표면 경화에 대한 가장 직관적인 이해는 재료의 표면 경도를 향상시키고 내마모성을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 그러나 이는 재료의 피로 강도를 향상시키는 효과적인 방법이기도 합니다. 이유를 아시나요? 오늘은 그 메커니즘에 대해 알아보겠습니다.
위 그림에 표시된 것처럼 피로 균열의 가장 일반적인 핵형성에는 세 가지 주요 이유가 있습니다. 하나는 재료 표면의 미끄럼 전위이고, 다른 두 개는 내부 이물질 함유, 결정립계 틈(예: 수축 구멍) 등과 같은 재료의 내부 결함으로 인해 발생합니다. 오늘 우리는 표면 경화가 피로 강도에 미치는 영향에 대해 논의합니다. 재료에 결함이 없다고 가정하면 슬립 전위가 고려 대상입니다.
재료에 외력이 가해지면 미시적으로 미끄러짐이 발생하고, 슬립밴드는 서로 미끄러지면서 밀어남과 침입을 일으킨다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이, 이러한 슬립 밴드와 돌출 및 압입의 인접 영역은 균열이 발생하고 발전하는 응력 집중 지점으로 작용합니다. 전단응력이 지배적이기 때문에 균열은 일반적으로 45도 각도로 나타나고 확장됩니다. 내부 그레인과 비교하여, 부품 표면의 그레인은 주변 그레인의 지지력 부족으로 인해 더 일찍 결함을 형성할 가능성이 더 높습니다.
부품을 표면 경화하면 재료 표면의 경도가 크게 향상되고 경도는 금속의 강도와 직접적인 관련이 있습니다. 경도가 증가한다는 것은 소성변형에 저항하는 능력이 증가했다는 것을 의미합니다. 경화되지 않은 부드러운 재료와 비교하여 경화된 재료는 미끄러짐 전위 움직임을 일으킬 가능성이 상대적으로 적습니다. 현미경 사진을 관찰하면 기본적으로 경화된 표면에 뚜렷한 돌출이나 침입이 없음을 알 수 있습니다. 따라서 금속 표면의 슬립 전위로 인한 응력 집중이 없으며 균열 발생 가능성이 크게 감소됩니다. 이것이 표면 경화가 재료의 피로 강도를 향상시킬 수 있는 주된 이유입니다. 물론 두 번째 이유도 있습니다. 담금질 및 경화 후 재료 표면은 일반적으로 표면에 잔류 압축 응력을 형성할 수 있습니다. 이 압축 잔류 응력은 또한 피로 균열의 시작과 확장을 방지하는 데 도움이 되므로 재료의 피로 수명이 향상됩니다. 다만, 마지막에 꼭 기억해두셔야 할 두 가지 사항이 있습니다. 첫째, 부품의 구조설계가 불합리하거나 담금질 공정관리가 불합리할 경우, 경화과정에서 균열이나 미세균열이 발생할 수 있으며, 이는 피로파괴의 원인이 됩니다. 둘째, 경화된 부품을 마무리해야 하는 경우 이러한 공정은 미세 균열(예: 연삭 균열)을 일으키거나 경도 분포를 변경하고 잔류 압축 응력을 줄이거나 인장 응력으로 변환할 수도 있으며 이는 피로 강도에 영향을 미치는 불리한 요인이 됩니다.(文章来源:iMechanics机械)
