Specifikacije tvrdoće dominiraju nacrtima toplinske obrade kovanja. Mnogi crteži nemaju ništa iznad HB ili HRC vrijednosti, plus dopuštenu granicu izobličenja. Ali kontrola kvalitete -pokrenuta dizajnom dublje-lokalizirane zone toplinske obrade, zahtjevi za dubinu kućišta za površinski-očvrsnute komponente i tvrdoća jezgre međusobno djeluju na pouzdanost konačne komponente. Ciljevi izvedbe određuju svaki pokazatelj.
Tvrdoća: primarna metrika s kritičnim upozorenjem
Ispitivanje tvrdoće dominira provjerom kvalitete u radionici{0}}brzo, bez razaranja i-isplativo. Korelacija između tvrdoće i vlačne čvrstoće čini ga praktičnim surogatom za procjenu mehaničkih svojstava kada potpuno ispitivanje vlačne čvrstoće nije praktično. ASTM A909/A909M eksplicitno povezuje tvrdoću s granicom tečenja, vlačnom čvrstoćom, istezanjem i zahtjevima za duktilnost kod otkovaka od mikrolegiranog ugljičnog čelika.
Ali slijepo oslanjanje na vrijednosti tvrdoće iz priručnika stvara kvarove na terenu. Analiza načina kvara mora potaknuti ciljeve tvrdoće.
To ilustrira 10-tona udarna šipka za kovanje i kovanje izrađena od 40CrNi ili 35CrMo. Početne specifikacije propisuju nisku tvrdoću (241-270 HBW) temeljenu na pretpostavljenom udarnom-opterećenju. Život roda ostao je kratak. Istraživanje kvara otkrilo je zamorni lom - a ne udarno preopterećenje - kao primarni mehanizam. Povećanje tvrdoće na 38-43 HRC dramatično je produžilo vijek trajanja. Niža tvrdoća bila bi sigurnija za udarce; veća tvrdoća pokazala se ispravnom za zamor.
Dizajneri koji izračunavaju raspodjelu naprezanja, primjenjuju sigurnosne faktore, pretvaraju zahtjeve čvrstoće putem standardnih tablica pretvorbe tvrdoće i nazivaju to gotovim-u potpunosti propuštaju razgovor o načinu kvara. Hladni{2}}matri nude obrnutu lekciju. Visoko{4}}precizne preše zahtijevaju alat visoke tvrdoće. Loša točnost stroja u kombinaciji s velikom udarnom energijom, međutim, preferira blago smanjenu tvrdoću kako bi se spriječilo lomljenje ruba ili potpuni lom.
Snaga-Ravnoteža čvrstoće: komplementarni odnos
Vrste čelika pokazuju međusobno isključivo ponašanje čvrstoće i žilavosti. Strukturni otkovci dizajnirani s prekomjernim granicama žilavosti žrtvuju čvrstoću, pokrećući predimenzionirane komponente s ograničenim vijekom trajanja. Suprotno tome, alati i matrice optimizirane isključivo za otpornost na habanje-maksimalna tvrdoća, minimalna žilavost-prerano se lome pod cikličkim udarima.
Odgovarajuća ravnoteža proizlazi iz dokumentirane analize stanja usluge. Vrijednosti čvrstoće materijala izmjerene iz standardiziranih ispitnih uzoraka rijetko se izravno prevode u strukturnu čvrstoću komponente-učinci veličine, osjetljivost zareza i stanja zaostalog naprezanja značajno mijenjaju performanse-u stvarnom svijetu. Snaga-na razini sustava koja uključuje susjedne komponente koje međusobno djeluju dodaje još jednu varijablu.
Razlike u tvrdoći optimiziraju vijek trajanja sklopa. Ležajevi kotrljajućih elemenata produljuju životni vijek kada kuglica radi 2 HRC jače od staze za klizanje. Automobilski pogonski zupčanici nadmašuju kada površinska tvrdoća premašuje zupčanik za spajanje za 2–5 HRC. Identičan materijal iste tvrdoće, nasuprot tome, često proizvodi slabu otpornost na trošenje u kontaktu trljanjem.
Koordinacija jezgre i površine u otvrdnutim komponentama
Dijelovi-kaljeni-naugljičeni, karbonitrirani, indukcijski kaljeni, nitrirani-zahtijevaju specifične ciljeve čvrstoće jezgre na fiksnoj dubini kućišta. Prekomjerna čvrstoća jezgre smanjuje korisno površinsko tlačno zaostalo naprezanje, smanjujući otpornost na zamor. Nedovoljna čvrstoća jezgre pomiče početak zamora u prijelaznu zonu, ubrzavajući širenje pukotine.
ISO 18203 standardizira metode mjerenja dubine kućišta u toplinskim procesima uključujući plamen, indukciju, otvrdnjavanje elektronskim snopom i laserom, kao i termokemijske tretmane kao što su naugljičavanje, karbonitriranje i nitriranje. Dokument definira dubinu otvrdnjavanja kao okomitu udaljenost od površine do točke mjerenja tvrdoće koja doseže 550 HV prema ISO 6507-1. Dubina tvrdoće nitriranja određuje točku u kojoj tvrdoća prelazi vrijednosti jezgre za 50 HV.
Optimalni omjeri otvrdnjavanja za karburizirane zupčanike su između 0,1 i 0,15 relativne efektivne dubine kućišta. Mnoge postojeće specifikacije idu znatno dublje nego što je potrebno. Smanjenje dubine kućišta na ovaj optimizirani raspon istovremeno održava vijek trajanja uz mjerljivu uštedu energije.
