Komplexní a detailní! Kompletní znalost kalení oceli!

Definice a účel kalení
Ocel se zahřeje na teplotu nad kritickým bodem Ac3 (hypoeutektoidní ocel) nebo Ac1 (hypereutektoidní ocel), ponechá se po určitou dobu, aby se plně nebo částečně austenitizovala, a poté se ochladí rychlostí vyšší než kritická rychlost kalení. Proces tepelného zpracování, který přeměňuje podchlazený austenit na martenzit nebo nižší bainit, se nazývá kalení.

Účelem kalení je přeměnit podchlazený austenit na martenzit nebo bainit za účelem získání martenzitické nebo nižší bainitické struktury. Tato struktura se poté kombinuje s popouštěním při různých teplotách, čímž se výrazně zlepší pevnost, tvrdost a odolnost oceli. Opotřebitelnost, únavová pevnost a houževnatost atd., aby se splnily různé požadavky na použití různých mechanických součástí a nástrojů. Kalení lze také použít k dosažení speciálních fyzikálních a chemických vlastností některých speciálních ocelí, jako je feromagnetismus a odolnost proti korozi.

Když jsou ocelové díly ochlazovány v kalicím médiu se změnami fyzikálního stavu, proces ochlazování se obecně dělí na následující tři fáze: fázi tvorby parního filmu, fázi varu a fázi konvekce.

Kalitelnost oceli
Prokalitelnost a prokalitelnost jsou dva ukazatele, které charakterizují schopnost oceli kalit. Jsou také důležitým základem pro výběr a použití materiálu.

1. Pojmy prokalitelnosti a prokalitelnosti

Prokalitelnost je schopnost oceli dosáhnout nejvyšší tvrdosti, které může dosáhnout, když je za ideálních podmínek kalena a zpevněna. Hlavním faktorem, který určuje prokalitelnost oceli, je obsah uhlíku v oceli. Přesněji řečeno, jde o obsah uhlíku rozpuštěného v austenitu během kalení a ohřevu. Čím vyšší je obsah uhlíku, tím vyšší je prokalitelnost oceli. Legující prvky v oceli mají malý vliv na prokalitelnost, ale mají významný vliv na prokalitelnost oceli.

Prokalitelnost se vztahuje k vlastnostem, které určují hloubku kalení a rozložení tvrdosti oceli za specifických podmínek. To znamená schopnost dosáhnout hloubky zkalené vrstvy při kalení oceli. Je to inherentní vlastnost oceli. Prokalitelnost ve skutečnosti odráží snadnost, s jakou se austenit transformuje na martenzit při kalení oceli. Souvisí to hlavně se stabilitou podchlazeného austenitu oceli nebo s kritickou rychlostí ochlazování oceli při kalení.

Je třeba také zdůraznit, že prokalitelnost oceli je třeba odlišovat od efektivní hloubky prokalení ocelových dílů za specifických podmínek kalení. Prokalitelnost oceli je inherentní vlastností samotné oceli. Závisí pouze na jejích vlastních vnitřních faktorech a nemá nic společného s vnějšími faktory. Efektivní hloubka prokalení oceli nezávisí pouze na prokalitelnosti oceli, ale také na použitém materiálu. Souvisí s vnějšími faktory, jako je chladicí médium a velikost obrobku. Například za stejných austenitizačních podmínek je prokalitelnost stejné oceli stejná, ale efektivní hloubka prokalení při kalení ve vodě je větší než při kalení v oleji a malé díly jsou menší než při kalení v oleji. Efektivní hloubka prokalení velkých dílů je velká. To nelze říci, že kalení ve vodě má vyšší prokalitelnost než kalení v oleji. Nelze říci, že malé díly mají vyšší prokalitelnost než velké díly. Je zřejmé, že pro posouzení prokalitelnosti oceli je nutné vyloučit vliv vnějších faktorů, jako je tvar obrobku, velikost, chladicí médium atd.

Kromě toho, protože prokalitelnost a kalitelnost jsou dva různé pojmy, ocel s vysokou tvrdostí po kalení nemusí mít nutně vysokou prokalitelnost; a ocel s nízkou tvrdostí může mít také vysokou prokalitelnost.

