La compréhension la plus intuitive du durcissement de surface est qu’il peut améliorer la dureté de surface des matériaux et améliorer la résistance à l’usure. Mais c’est aussi un moyen efficace d’améliorer la résistance à la fatigue des matériaux. Savez-vous pourquoi ? Aujourd’hui, nous allons examiner le mécanisme derrière cela.
Il existe trois raisons principales à la nucléation la plus courante des fissures de fatigue, comme le montre la figure ci-dessus. L'une est la luxation par glissement à la surface du matériau, et les deux autres sont causées par des défauts internes du matériau, tels que des inclusions de matières étrangères internes, des espaces entre les grains (tels que des trous de retrait), etc. Aujourd'hui, nous discutons de l'effet du durcissement superficiel sur la résistance à la fatigue. En supposant que le matériau ne présente aucun défaut, les luxations par glissement sont au centre de l'attention.
Lorsque le matériau est soumis à une force externe, le glissement se produit à une échelle microscopique et les bandes coulissantes produisent une extrusion et une intrusion en glissant les unes contre les autres. Comme le montre la figure ci-dessous, ces bandes de glissement et les zones adjacentes d'extrusion et d'intrusion agissent comme des points de concentration de contraintes, où les fissures naissent et se développent. La contrainte de cisaillement étant dominante, des fissures apparaissent et s’étendent généralement selon un angle de 45 degrés. Par rapport aux grains internes, les grains à la surface des pièces sont plus susceptibles de former des défauts plus tôt en raison du manque de support des grains environnants.
Lorsque nous durcissons les pièces en surface, la dureté de la surface du matériau est grandement améliorée et la dureté est directement liée à la résistance du métal. L’augmentation de la dureté signifie que sa capacité à résister à la déformation plastique a augmenté. Comparé aux matériaux mous qui n'ont pas été durcis, le matériau durci est relativement moins susceptible de produire un mouvement de luxation par glissement. Si vous observez la microphotographie, vous constaterez qu’il n’y a pratiquement aucune extrusion ou intrusion évidente sur la surface durcie. Par conséquent, il n’y a pas de concentration de contraintes causée par une luxation par glissement sur la surface métallique et la possibilité d’amorçage de fissures est considérablement réduite. C’est la principale raison pour laquelle le durcissement superficiel peut améliorer la résistance à la fatigue du matériau. Bien sûr, il y a aussi une raison secondaire. Après trempe et durcissement, la surface du matériau peut généralement former une contrainte de compression résiduelle sur la surface. Cette contrainte résiduelle de compression contribue également à résister à l’initiation et à l’expansion des fissures de fatigue, améliorant ainsi la durée de vie en fatigue du matériau. Cependant, il y a deux points à rappeler à la fin : Premièrement, si la conception structurelle des pièces est déraisonnable ou si le contrôle du processus de trempe est déraisonnable, des fissures ou des microfissures peuvent survenir pendant le processus de durcissement, qui deviendront la source d'une rupture par fatigue. Deuxièmement, si les pièces trempées doivent être finies, ces processus peuvent également provoquer des microfissures (telles que des fissures de meulage) ou modifier la répartition de la dureté, réduire les contraintes de compression résiduelles ou même les transformer en contraintes de traction, ce qui deviendra des facteurs défavorables affectant la résistance à la fatigue.(文章来源:iMechanics机械)
