硬度は検査に合格しました-では、コンポーネントが早期に故障したのはなぜですか?
硬化シャフトのバッチが最終熱処理検査に合格しました。{0}}すべてのロックウェル硬度測定は、図面仕様内に問題なく収まりました。組み立てテストでは異常は見られず、コンポーネントは問題なく使用可能になりました。
しかし、わずか数週間後、肩のフィレットでいくつかのシャフトが予期せず骨折しました。
多くの場合、製造現場での最初の反応は次のとおりです。
「硬度は検査に合格しました。どうして部品がまだ割れてしまうのでしょうか？」
通常、硬度測定を繰り返すと、元の結果が確認されます。
しかし、破断面を拡大して観察すると、別の話が浮かび上がってくることがよくあります。
亀裂が一晩で形成されることはほとんどありません。
焼き入れ中に発生したもの、研削焼けから発生したもの、過剰な残留引張応力によって発生したもの、またはフィレット、キー溝、ねじ山根元、油穴、または鋭い幾何学的遷移部分に位置する微細な表面欠陥から伝播したものである可能性があります。
これは、熱処理における最も誤解されている原則の 1 つを示しています。
硬度テストに合格しても、コンポーネントが十分な靭性、良好な残留応力、亀裂のない微細構造、または十分な表面の完全性を備えていることは保証されません。{0}
硬度は材料の性能の 1 つの側面にすぎません。
高負荷の機械コンポーネントの場合、全体的な信頼性は冶金、熱処理、加工品質、コンポーネントの設計、および使用条件の相互作用によって決まります。
硬度だけではコンポーネントの信頼性を予測できない理由
硬さ試験-には、ロックウェル (HRC)、ビッカース (HV)、ブリネル (HBW) 法が含まれます-。圧子を表面に押し込むことによって、局所的な塑性変形に対する材料の抵抗を測定します。
なぜなら、テストは次のとおりです。
速い
繰り返し可能
費用対効果の高い-
自動化が簡単
これは、世界中のほぼすべての熱処理施設で標準的な品質管理方法となっています。{0}{1}
ただし、硬度試験では非常に狭い局所領域のみが評価されます。
以下のことを直接明らかにするものではありません。
微小亀裂
残留引張応力
破壊靱性
衝撃靱性
耐疲労性
研削焼け
表面下の欠陥
熱処理による歪み-
米国国立標準技術研究所 (NIST) などの組織は、硬度と靱性を別々の工学特性として区別しています。これは、それぞれが材料挙動の根本的に異なる側面を特徴付けるためです。
硬度値 58 HRC は、その材料が指定された範囲内で圧痕に耐えることを単純に確認します。
これは、部品が疲労破壊や脆性破壊の影響を受けないことを証明するものではありません。
効果的な例えは、定期的な健康診断です。
心血管疾患が検出されていないにもかかわらず、患者の血圧は完全に正常である可能性があります。
同様に、硬度も重要な指標ではありますが、{0}}ただし、熱処理されたコンポーネントの完全な状態レポートではありません。{1}}
1. 隠れた欠陥は焼入れ中に始まる
早期亀裂の最初の機会は、多くの場合、コンポーネントが使用開始されるずっと前に発生します。
焼き入れ中、鋼はオーステナイト化温度から急速に冷却されます。
表面はコアよりもはるかに早く冷却されるため、熱収縮とマルテンサイト変態は異なるタイミングで発生します。
これにより、コンポーネント全体に複雑な内部応力が発生します。
以下を含む部品では、問題はさらに深刻になります。
大きな切片厚さのバリエーション
鋭い肩
小さなフィレット半径
キー溝
油穴
ねじ山振れ
深い溝
複雑な形状
冷却が強すぎる場合、-または撹拌、急冷媒体の状態、移動時間、部品の向きが適切に制御されていない場合、-局所的な引張応力が鋼の瞬間破壊強度を超える可能性があります。
微細な焼入れ亀裂が形成される場合があります。
これらの亀裂は、日常的な目視検査では見えないことがよくありますが、後に致命的な疲労破壊の原因となります。
そのため、マルテンパリング、オーステンパリング、ポリマー制御焼入れ、真空ガス焼入れなどの最新の熱処理技術の人気が高まっています。これは、必要な硬度を維持しながら温度勾配と残留応力を低減できるためです。
世界の大手熱処理プロバイダーは、製造開始前に歪みを予測し、冷却速度を最適化し、亀裂の発生を最小限に抑えるためにシミュレーション ソフトウェアを使用することが増えています。{0}
