut tajam atau bagian mutasi bentuk bagian tanpa fenomena di atas, itu berarti retakan disebabkan oleh desain struktural bagian yang tidak masuk akal atau tindakan yang tidak tepat untuk mencegah retak, atau tekanan perlakuan panas yang berlebihan.
Selain itu, retakan pada bagian perlakuan panas kimia dan pendinginan permukaan umumnya muncul di dekat lapisan yang mengeras. Memperbaiki struktur lapisan yang mengeras dan mengurangi tekanan perlakuan panas merupakan cara penting untuk menghindari retakan permukaan.
Waktu posting: 22 Mei 2024