Hiểu biết trực quan nhất về độ cứng bề mặt là nó có thể cải thiện độ cứng bề mặt của vật liệu và tăng cường khả năng chống mài mòn. Nhưng nó cũng là một cách hiệu quả để cải thiện độ bền mỏi của vật liệu. Bạn có biết tại sao không? Hôm nay chúng ta sẽ xem xét cơ chế đằng sau điều này.
Có ba lý do chính cho sự hình thành mầm phổ biến nhất của các vết nứt mỏi, như thể hiện trong hình trên. Một là trật khớp trượt trên bề mặt vật liệu, và hai là do các khuyết tật bên trong của vật liệu, chẳng hạn như tạp chất bên trong, khoảng trống ranh giới hạt (chẳng hạn như lỗ co ngót), v.v. Hôm nay chúng ta thảo luận về ảnh hưởng của độ cứng bề mặt đến độ bền mỏi. Giả sử rằng vật liệu không có khuyết tật thì độ lệch trượt là trọng tâm cần xem xét.
Khi vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực, sự trượt xảy ra ở quy mô vi mô và các dải trượt tạo ra sự đùn và xâm nhập bằng cách trượt vào nhau. Như thể hiện trong hình bên dưới, các dải trượt này và các khu vực đùn và xâm nhập lân cận đóng vai trò là điểm tập trung ứng suất, nơi các vết nứt bắt nguồn và phát triển. Do ứng suất cắt chiếm ưu thế nên các vết nứt thường xuất hiện và mở rộng một góc 45 độ. So với các hạt bên trong, các hạt trên bề mặt của các bộ phận có nhiều khả năng hình thành khuyết tật sớm hơn do thiếu sự hỗ trợ từ các hạt xung quanh.
Khi chúng ta làm cứng bề mặt các bộ phận, độ cứng của bề mặt vật liệu được cải thiện rất nhiều và độ cứng liên quan trực tiếp đến độ bền của kim loại. Độ cứng tăng lên đồng nghĩa với việc khả năng chống biến dạng dẻo của nó tăng lên. So với các vật liệu mềm chưa được làm cứng, vật liệu cứng ít có khả năng tạo ra chuyển động trật khớp trượt. Nếu bạn quan sát ảnh vi mô, bạn sẽ thấy rằng về cơ bản không có hiện tượng đùn hoặc xâm nhập rõ ràng trên bề mặt cứng. Do đó, không có sự tập trung ứng suất do trật khớp trượt trên bề mặt kim loại và khả năng hình thành vết nứt giảm đi đáng kể. Đây là lý do chính tại sao việc làm cứng bề mặt có thể cải thiện độ bền mỏi của vật liệu. Tất nhiên, còn có lý do phụ. Sau khi làm nguội và đông cứng, bề mặt của vật liệu thường có thể hình thành ứng suất nén dư trên bề mặt. Ứng suất dư nén này cũng giúp chống lại sự hình thành và mở rộng của các vết nứt mỏi, từ đó cải thiện tuổi thọ mỏi của vật liệu. Tuy nhiên, cuối cùng có hai điểm cần nhắc nhở mọi người: Thứ nhất, nếu thiết kế cấu trúc của các bộ phận không hợp lý hoặc việc kiểm soát quá trình dập tắt không hợp lý, thì trong quá trình đông cứng có thể xảy ra các vết nứt hoặc vết nứt nhỏ, điều này sẽ trở thành nguyên nhân dẫn đến hỏng hóc do mỏi. Thứ hai, nếu các bộ phận đã cứng cần được hoàn thiện, các quá trình này cũng có thể gây ra các vết nứt nhỏ (chẳng hạn như vết nứt do mài) hoặc thay đổi sự phân bố độ cứng, giảm ứng suất nén dư hoặc thậm chí biến nó thành ứng suất kéo, sẽ trở thành một số yếu tố bất lợi ảnh hưởng đến độ bền mỏi.(文章来源:iMechanics机械)
