ครอบคลุมและละเอียด! ความรู้เกี่ยวกับการชุบแข็งเหล็กอย่างครบถ้วน！

ความหมายและวัตถุประสงค์ของการดับ
เหล็กกล้าจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดวิกฤต Ac3 (เหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์) หรือ Ac1 (เหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์) เก็บรักษาไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้เกิดออสเทนไนต์ทั้งหมดหรือบางส่วน จากนั้นจึงทำให้เย็นลงด้วยความเร็วที่สูงกว่าความเร็วการดับวิกฤต กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่เปลี่ยนออสเทนไนต์ที่เย็นจัดให้กลายเป็นมาร์เทนไซต์หรือเบไนต์ที่ต่ำกว่า เรียกว่าการดับ

วัตถุประสงค์ของการชุบแข็งคือการเปลี่ยนออสเทไนต์ที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็วให้กลายเป็นมาร์เทนไซต์หรือเบไนต์ เพื่อให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์หรือเบไนต์ที่ต่ำกว่า ซึ่งจะถูกนำไปผสมกับการอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่างๆ เพื่อปรับปรุงความแข็งแรง ความแข็ง และความทนทานของเหล็กอย่างมาก ความทนทานต่อการสึกหรอ ความแข็งแรงและความเหนียวของความล้า ฯลฯ เพื่อตอบสนองความต้องการการใช้งานที่แตกต่างกันของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและเครื่องมือต่างๆ การชุบแข็งยังสามารถใช้เพื่อตอบสนองคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีพิเศษของเหล็กกล้าชนิดพิเศษบางชนิด เช่น เฟอร์โรแมกเนติกและความต้านทานการกัดกร่อน

เมื่อชิ้นส่วนเหล็กได้รับการทำให้เย็นลงในตัวกลางการดับซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพ กระบวนการทำให้เย็นโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนดังต่อไปนี้: ขั้นตอนฟิล์มไอ ขั้นตอนเดือด และขั้นตอนพาความร้อน

ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก
ความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็งเป็นสองตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่บ่งบอกถึงความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำคัญในการเลือกและใช้งานวัสดุอีกด้วย

1. แนวคิดเรื่องความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็ง

ความสามารถในการชุบแข็ง คือ ความสามารถของเหล็กในการบรรลุความแข็งสูงสุดที่สามารถทำได้เมื่อผ่านการชุบแข็งและดับภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ปัจจัยหลักที่กำหนดความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กคือปริมาณคาร์บอนในเหล็ก กล่าวโดยเจาะจงก็คือปริมาณคาร์บอนที่ละลายอยู่ในออสเทนไนต์ในระหว่างการชุบแข็งและการให้ความร้อน ยิ่งปริมาณคาร์บอนสูง ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กก็จะยิ่งสูงขึ้น ธาตุผสมในเหล็กมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อความสามารถในการชุบแข็ง แต่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก

ความสามารถในการชุบแข็ง หมายถึง คุณสมบัติที่กำหนดความลึกของการชุบแข็งและการกระจายตัวของความแข็งของเหล็กภายใต้สภาวะที่กำหนด นั่นคือ ความสามารถในการรักษาความลึกของชั้นชุบแข็งเมื่อเหล็กผ่านการชุบแข็ง ซึ่งเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของเหล็ก ความสามารถในการชุบแข็งสะท้อนถึงความง่ายที่ออสเทไนต์จะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์เมื่อเหล็กผ่านการชุบแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความเสถียรของออสเทไนต์ที่เย็นจัดยิ่งยวดของเหล็ก หรืออัตราการเย็นตัววิกฤตของการชุบแข็งของเหล็ก

นอกจากนี้ ควรระบุด้วยว่าความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กต้องแยกออกจากความลึกการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพของชิ้นส่วนเหล็กภายใต้เงื่อนไขการชุบแข็งเฉพาะ ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กเป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของตัวเหล็กเอง ขึ้นอยู่กับปัจจัยภายในของตัวมันเองเท่านั้น ไม่ได้เกี่ยวข้องกับปัจจัยภายนอก ความลึกการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพของเหล็กไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ด้วย ความลึกการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพยังสัมพันธ์กับปัจจัยภายนอก เช่น วัสดุหล่อเย็นและขนาดชิ้นงาน ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะออสเทนไนซ์เดียวกัน ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กชนิดเดียวกันจะเท่ากัน แต่ความลึกการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพของการชุบแข็งด้วยน้ำจะมากกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำมัน และชิ้นส่วนขนาดเล็กจะมีขนาดเล็กกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำมัน ความลึกการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพของชิ้นส่วนขนาดใหญ่จะสูง อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถกล่าวได้ว่าการชุบแข็งด้วยน้ำมีความสามารถในการชุบแข็งสูงกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำมัน และไม่สามารถกล่าวได้ว่าชิ้นส่วนขนาดเล็กมีความสามารถในการชุบแข็งสูงกว่าชิ้นส่วนขนาดใหญ่ จะเห็นได้ว่าการประเมินความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก จำเป็นต้องกำจัดอิทธิพลของปัจจัยภายนอก เช่น รูปร่างชิ้นงาน ขนาด ตัวกลางในการหล่อเย็น ฯลฯ

นอกจากนี้ เนื่องจากความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็งเป็นแนวคิดที่แตกต่างกัน เหล็กที่มีความแข็งสูงหลังการชุบแข็งจึงไม่ได้หมายความว่าจะมีความสามารถในการชุบแข็งสูงเสมอไป และเหล็กที่มีความแข็งต่ำก็อาจมีความสามารถในการชุบแข็งสูงได้เช่นกัน

2. ปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการชุบแข็ง

ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าขึ้นอยู่กับเสถียรภาพของออสเทไนต์ ปัจจัยใดก็ตามที่สามารถปรับปรุงเสถียรภาพของออสเทไนต์ที่เย็นจัดยิ่งยวด เลื่อนเส้นโค้ง C ไปทางขวา และลดอัตราการเย็นตัววิกฤตลงได้ จะสามารถปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าคุณภาพสูงได้ เสถียรภาพของออสเทไนต์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี ขนาดเกรน และความสม่ำเสมอขององค์ประกอบ ซึ่งสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กกล้าและสภาวะการให้ความร้อน

3.วิธีการวัดความสามารถในการชุบแข็ง

มีหลายวิธีในการวัดความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก วิธีการที่ใช้กันทั่วไปที่สุดคือวิธีการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤตและวิธีการทดสอบความสามารถในการชุบแข็งปลาย

(1)วิธีการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤต

หลังจากเหล็กผ่านการชุบแข็งในวัสดุบางประเภทแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดที่แกนกลางมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์ทั้งหมดหรือ 50% เรียกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤต แสดงด้วย Dc วิธีการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤตคือการสร้างแท่งเหล็กกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันหลายแท่ง และหลังจากชุบแข็งแล้ว ให้วัดค่าความแข็งของเส้นโค้ง U ที่กระจายไปตามเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นงานแต่ละชิ้น แล้วหาแท่งเหล็กที่มีโครงสร้างกึ่งมาร์เทนไซต์อยู่ตรงกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งเหล็กกลมคือเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤต ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤตมีขนาดใหญ่เท่าใด ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

(2) วิธีทดสอบการดับปลาย

วิธีการทดสอบแบบดับปลายใช้ชิ้นงานดับปลายขนาดมาตรฐาน (Ф25 มม. × 100 มม.) หลังจากการออสเทนไนซ์ จะมีการพ่นน้ำที่ปลายด้านหนึ่งของชิ้นงานด้วยอุปกรณ์พิเศษเพื่อทำให้เย็นลง หลังจากเย็นลงแล้ว จะวัดความแข็งตามแนวแกนจากปลายที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ วิธีการทดสอบสำหรับเส้นโค้งความสัมพันธ์ระยะทาง วิธีการทดสอบแบบชุบแข็งปลายเป็นวิธีหนึ่งในการประเมินความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก ข้อดีคือใช้งานง่ายและมีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวาง

4.การดับความเครียด การเสียรูป และการแตกร้าว

(1) ความเครียดภายในของชิ้นงานในระหว่างการดับ

เมื่อชิ้นงานเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วในสารดับ เนื่องจากชิ้นงานมีขนาดและค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนคงที่ จึงเกิดการไล่ระดับอุณหภูมิตามส่วนด้านในของชิ้นงานระหว่างกระบวนการทำความเย็น อุณหภูมิพื้นผิวต่ำ อุณหภูมิแกนกลางสูง และอุณหภูมิพื้นผิวและแกนกลางสูง ทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิ ในระหว่างกระบวนการทำความเย็นชิ้นงาน เกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพสองประการ คือ หนึ่งคือการขยายตัวเนื่องจากความร้อน เมื่ออุณหภูมิลดลง ความยาวของเส้นชิ้นงานจะหดตัวลง อีกประการหนึ่งคือการเปลี่ยนออสเทไนต์เป็นมาร์เทนไซต์เมื่ออุณหภูมิลดลงถึงจุดเปลี่ยนมาร์เทนไซต์ ซึ่งจะเพิ่มปริมาตรจำเพาะ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกระบวนการทำความเย็น ปริมาณการขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะแตกต่างกันในแต่ละส่วนตามหน้าตัดของชิ้นงาน และจะเกิดความเค้นภายในในส่วนต่างๆ ของชิ้นงาน เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิภายในชิ้นงาน อาจมีบางส่วนที่อุณหภูมิลดลงเร็วกว่าจุดที่เกิดมาร์เทนไซต์ การเปลี่ยนรูป ปริมาตรขยายตัว และชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงยังคงสูงกว่าจุดนั้นและยังคงอยู่ในสถานะออสเทไนต์ ชิ้นส่วนที่แตกต่างกันเหล่านี้จะก่อให้เกิดความเค้นภายในเนื่องจากความแตกต่างของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรจำเพาะ ดังนั้น จึงอาจเกิดความเค้นภายในได้สองประเภทระหว่างกระบวนการดับและการทำให้เย็นลง ได้แก่ ความเค้นทางความร้อน และ ความเค้นของเนื้อเยื่อ

เมื่อพิจารณาจากลักษณะเฉพาะของระยะเวลาการคงอยู่ของความเค้นภายใน สามารถแบ่งได้เป็นความเค้นชั่วขณะและความเค้นตกค้าง ความเค้นภายในที่เกิดจากชิ้นงาน ณ ช่วงเวลาหนึ่งระหว่างกระบวนการระบายความร้อนเรียกว่าความเค้นชั่วขณะ หลังจากชิ้นงานเย็นตัวลง ความเค้นที่ยังคงอยู่ภายในชิ้นงานเรียกว่าความเค้นตกค้าง

ความเครียดจากความร้อนหมายถึงความเครียดที่เกิดจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อน (หรือการหดตัวจากความเย็น) ที่ไม่สม่ำเสมอ อันเนื่องมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิในส่วนต่างๆ ของชิ้นงานเมื่อได้รับความร้อน (หรือเย็นลง)

