La comprensión más intuitiva del endurecimiento de superficies es que puede mejorar la dureza de la superficie de los materiales y mejorar la resistencia al desgaste. Pero también es una forma eficaz de mejorar la resistencia a la fatiga de los materiales. ¿Sabes por qué? Hoy echaremos un vistazo al mecanismo detrás de esto.
Hay tres razones principales para la nucleación más común de grietas por fatiga, como se muestra en la figura anterior. Uno es la dislocación por deslizamiento en la superficie del material y los otros dos son causados por defectos internos del material, como inclusiones internas de materias extrañas, espacios en los límites de los granos (como agujeros de contracción), etc. Hoy analizamos el efecto del endurecimiento de la superficie sobre la resistencia a la fatiga. Suponiendo que el material no tiene defectos, las dislocaciones por deslizamiento son el foco de consideración.
Cuando el material se somete a una fuerza externa, se produce un deslizamiento a escala microscópica y las bandas deslizantes producen extrusión e intrusión al deslizarse unas contra otras. Como se muestra en la figura siguiente, estas bandas deslizantes y las áreas adyacentes de extrusión e intrusión actúan como puntos de concentración de tensiones, donde se originan y desarrollan las grietas. Debido a que la tensión cortante es dominante, generalmente aparecen grietas que se expanden en un ángulo de 45 grados. En comparación con los granos internos, los granos en la superficie de las piezas tienen más probabilidades de formar defectos antes debido a la falta de apoyo de los granos circundantes.
Cuando endurecemos la superficie de las piezas, la dureza de la superficie del material mejora enormemente y la dureza está directamente relacionada con la resistencia del metal. El aumento de la dureza significa que ha aumentado su capacidad para resistir la deformación plástica. En comparación con los materiales blandos que no han sido endurecidos, es relativamente menos probable que el material endurecido produzca un movimiento de dislocación por deslizamiento. Si observa la microfotografía, encontrará que básicamente no hay extrusión o intrusión obvia en la superficie endurecida. Por lo tanto, no hay concentración de tensiones causada por la dislocación por deslizamiento en la superficie del metal y la posibilidad de que se inicien grietas se reduce considerablemente. Ésta es la razón principal por la que el endurecimiento de la superficie puede mejorar la resistencia a la fatiga del material. Por supuesto, también hay una razón secundaria. Después del templado y endurecimiento, la superficie del material generalmente puede formar una tensión de compresión residual en la superficie. Esta tensión residual de compresión también ayuda a resistir la iniciación y expansión de grietas por fatiga, mejorando así la vida útil del material. Sin embargo, hay dos puntos que recordar a todos al final: primero, si el diseño estructural de las piezas no es razonable o el control del proceso de enfriamiento no es razonable, pueden ocurrir grietas o microfisuras durante el proceso de endurecimiento, que se convertirán en la fuente de falla por fatiga. En segundo lugar, si es necesario terminar las piezas endurecidas, estos procesos también pueden causar microfisuras (como grietas por abrasión) o cambiar la distribución de la dureza, reducir la tensión de compresión residual o incluso transformarla en tensión de tracción, lo que se convertirá en algunos factores desfavorables que afectarán la resistencia a la fatiga.(文章来源:iMechanics机械)