2. Faktory ovlivňující prokalitelnost

Prokalitelnost oceli závisí na stabilitě austenitu. Jakýkoli faktor, který může zlepšit stabilitu podchlazeného austenitu, posunout křivku C doprava a tím snížit kritickou rychlost ochlazování, může zlepšit prokalitelnost vysokopevnostní oceli. Stabilita austenitu závisí především na jeho chemickém složení, velikosti zrna a jednotnosti složení, které souvisí s chemickým složením oceli a podmínkami ohřevu.

3. Metoda měření kalitelnosti

Existuje mnoho metod pro měření prokalitelnosti oceli, nejčastěji používanými jsou metoda měření kritického průměru a metoda zkoušky koncové prokalitelnosti.

(1) Metoda měření kritického průměru

Po kalení oceli v určitém médiu se maximální průměr, při kterém jádro získá pouze martenzitickou nebo 50% martenzitickou strukturu, nazývá kritický průměr a představuje ho Dc. Metoda měření kritického průměru spočívá ve výrobě série kulatých tyčí o různých průměrech a po kalení se změří křivka tvrdosti U rozložená podél průměru na každé vzorkové části a najde se tyč s polomartenzitickou strukturou uprostřed. Průměr kulaté tyče se nazývá kritický průměr. Čím větší je kritický průměr, tím vyšší je prokalitelnost oceli.

(2) Metoda zkoušky koncového kalení

Metoda zkoušky kalením na konci používá vzorek standardní velikosti (Ф25 mm × 100 mm). Po austenitizaci se na jeden konec vzorku na speciálním zařízení postříká voda, aby se ochladil. Po ochlazení se měří tvrdost ve směru osy – od vodou chlazeného konce. Zkušební metoda pro křivku závislosti vzdálenosti. Metoda zkoušky kalením na konci je jednou z metod pro stanovení prokalitelnosti oceli. Jejími výhodami jsou jednoduchá obsluha a široký rozsah použití.

4. Zmírnění napětí, deformace a praskání

(1) Vnitřní napětí obrobku během kalení

Když se obrobek v kalicím médiu rychle ochladí, vzhledem k určité velikosti obrobku a určité hodnotě koeficientu tepelné vodivosti, dochází během chlazení podél vnitřní části obrobku k určitému teplotnímu gradientu. Teplota povrchu je nízká, teplota jádra vysoká a teplota povrchu a jádra jsou vysoké. Dochází k teplotnímu rozdílu. Během chlazení obrobku dochází také ke dvěma fyzikálním jevům: prvním je tepelná roztažnost, kdy se s klesající teplotou zmenšuje délka obrobku; druhým je přeměna austenitu na martenzit, když teplota klesne na bod přeměny martenzitu, což zvětší měrný objem. V důsledku teplotního rozdílu během chlazení se míra tepelné roztažnosti v různých částech průřezu obrobku liší a v různých částech obrobku vzniká vnitřní napětí. V důsledku teplotních rozdílů uvnitř obrobku mohou existovat i části, kde teplota klesá rychleji než v bodě, kde se vyskytuje martenzit. Transformace, objem se rozpíná a součásti s vysokou teplotou jsou stále nad bodem a stále se nacházejí v austenitickém stavu. Tyto různé součásti také vytvářejí vnitřní napětí v důsledku rozdílných změn specifického objemu. Během procesu kalení a ochlazování proto mohou vznikat dva druhy vnitřního napětí: tepelné napětí a napětí tkáně.

Podle charakteristik doby trvání vnitřního napětí jej lze také rozdělit na okamžité napětí a zbytkové napětí. Vnitřní napětí generované obrobkem v určitém okamžiku během procesu ochlazování se nazývá okamžité napětí; po ochlazení obrobku se napětí zbývající uvnitř obrobku nazývá zbytkové napětí.

Tepelné namáhání označuje namáhání způsobené nekonzistentní tepelnou roztažností (nebo smršťováním za studena) v důsledku teplotních rozdílů v různých částech obrobku při jeho zahřívání (nebo ochlazování).