ต่อไปจะยกตัวอย่างทรงกระบอกตันเพื่ออธิบายกฎการก่อตัวและการเปลี่ยนแปลงของแรงเค้นภายในระหว่างกระบวนการระบายความร้อน ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะแรงเค้นตามแนวแกนเท่านั้น ในช่วงเริ่มต้นของการระบายความร้อน เนื่องจากพื้นผิวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิจึงต่ำและหดตัวมาก ในขณะที่แกนกลางเย็นตัวลง อุณหภูมิสูงและการหดตัวก็น้อย ส่งผลให้พื้นผิวและภายในถูกยึดติดซึ่งกันและกัน ส่งผลให้เกิดแรงดึงบนพื้นผิวในขณะที่แกนกลางอยู่ภายใต้แรงกด เมื่ออุณหภูมิเย็นตัวลง ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอกจะเพิ่มขึ้น และความเค้นภายในก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อความเค้นเพิ่มขึ้นจนเกินจุดครากที่อุณหภูมินี้ จะเกิดการเสียรูปพลาสติก เนื่องจากความหนาของแกนกลางสูงกว่าความหนาของพื้นผิว แกนกลางจึงหดตัวตามแนวแกนก่อนเสมอ ผลจากการเสียรูปพลาสติกทำให้ความเค้นภายในไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป หลังจากเย็นตัวลงจนถึงระยะเวลาหนึ่ง การลดลงของอุณหภูมิพื้นผิวจะค่อยๆ ช้าลง และการหดตัวก็จะลดลงเช่นกัน ในขณะนี้ แกนกลางยังคงหดตัว ดังนั้นแรงดึงบนพื้นผิวและแรงกดบนแกนกลางจะค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งหายไป อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเย็นลงอย่างต่อเนื่อง ความชื้นบนพื้นผิวจะลดลงเรื่อยๆ และปริมาณการหดตัวจะน้อยลงเรื่อยๆ หรืออาจถึงขั้นหยุดหดตัว เนื่องจากอุณหภูมิภายในแกนกลางยังคงสูง จึงยังคงหดตัวต่อไป และในที่สุดแรงอัดจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของชิ้นงาน ในขณะที่แกนกลางจะมีแรงดึง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ การเสียรูปพลาสติกจึงเกิดขึ้นได้ยาก ดังนั้นแรงนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเย็นลง แรงนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและในที่สุดก็ยังคงอยู่ในชิ้นงานเป็นแรงตกค้าง

จะเห็นได้ว่าความเครียดจากความร้อนในระหว่างกระบวนการทำความเย็นทำให้ชั้นผิวถูกยืดออกและแกนถูกบีบอัดในขั้นต้น และความเค้นตกค้างที่เหลืออยู่คือชั้นผิวถูกบีบอัดและแกนถูกยืดออก

สรุปได้ว่า ความเค้นความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการหล่อเย็นแบบดับเย็นนั้นเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิหน้าตัดระหว่างกระบวนการหล่อเย็น ยิ่งอัตราการหล่อเย็นสูงขึ้นและความแตกต่างของอุณหภูมิหน้าตัดมากขึ้นเท่าใด ความเค้นความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ภายใต้สภาวะเดียวกัน อุณหภูมิความร้อนของชิ้นงานก็จะสูงขึ้น ขนาดชิ้นงานก็จะใหญ่ขึ้น ค่าการนำความร้อนของเหล็กก็จะต่ำลง ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในชิ้นงานก็จะมากขึ้น และยิ่งมีความเค้นความร้อนมากขึ้นเท่านั้น หากชิ้นงานเย็นตัวลงอย่างไม่สม่ำเสมอที่อุณหภูมิสูง ชิ้นงานจะบิดเบี้ยวและเสียรูป หากความเค้นแรงดึงที่เกิดขึ้นระหว่างการหล่อเย็นชิ้นงานมีค่ามากกว่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการดับเย็น

ความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟสหมายถึงความเค้นที่เกิดจากจังหวะเวลาที่แตกต่างกันของการเปลี่ยนแปลงเฟสในส่วนต่างๆ ของชิ้นงานในระหว่างกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความเค้นของเนื้อเยื่อ

ในระหว่างการดับและการหล่อเย็นอย่างรวดเร็ว เมื่อชั้นผิวเย็นตัวลงจนถึงจุด Ms จะเกิดการเปลี่ยนรูปแบบมาร์เทนซิติกและทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการอุดตันของแกนกลางที่ยังไม่ผ่านการเปลี่ยนรูป ชั้นผิวจึงก่อให้เกิดแรงอัด ในขณะที่แกนกลางมีแรงดึง เมื่อแรงดึงมีขนาดใหญ่พอ จะทำให้เกิดการเสียรูป เมื่อแกนกลางเย็นตัวลงจนถึงจุด Ms ก็จะเกิดการเปลี่ยนรูปแบบมาร์เทนซิติกและขยายตัวของปริมาตรเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นผิวที่ผ่านการเปลี่ยนรูปแล้วซึ่งมีพลาสติกและความแข็งแรงสูงมีข้อจำกัด ความเค้นตกค้างสุดท้ายจะอยู่ในรูปของแรงตึงผิว และแกนกลางจะอยู่ภายใต้แรงกดดัน จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงและสถานะสุดท้ายของความเค้นการเปลี่ยนเฟสนั้นตรงกันข้ามกับความเค้นทางความร้อน นอกจากนี้ เนื่องจากความเค้นการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำและมีพลาสติกต่ำ การเสียรูปจึงเกิดขึ้นได้ยากในเวลานี้ ดังนั้นความเค้นการเปลี่ยนเฟสจึงมีแนวโน้มที่จะทำให้ชิ้นงานแตกร้าวได้มากขึ้น

มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อขนาดของความเค้นเปลี่ยนเฟส ยิ่งอัตราการเย็นตัวของเหล็กในช่วงอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสของมาร์เทนไซต์เร็วขึ้นเท่าใด ขนาดของชิ้นเหล็กก็จะใหญ่ขึ้น ค่าการนำความร้อนของเหล็กก็จะยิ่งแย่ลง ปริมาตรจำเพาะของมาร์เทนไซต์ก็จะมากขึ้นเท่านั้น ความเค้นเปลี่ยนเฟสก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ ความเค้นเปลี่ยนเฟสยังสัมพันธ์กับองค์ประกอบของเหล็กและความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กอีกด้วย ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าคาร์บอนสูงผสมสูงจะเพิ่มปริมาตรจำเพาะของมาร์เทนไซต์เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูง ซึ่งควรจะเพิ่มแรงเค้นเปลี่ยนเฟสของเหล็ก อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น จุด Ms จะลดลง และจะมีออสเทนไนต์ตกค้างอยู่มากหลังจากการชุบแข็ง การขยายตัวของปริมาตรจะลดลงและความเค้นตกค้างจะต่ำ

(2) การเสียรูปของชิ้นงานระหว่างการดับ

ในระหว่างการดับ จะมีการเปลี่ยนรูปของชิ้นงานอยู่ 2 ประเภทหลัก ประเภทแรกคือการเปลี่ยนแปลงในรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นงาน ซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่าง มักเรียกว่า การเสียรูปบิดเบี้ยว ซึ่งเกิดจากความเครียดจากการดับ อีกประเภทหนึ่งคือการเสียรูปของปริมาตร ซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของการขยายหรือหดตัวตามสัดส่วนของปริมาตรของชิ้นงาน ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรจำเพาะในระหว่างการเปลี่ยนเฟส

การเสียรูปจากการโก่งงอ (Worping deformation) รวมถึงการเสียรูปจากรูปร่างและการบิดตัว (Twisting deformation) การเสียรูปจากการบิดตัวส่วนใหญ่เกิดจากการวางชิ้นงานในเตาเผาที่ไม่ถูกต้องระหว่างการให้ความร้อน หรือการขาดการขึ้นรูปหลังจากการแก้ไขการเสียรูปก่อนการชุบแข็ง หรือการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของชิ้นส่วนต่างๆ ของชิ้นงานเมื่อชิ้นงานเย็นตัวลง การเสียรูปนี้สามารถวิเคราะห์และแก้ไขได้เฉพาะบางสถานการณ์ ต่อไปนี้จะกล่าวถึงการเสียรูปจากปริมาตรและการเสียรูปจากรูปร่างเป็นหลัก

1) สาเหตุของการเสียรูปจากการดับและกฎเกณฑ์ที่เปลี่ยนแปลง

การเสียรูปของปริมาตรที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง โครงสร้างของชิ้นงานก่อนการชุบแข็งโดยทั่วไปจะเป็นเพิร์ลไลต์ นั่นคือโครงสร้างผสมของเฟอร์ไรต์และซีเมนไทต์ และหลังจากชุบแข็งแล้วจะเป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์ ปริมาตรจำเพาะที่แตกต่างกันของเนื้อเยื่อเหล่านี้จะทำให้ปริมาตรเปลี่ยนแปลงก่อนและหลังการชุบแข็ง ส่งผลให้เกิดการเสียรูป อย่างไรก็ตาม การเสียรูปนี้เพียงทำให้ชิ้นงานขยายตัวและหดตัวตามสัดส่วนเท่านั้น จึงไม่ทำให้รูปร่างของชิ้นงานเปลี่ยนแปลงไป

นอกจากนี้ ยิ่งมีมาร์เทนไซต์ในโครงสร้างหลังการอบด้วยความร้อนมากเท่าใด หรือมาร์เทนไซต์มีปริมาณคาร์บอนสูงเท่าใด การขยายตัวของปริมาตรก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีออสเทไนต์ตกค้างมากเท่าใด การขยายตัวของปริมาตรก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงปริมาตรจึงสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมปริมาณมาร์เทนไซต์และมาร์เทนไซต์ตกค้างระหว่างการอบด้วยความร้อน หากควบคุมอย่างเหมาะสม ปริมาตรจะไม่ขยายตัวหรือหดตัว

การเสียรูปที่เกิดจากความเค้นความร้อน การเสียรูปที่เกิดจากความเค้นความร้อนเกิดขึ้นในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งความแข็งแรงครากของชิ้นส่วนเหล็กต่ำ ความเหนียวสูง พื้นผิวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอกชิ้นงานมีมากที่สุด ณ เวลานี้ ความเค้นความร้อนที่เกิดขึ้นทันทีคือความเค้นดึงผิวและความเค้นอัดแกนกลาง เนื่องจากอุณหภูมิแกนกลางสูงในเวลานี้ ความแข็งแรงครากจึงต่ำกว่าพื้นผิวมาก จึงแสดงอาการเสียรูปภายใต้แรงอัดหลายทิศทาง กล่าวคือ ลูกบาศก์มีทิศทางเป็นทรงกลม ผลที่ตามมาคือ ลูกบาศก์ขนาดใหญ่จะหดตัว ในขณะที่ลูกบาศก์ขนาดเล็กจะขยายตัว ตัวอย่างเช่น ทรงกระบอกยาวจะหดสั้นลงในทิศทางของความยาวและขยายตัวในทิศทางของเส้นผ่านศูนย์กลาง

