La comprensione più intuitiva dell'indurimento superficiale è che può migliorare la durezza superficiale dei materiali e aumentare la resistenza all'usura. Ma è anche un modo efficace per migliorare la resistenza alla fatica dei materiali. Sai perché? Oggi daremo uno sguardo al meccanismo che sta dietro a tutto ciò.
Ci sono tre ragioni principali per la più comune nucleazione delle cricche da fatica, come mostrato nella figura sopra. Uno è la dislocazione dello scorrimento sulla superficie del materiale e gli altri due sono causati da difetti interni del materiale, come inclusioni interne di corpi estranei, spazi tra i bordi dei grani (come fori di ritiro), ecc. Oggi discutiamo dell'effetto dell'indurimento superficiale sulla resistenza alla fatica. Supponendo che il materiale non presenti difetti, le dislocazioni da scorrimento sono al centro della considerazione.
Quando il materiale è soggetto a una forza esterna, lo scorrimento avviene su scala microscopica e le fasce di scorrimento producono estrusione e intrusione scorrendo l'una contro l'altra. Come mostrato nella figura seguente, queste fasce di scorrimento e le adiacenti aree di estrusione e intrusione agiscono come punti di concentrazione delle tensioni, dove hanno origine e si sviluppano le cricche. Poiché lo stress di taglio è dominante, solitamente compaiono delle crepe che si espandono con un angolo di 45 gradi. Rispetto alle venature interne, le venature sulla superficie dei pezzi hanno maggiori probabilità di formare difetti prima a causa della mancanza di supporto da parte delle venature circostanti.
Quando induriamo le parti in superficie, la durezza della superficie del materiale migliora notevolmente e la durezza è direttamente correlata alla resistenza del metallo. L'aumento della durezza significa che è aumentata la sua capacità di resistere alla deformazione plastica. Rispetto ai materiali morbidi che non sono stati induriti, il materiale indurito ha relativamente meno probabilità di produrre movimenti di dislocazione di scorrimento. Se osservate la microfotografia, troverete che sostanzialmente non vi è alcuna estrusione o intrusione evidente sulla superficie indurita. Pertanto, non vi è alcuna concentrazione di stress causata dalla dislocazione dello scorrimento sulla superficie metallica e la possibilità di innesco di cricche è notevolmente ridotta. Questo è il motivo principale per cui l'indurimento superficiale può migliorare la resistenza alla fatica del materiale. Naturalmente c’è anche un motivo secondario. Dopo la tempra e l'indurimento, la superficie del materiale può solitamente formare tensioni di compressione residue sulla superficie. Questa sollecitazione residua di compressione aiuta anche a resistere all'innesco e all'espansione delle cricche da fatica, migliorando così la durata a fatica del materiale. Tuttavia, ci sono due punti da ricordare a tutti alla fine: in primo luogo, se la progettazione strutturale delle parti non è ragionevole o il controllo del processo di tempra non è ragionevole, durante il processo di indurimento potrebbero verificarsi fessurazioni o microfessurazioni, che diventeranno la fonte di rottura per fatica. In secondo luogo, se le parti temprate devono essere rifinite, questi processi possono anche causare microfessure (come cricche da molatura) o modificare la distribuzione della durezza, ridurre lo stress di compressione residuo o addirittura trasformarlo in stress di trazione, che diventeranno alcuni fattori sfavorevoli che influenzano la resistenza alla fatica.(文章来源:iMechanics机械)
