Thông số kỹ thuật về độ cứng chiếm ưu thế trong việc rèn các bản thiết kế xử lý nhiệt. Nhiều bản vẽ không có gì vượt quá giá trị HB hoặc HRC, cộng với giới hạn biến dạng cho phép. Tuy nhiên, việc kiểm soát chất lượng-theo hướng thiết kế chạy sâu hơn-các vùng xử lý nhiệt cục bộ, các yêu cầu về độ sâu vỏ đối với các bộ phận được làm cứng-bề mặt và độ cứng lõi tương tác với nhau về độ tin cậy của tất cả hình dạng thành phần cuối cùng. Mục tiêu hiệu suất xác định mọi chỉ số.
Độ cứng: Số liệu chính với một cảnh báo quan trọng
Kiểm tra độ cứng chiếm ưu thế trong việc xác minh chất lượng sàn nhà máy-nhanh chóng, không phá hủy và tiết kiệm chi phí-. Mối tương quan giữa độ cứng và độ bền kéo làm cho nó trở thành một đại diện thực tế để đánh giá đặc tính cơ học khi việc kiểm tra độ bền kéo hoàn toàn là không thực tế. ASTM A909/A909M kết nối rõ ràng độ cứng với các yêu cầu về cường độ chảy, độ bền kéo, độ giãn dài và độ dẻo trong vật liệu rèn thép cacbon vi hợp kim.
Nhưng sự phụ thuộc mù quáng vào các giá trị độ cứng theo sổ tay sẽ tạo ra các lỗi tại hiện trường. Phân tích dạng lỗi phải hướng tới các mục tiêu về độ cứng.
Một thanh búa rèn khuôn nặng 10-tấn được chế tạo từ 40CrNi hoặc 35CrMo minh họa điều này. Thông số kỹ thuật ban đầu quy định độ cứng thấp (241-270 HBW) dựa trên tải trọng chủ yếu-do tác động giả định. Tuổi thọ của thanh vẫn ngắn. Điều tra lỗi cho thấy gãy xương do mỏi - không phải do tác động quá tải - là cơ chế chính. Nâng độ cứng lên 38-43 HRC kéo dài tuổi thọ sử dụng một cách đáng kể. Độ cứng thấp hơn sẽ an toàn hơn khi va chạm; độ cứng cao hơn tỏ ra chính xác cho sự mệt mỏi.
Các nhà thiết kế tính toán sự phân bố ứng suất, áp dụng các hệ số an toàn, chuyển đổi các yêu cầu về độ bền thông qua các bảng chuyển đổi độ cứng tiêu chuẩn và coi như đã hoàn tất-bỏ lỡ hoàn toàn cuộc trò chuyện về chế độ hư hỏng. Khuôn làm việc nguội-đưa ra bài học ngược lại. Máy ép có độ chính xác cao-yêu cầu dụng cụ có độ cứng cao. Tuy nhiên, độ chính xác của máy kém kết hợp với năng lượng va chạm mạnh nên độ cứng giảm nhẹ để tránh sứt mẻ cạnh hoặc gãy hoàn toàn.
Sức mạnh-Cân bằng độ dẻo dai: Mối quan hệ bổ sung
Các loại thép thể hiện hành vi độ bền và độ dẻo dai loại trừ lẫn nhau. Các kết cấu rèn được thiết kế với độ bền quá cao hy sinh sức mạnh, dẫn động các bộ phận quá khổ với tuổi thọ mỏi hạn chế. Ngược lại, dụng cụ và khuôn được tối ưu hóa hoàn toàn để có khả năng chống mài mòn-độ cứng tối đa, độ bền tối thiểu-gãy sớm dưới tác động theo chu kỳ.
Sự cân bằng thích hợp xuất hiện từ việc phân tích tình trạng dịch vụ được ghi lại. Các giá trị độ bền vật liệu được đo từ các mẫu thử nghiệm được tiêu chuẩn hóa hiếm khi chuyển trực tiếp sang hiệu ứng kích thước-độ bền kết cấu thành phần, độ nhạy khía và trạng thái ứng suất dư làm thay đổi hiệu suất-trong thế giới thực một cách đáng kể. Sức mạnh ở cấp độ hệ thống-liên quan đến các thành phần tương tác liền kề sẽ bổ sung thêm một biến số khác.
Sự khác biệt về độ cứng tối ưu hóa tuổi thọ lắp ráp. Vòng bi lăn tăng tuổi thọ sử dụng khi bóng chạy khó hơn 2 HRC so với đường đua. Bánh răng dẫn động ô tô hoạt động tốt hơn khi độ cứng bề mặt vượt quá bánh răng đối tiếp từ 2–5 HRC. Ngược lại, các vật liệu giống nhau có độ cứng giống nhau thường tạo ra khả năng chống mài mòn kém khi tiếp xúc cọ xát.
Phối hợp lõi và bề mặt trong các thành phần cứng
Vỏ-các bộ phận được làm cứng-được cacbon hóa, thấm cacbon, được làm cứng bằng cảm ứng, thấm nitơ-yêu cầu các mục tiêu cường độ cốt lõi cụ thể ở độ sâu vỏ cố định. Cường độ cốt lõi quá mức làm giảm ứng suất dư nén bề mặt có lợi, làm giảm khả năng chống mỏi. Độ bền lõi không đủ sẽ di chuyển sự bắt đầu mỏi vào vùng chuyển tiếp, đẩy nhanh quá trình lan truyền vết nứt.
ISO 18203 tiêu chuẩn hóa các phương pháp đo độ sâu vỏ trong các quy trình nhiệt bao gồm ngọn lửa, cảm ứng, chùm tia điện tử và làm cứng bằng laser, cũng như các phương pháp xử lý nhiệt hóa học như cacbon hóa, thấm cacbon và thấm nitơ. Tài liệu xác định độ sâu làm cứng vỏ là khoảng cách thẳng đứng từ bề mặt đến điểm đo độ cứng đạt 550 HV theo ISO 6507-1. Độ sâu thấm nitơ xác định điểm mà độ cứng vượt quá giá trị lõi 50 HV.
Tỷ lệ làm cứng tối ưu cho các bánh răng được cacbon hóa nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,15 độ sâu vỏ hiệu quả tương đối. Nhiều thông số kỹ thuật hiện có chạy sâu hơn đáng kể so với mức cần thiết. Việc giảm độ sâu vỏ máy xuống phạm vi tối ưu hóa này đồng thời duy trì tuổi thọ mỏi đồng thời mang lại mức tiết kiệm năng lượng có thể đo lường được.