การเสียรูปที่เกิดจากแรงเค้นของเนื้อเยื่อ การเสียรูปที่เกิดจากแรงเค้นของเนื้อเยื่อมักเกิดขึ้นในช่วงแรกที่แรงเค้นของเนื้อเยื่อมีค่าสูงสุด ณ เวลานี้ ความแตกต่างของอุณหภูมิหน้าตัดมีค่ามาก อุณหภูมิแกนกลางมีค่าสูงขึ้น ยังคงอยู่ในสถานะออสเทไนต์ ความยืดหยุ่นของพลาสติกอยู่ในระดับที่ดี และความแข็งแรงครากมีค่าต่ำ แรงเค้นของเนื้อเยื่อที่เกิดขึ้นทันทีคือแรงอัดผิวและความเค้นแรงดึงของแกนกลาง ดังนั้น การเสียรูปจึงปรากฏให้เห็นเป็นการยืดตัวของแกนกลางภายใต้แรงดึงหลายทิศทาง ผลที่ได้คือภายใต้แรงเค้นของเนื้อเยื่อ ด้านที่ใหญ่กว่าของชิ้นงานจะยืดออก ในขณะที่ด้านที่เล็กกว่าจะสั้นลง ตัวอย่างเช่น การเสียรูปที่เกิดจากแรงเค้นของเนื้อเยื่อในทรงกระบอกยาวคือการยืดตัวของความยาวและการลดลงของเส้นผ่านศูนย์กลาง

ตาราง 5.3 แสดงกฎการเปลี่ยนรูปจากการชุบแข็งของชิ้นส่วนเหล็กทั่วไปต่างๆ

2) ปัจจัยที่มีผลต่อการเสียรูปจากการดับ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการเสียรูปจากการดับนั้นส่วนใหญ่ได้แก่องค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก โครงสร้างเดิม รูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วน และกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน

3) การอุดรอยแตกร้าว

รอยแตกร้าวในชิ้นส่วนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงปลายของการชุบแข็งและการหล่อเย็น นั่นคือ หลังจากการเปลี่ยนรูปแบบมาร์เทนไซต์เสร็จสิ้นเกือบทั้งหมด หรือหลังจากการหล่อเย็นอย่างสมบูรณ์ จะเกิดการแตกหักแบบเปราะ เนื่องจากความเค้นดึงในชิ้นส่วนมีค่ามากกว่าความแข็งแรงแตกหักของเหล็ก รอยแตกร้าวมักตั้งฉากกับทิศทางของการเสียรูปแรงดึงสูงสุด ดังนั้น รอยแตกร้าวแต่ละรูปแบบในชิ้นส่วนจึงขึ้นอยู่กับสถานะการกระจายตัวของความเค้นเป็นหลัก

ประเภททั่วไปของรอยแตกร้าวแบบดับ: รอยแตกร้าวตามยาว (แนวแกน) ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงในแนวสัมผัสมีค่ามากกว่ากำลังแตกหักของวัสดุ รอยแตกร้าวตามขวางเกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงในแนวแกนขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวด้านในของชิ้นส่วนมีค่ามากกว่ากำลังแตกหักของวัสดุ รอยแตกร้าว; รอยแตกร้าวแบบเครือข่ายเกิดขึ้นภายใต้แรงดึงสองมิติบนพื้นผิว รอยแตกร้าวแบบลอกเกิดขึ้นในชั้นบางๆ ที่แข็งตัว ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อความเค้นเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและแรงดึงที่มากเกินไปกระทำในทิศทางรัศมี ประเภทของรอยแตกร้าว

รอยแตกตามยาว (Longitudinal Cracks) หรือที่เรียกว่ารอยแตกตามแนวแกน (Axial Cracks) รอยแตกจะเกิดขึ้นที่จุดที่มีแรงดึงสูงสุดใกล้กับพื้นผิวของชิ้นส่วน และมีความลึกในระดับหนึ่งเมื่อเข้าใกล้จุดศูนย์กลาง โดยทั่วไปทิศทางของรอยแตกจะขนานกับแกน แต่ทิศทางอาจเปลี่ยนแปลงได้เมื่อมีแรงกระจุกตัวอยู่ในชิ้นส่วน หรือเมื่อมีข้อบกพร่องทางโครงสร้างภายใน

หลังจากชิ้นงานผ่านการชุบแข็งอย่างสมบูรณ์แล้ว รอยแตกร้าวตามยาวมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดึงเชิงสัมผัสที่สูงบนพื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็ง เมื่อปริมาณคาร์บอนในเหล็กเพิ่มขึ้น แนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวตามยาวก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมีปริมาณมาร์เทนไซต์จำเพาะต่ำและมีความเค้นทางความร้อนสูง บนพื้นผิวจะมีแรงอัดตกค้างสูง จึงทำให้การชุบแข็งเป็นเรื่องยาก เมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น ความเค้นอัดพื้นผิวจะลดลงและความเค้นเชิงโครงสร้างจะเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน ความเค้นแรงดึงสูงสุดจะเคลื่อนไปยังชั้นผิว ดังนั้น เหล็กกล้าคาร์บอนสูงจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวตามยาวเมื่อได้รับความร้อนสูงเกินไป

ขนาดของชิ้นส่วนส่งผลโดยตรงต่อขนาดและการกระจายของความเค้นตกค้าง และแนวโน้มการแตกร้าวจากการชุบแข็งก็แตกต่างกัน รอยแตกร้าวตามยาวสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายโดยการชุบแข็งภายในช่วงขนาดหน้าตัดที่เป็นอันตราย นอกจากนี้ การอุดตันของวัตถุดิบเหล็กมักทำให้เกิดรอยแตกร้าวตามยาว เนื่องจากชิ้นส่วนเหล็กส่วนใหญ่ผลิตโดยการรีด จึงมีการกระจายของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่ทองคำ คาร์ไบด์ ฯลฯ ในเหล็กตามทิศทางการเสียรูป ทำให้เหล็กมีลักษณะแอนไอโซทรอปิก ตัวอย่างเช่น หากเหล็กกล้าเครื่องมือมีโครงสร้างคล้ายแถบ ความแข็งแรงของการแตกร้าวตามขวางหลังจากการชุบแข็งจะน้อยกว่าความแข็งแรงของการแตกร้าวตามยาว 30% ถึง 50% หากมีปัจจัยบางอย่าง เช่น สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่ทองคำในเหล็ก ที่ทำให้เกิดการรวมตัวของความเค้น แม้ว่าความเค้นเชิงสัมผัสจะมากกว่าความเค้นแนวแกน รอยแตกร้าวตามยาวก็อาจเกิดขึ้นได้ง่ายในสภาวะความเค้นต่ำ ด้วยเหตุนี้ การควบคุมระดับของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและน้ำตาลในเหล็กอย่างเข้มงวดจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการป้องกันรอยแตกร้าวจากการดับ

ลักษณะการกระจายแรงดึงภายในของรอยแตกตามขวางและรอยแตกแบบอาร์ค ได้แก่ พื้นผิวได้รับแรงอัด หลังจากปล่อยพื้นผิวออกไประยะหนึ่ง แรงอัดจะเปลี่ยนเป็นแรงดึงสูง รอยแตกเกิดขึ้นในบริเวณที่เกิดแรงดึง และเมื่อแรงภายในกระจายตัวไปยังพื้นผิวของชิ้นส่วน เฉพาะในกรณีที่เกิดการกระจายตัวใหม่หรือเหล็กมีความเปราะบางมากขึ้นเท่านั้น

รอยแตกตามขวางมักเกิดขึ้นในชิ้นส่วนเพลาขนาดใหญ่ เช่น ลูกกลิ้ง โรเตอร์กังหัน หรือชิ้นส่วนเพลาอื่นๆ ลักษณะของรอยแตกคือตั้งฉากกับทิศทางแกนและแตกจากด้านในออกด้านนอก มักเกิดขึ้นก่อนการชุบแข็ง และเกิดจากแรงเค้นความร้อน งานตีขึ้นรูปขนาดใหญ่มักมีข้อบกพร่องทางโลหะวิทยา เช่น รูพรุน สิ่งเจือปน รอยแตกจากการตีขึ้นรูป และจุดขาว ข้อบกพร่องเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นของการแตกหักและการแตกภายใต้แรงดึงตามแนวแกน รอยแตกแบบอาร์กเกิดจากแรงเค้นความร้อนและมักกระจายเป็นรูปโค้งที่ชิ้นส่วนที่รูปร่างของชิ้นส่วนเปลี่ยนแปลงไป ส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานหรือใกล้ขอบคม ร่อง และรู และกระจายเป็นรูปโค้ง เมื่อชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนสูงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนา 80 ถึง 100 มิลลิเมตรหรือมากกว่าไม่ได้รับการชุบแข็ง พื้นผิวจะแสดงแรงอัด และตรงกลางจะแสดงแรงดึง แรงดึงสูงสุดจะเกิดขึ้นที่บริเวณเปลี่ยนผ่านจากชั้นที่แข็งตัวไปยังชั้นที่ยังไม่แข็งตัว และเกิดรอยแตกร้าวจากอาร์กในบริเวณเหล่านี้ นอกจากนี้ อัตราการเย็นตัวที่ขอบและมุมคมจะรวดเร็วและทุกส่วนได้รับการชุบแข็งแล้ว เมื่อเปลี่ยนผ่านไปยังชิ้นส่วนที่บอบบาง นั่นคือไปยังส่วนที่ยังไม่แข็งตัว บริเวณที่เกิดโซนแรงดึงสูงสุดจะปรากฏขึ้นที่นี่ ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวจากอาร์ก อัตราการเย็นตัวใกล้กับรูเข็ม ร่อง หรือรูตรงกลางของชิ้นงานจะช้า ชั้นที่แข็งตัวจะบางลง และแรงดึงใกล้กับบริเวณเปลี่ยนผ่านที่แข็งตัวแล้วอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากอาร์กได้ง่าย

รอยแตกแบบตาข่าย หรือที่เรียกว่ารอยแตกบนพื้นผิว เป็นรอยแตกบนพื้นผิว ความลึกของรอยแตกจะตื้น โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.01-1.5 มม. ลักษณะสำคัญของรอยแตกประเภทนี้คือทิศทางของรอยแตกไม่มีผลต่อรูปร่างของชิ้นส่วน รอยแตกจำนวนมากเชื่อมต่อกันเป็นเครือข่ายและกระจายตัวอย่างกว้างขวาง เมื่อความลึกของรอยแตกมากขึ้น เช่น มากกว่า 1 มม. ลักษณะของเครือข่ายจะหายไปและกลายเป็นรอยแตกที่มีทิศทางแบบสุ่มหรือกระจายตัวตามยาว รอยแตกแบบเครือข่ายเกี่ยวข้องกับสภาวะของแรงดึงสองมิติบนพื้นผิว

ชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนสูงหรือเหล็กกล้าคาร์บูไรซ์ที่มีชั้นคาร์บอนต่ำบนพื้นผิวมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวแบบเครือข่ายระหว่างการชุบแข็ง เนื่องจากชั้นผิวมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าและมีปริมาตรจำเพาะน้อยกว่าชั้นในของมาร์เทนไซต์ ในระหว่างการชุบแข็ง ชั้นผิวของคาร์ไบด์จะอยู่ภายใต้แรงดึง ชิ้นส่วนที่ชั้นฟอสฟอรัสถูกกำจัดออกไม่หมดระหว่างกระบวนการทางกลก็อาจเกิดรอยแตกร้าวแบบเครือข่ายระหว่างการชุบแข็งด้วยความถี่สูงหรือพื้นผิวเปลวไฟได้เช่นกัน เพื่อหลีกเลี่ยงรอยแตกร้าวดังกล่าว ควรควบคุมคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนอย่างเคร่งครัด และควรหลีกเลี่ยงการเชื่อมออกซิเดชันในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน นอกจากนี้ หลังจากใช้งานแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปเป็นระยะเวลาหนึ่ง รอยแตกร้าวจากความล้าที่เกิดจากความร้อนซึ่งปรากฏเป็นแถบหรือเครือข่ายในโพรง และรอยแตกร้าวในกระบวนการเจียรชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบแข็ง ล้วนจัดอยู่ในรูปแบบนี้

รอยแตกแบบลอกเกิดขึ้นในบริเวณที่แคบมากของชั้นผิว แรงอัดจะกระทำในแนวแกนและแนวสัมผัส และแรงดึงจะเกิดขึ้นในแนวรัศมี รอยแตกจะขนานกับพื้นผิวของชิ้นส่วน การลอกของชั้นชุบแข็งหลังจากการชุบแข็งและการทำให้ชิ้นส่วนคาร์บูไรซิ่งเย็นลงเป็นของรอยแตกประเภทนี้ การเกิดรอยแตกนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอในชั้นชุบแข็ง ตัวอย่างเช่น หลังจากเหล็กกล้าผสมคาร์บูไรซิ่งเย็นตัวลงด้วยความเร็วที่กำหนด โครงสร้างในชั้นคาร์บูไรซิ่งจะประกอบด้วย: ชั้นนอกเป็นเพิร์ลไลต์ละเอียดมาก + คาร์ไบด์ และชั้นรองเป็นมาร์เทนไซต์ + ออสเทไนต์ตกค้าง ชั้นในเป็นเพิร์ลไลต์ละเอียดหรือโครงสร้างเพิร์ลไลต์ละเอียดมาก เนื่องจากปริมาตรจำเพาะของชั้นย่อยมาร์เทนไซต์มีขนาดใหญ่ที่สุด ผลของการขยายตัวของปริมาตรคือแรงอัดที่กระทำต่อชั้นผิวในทิศทางแกนและทิศทางสัมผัส และความเค้นดึงเกิดขึ้นในทิศทางรัศมี เกิดการกลายพันธุ์ของความเค้นภายใน เปลี่ยนเป็นสถานะความเค้นอัด และรอยแตกลอกจะเกิดขึ้นในพื้นที่บางมากซึ่งความเค้นเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไป รอยแตกจะซ่อนตัวอยู่ภายในขนานกับพื้นผิว และในกรณีที่รุนแรงอาจทำให้เกิดการลอกผิว หากอัตราการเย็นตัวของชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการคาร์บูไรซ์ถูกเร่งหรือลดลง จะทำให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่สม่ำเสมอหรือโครงสร้างเพิร์ลไลต์ละเอียดพิเศษในชั้นคาร์บูไรซ์ ซึ่งสามารถป้องกันการเกิดรอยแตกดังกล่าวได้ นอกจากนี้ ในระหว่างการดับผิวด้วยความถี่สูงหรือด้วยเปลวไฟ พื้นผิวมักจะร้อนเกินไป และความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครงสร้างตลอดชั้นที่แข็งตัวแล้วสามารถก่อให้เกิดรอยแตกร้าวบนพื้นผิวดังกล่าวได้อย่างง่ายดาย

รอยแตกร้าวขนาดเล็กแตกต่างจากรอยแตกร้าวทั้งสี่ประเภทที่กล่าวมาข้างต้น ตรงที่เกิดจากแรงเค้นขนาดเล็ก รอยแตกร้าวระหว่างเกรนที่เกิดขึ้นหลังจากการชุบแข็ง การให้ความร้อนสูงเกินไป และการเจียรเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนสูงหรือชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซ์ รวมถึงรอยแตกร้าวที่เกิดจากการอบคืนตัวของชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบแข็งไม่ทันเวลา ล้วนเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นและการขยายตัวของรอยแตกร้าวขนาดเล็กในเหล็กกล้า

รอยแตกขนาดเล็กต้องได้รับการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ มักเกิดขึ้นที่ขอบเกรนของออสเทไนต์ดั้งเดิม หรือที่รอยต่อของแผ่นมาร์เทนไซต์ รอยแตกบางรอยทะลุผ่านแผ่นมาร์เทนไซต์ งานวิจัยแสดงให้เห็นว่ารอยแตกขนาดเล็กพบได้บ่อยในมาร์เทนไซต์คู่ที่เป็นแผ่นเกล็ด สาเหตุคือมาร์เทนไซต์คู่ที่เป็นแผ่นเกล็ดจะชนกันเมื่อเติบโตด้วยความเร็วสูงและก่อให้เกิดความเค้นสูง อย่างไรก็ตาม มาร์เทนไซต์คู่นั้นเปราะและไม่สามารถเกิดการเสียรูปพลาสติก (Plastic Deformation) ได้ ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กได้ง่าย เกรนออสเทไนต์มีความหยาบและมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกขนาดเล็กมากขึ้น การมีรอยแตกขนาดเล็กในเหล็กจะลดความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบแข็งลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายในระยะเริ่มต้น (การแตกหัก) ของชิ้นส่วน

เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กในชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนสูง อาจใช้วิธีต่างๆ เช่น การลดอุณหภูมิความร้อนในการชุบแข็ง การได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่ละเอียด และการลดปริมาณคาร์บอนในมาร์เทนไซต์ นอกจากนี้ การอบคืนตัวหลังการชุบแข็งอย่างทันท่วงทีเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดความเค้นภายใน การทดสอบพิสูจน์แล้วว่าหลังจากอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 200°C คาร์ไบด์ที่ตกตะกอนบริเวณรอยแตกร้าวจะมีผลในการ “เชื่อม” รอยแตกร้าว ซึ่งสามารถลดอันตรายจากรอยแตกร้าวขนาดเล็กได้อย่างมาก

ข้างต้นเป็นการอภิปรายเกี่ยวกับสาเหตุและวิธีการป้องกันรอยแตกร้าวโดยพิจารณาจากรูปแบบการกระจายตัวของรอยแตกร้าว ในการผลิตจริง การกระจายตัวของรอยแตกร้าวจะแตกต่างกันไปตามปัจจัยต่างๆ เช่น คุณภาพของเหล็ก รูปร่างของชิ้นส่วน และเทคโนโลยีการแปรรูปแบบร้อนและแบบเย็น บางครั้งรอยแตกร้าวอาจเกิดขึ้นก่อนการอบชุบด้วยความร้อน และขยายตัวมากขึ้นในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง บางครั้งรอยแตกร้าวหลายรูปแบบอาจปรากฏขึ้นในชิ้นส่วนเดียวกันในเวลาเดียวกัน ในกรณีนี้ การวิเคราะห์พื้นผิวรอยแตกร้าวด้วยกล้องจุลทรรศน์ การตรวจสอบทางโลหะวิทยา และหากจำเป็น ควรใช้การวิเคราะห์ทางเคมีและวิธีการอื่นๆ เพื่อวิเคราะห์อย่างครอบคลุม ตั้งแต่คุณภาพของวัสดุ โครงสร้างองค์กร ไปจนถึงสาเหตุของความเครียดจากการอบชุบด้วยความร้อน เพื่อค้นหาสาเหตุหลักและกำหนดมาตรการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์รอยแตกร้าวจากการแตกหักเป็นวิธีสำคัญในการวิเคราะห์สาเหตุของรอยแตกร้าว รอยแตกร้าวใดๆ ก็ตามย่อมมีจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าว รอยแตกร้าวแบบดับความร้อนมักเริ่มต้นจากจุดบรรจบของรอยแตกร้าวแนวรัศมี

หากสาเหตุของรอยแตกร้าวอยู่บนพื้นผิวของชิ้นส่วน แสดงว่ารอยแตกร้าวนั้นเกิดจากแรงดึงที่มากเกินไปบนพื้นผิว หากไม่มีข้อบกพร่องทางโครงสร้าง เช่น สิ่งเจือปนบนพื้นผิว แต่มีปัจจัยที่ทำให้เกิดความเค้นสะสม เช่น รอยมีดที่รุนแรง คราบออกไซด์ มุมคมของชิ้นส่วนเหล็ก หรือชิ้นส่วนที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ก็อาจเกิดรอยแตกร้าวได้

หากสาเหตุของรอยแตกร้าวอยู่ภายในชิ้นส่วน แสดงว่าเกิดจากข้อบกพร่องของวัสดุหรือแรงดึงตกค้างภายในที่มากเกินไป พื้นผิวรอยแตกร้าวของการชุบแข็งตามปกติจะเป็นสีเทาและพอร์ซเลนละเอียด หากพื้นผิวรอยแตกร้าวเป็นสีเทาเข้มและขรุขระ แสดงว่าเกิดจากความร้อนสูงเกินไปหรือเนื้อเยื่อเดิมมีความหนา

โดยทั่วไปแล้ว ไม่ควรมีสีออกซิเดชันบนส่วนที่เป็นแก้วของรอยแตกจากการชุบแข็ง และไม่ควรมีการแยกคาร์บอนออกจากผิวรอบรอยแตก หากมีการแยกคาร์บอนออกจากผิวรอบรอยแตกหรือมีสีออกซิไดซ์บนส่วนที่เป็นรอยแตก แสดงว่าชิ้นส่วนนั้นมีรอยแตกอยู่แล้วก่อนการชุบแข็ง และรอยแตกเดิมจะขยายตัวภายใต้อิทธิพลของแรงเค้นจากการอบชุบ หากพบคาร์ไบด์และสิ่งเจือปนที่แยกตัวใกล้กับรอยแตกของชิ้นส่วน แสดงว่ารอยแตกนั้นเกี่ยวข้องกับการแยกตัวของคาร์ไบด์อย่างรุนแรงในวัตถุดิบ หรือมีสิ่งเจือปน หากรอยแตกปรากฏเฉพาะที่มุมแหลมหรือส่วนที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างของชิ้นส่วนโดยไม่มีปรากฏการณ์ข้างต้น แสดงว่ารอยแตกนั้นเกิดจากการออกแบบโครงสร้างชิ้นส่วนที่ไม่ถูกต้อง หรือมาตรการป้องกันรอยแตกที่ไม่เหมาะสม หรือแรงเค้นจากการอบชุบที่มากเกินไป

นอกจากนี้ รอยแตกร้าวในชิ้นส่วนที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีและการชุบแข็งผิวส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นใกล้กับชั้นที่แข็งตัว การปรับปรุงโครงสร้างของชั้นที่แข็งตัวและลดแรงเครียดจากการอบชุบด้วยความร้อนเป็นวิธีสำคัญในการหลีกเลี่ยงรอยแตกร้าวบนพื้นผิว