Nyní si vezměme jako příklad plný válec, abychom ilustrovali pravidla vzniku a změny vnitřního napětí během procesu jeho ochlazování. Zde se bude hovořit pouze o axiálním napětí. Na začátku ochlazování, protože povrch rychle ochlazuje, je teplota nízká a smršťuje se hodně, zatímco při ochlazování jádra je teplota vysoká a smršťování je malé. V důsledku toho jsou povrch a vnitřek vzájemně omezeny, což má za následek tahové napětí na povrchu, zatímco jádro je pod tlakem. S postupujícím ochlazováním se teplotní rozdíl mezi vnitřkem a vnějškem zvyšuje a vnitřní napětí se také odpovídajícím způsobem zvyšuje. Když se napětí zvýší a překročí mez kluzu při této teplotě, dochází k plastické deformaci. Protože tloušťka jádra je větší než tloušťka povrchu, jádro se vždy nejprve smrští axiálně. V důsledku plastické deformace se vnitřní napětí již nezvyšuje. Po ochlazení na určitou dobu se pokles povrchové teploty postupně zpomalí a jeho smršťování se také postupně sníží. V této době se jádro stále smršťuje, takže tahové napětí na povrchu a tlakové napětí na jádru se postupně snižují, dokud nezmizí. S pokračujícím ochlazováním se však povrchová vlhkost stále snižuje a množství smrštění se zmenšuje nebo se dokonce zastaví. Protože je teplota v jádru stále vysoká, bude se smršťovat dále a nakonec se na povrchu obrobku vytvoří tlakové napětí, zatímco v jádru bude působit tahové napětí. Vzhledem k nízké teplotě však k plastické deformaci nedochází snadno, takže toto napětí se s postupujícím ochlazováním zvyšuje. Stále se zvyšuje a nakonec zůstává uvnitř obrobku jako zbytkové napětí.

Je vidět, že tepelné napětí během procesu ochlazování zpočátku způsobuje natažení povrchové vrstvy a stlačení jádra a zbývající zbytkové napětí je stlačení povrchové vrstvy a natažení jádra.

Stručně řečeno, tepelné napětí vznikající během kalení a ochlazování je způsobeno rozdílem teplot v průřezu během procesu ochlazování. Čím větší je rychlost ochlazování a čím větší je rozdíl teplot v průřezu, tím větší je generované tepelné napětí. Za stejných podmínek chladicího média platí, že čím vyšší je teplota ohřevu obrobku, tím větší je jeho rozměr, tím menší je tepelná vodivost oceli, tím větší je teplotní rozdíl uvnitř obrobku a tím větší je tepelné napětí. Pokud je obrobek ochlazován nerovnoměrně při vysoké teplotě, bude se deformovat a deformovat. Pokud je okamžité tahové napětí vznikající během procesu ochlazování obrobku větší než pevnost v tahu materiálu, dojde k kalicím trhlinám.

Napětí fázové transformace se vztahuje k napětí způsobenému různým načasováním fázové transformace v různých částech obrobku během procesu tepelného zpracování, známé také jako napětí tkáně.

Během kalení a rychlého ochlazování, když je povrchová vrstva ochlazena na bod Ms, dochází k martenzitické transformaci a způsobuje objemovou expanzi. Avšak v důsledku překážky v jádru, které ještě neprošlo transformací, povrchová vrstva vytváří tlakové napětí, zatímco jádro má tahové napětí. Pokud je napětí dostatečně velké, způsobí deformaci. Po ochlazení jádra na bod Ms dojde také k martenzitické transformaci a jeho objem se zvětší. Avšak kvůli omezením transformované povrchové vrstvy s nízkou plasticitou a vysokou pevností bude její konečné zbytkové napětí ve formě povrchového napětí a jádro bude pod tlakem. Je vidět, že změna a konečný stav napětí fázové transformace jsou přesně opačné než tepelné napětí. Navíc, protože k napětí fázové transformace dochází při nízkých teplotách s nízkou plasticitou, je deformace v tomto okamžiku obtížná, takže napětí fázové transformace s větší pravděpodobností způsobí praskání obrobku.

Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují velikost fázového transformačního napětí. Čím rychlejší je rychlost ochlazování oceli v teplotním rozsahu martenzitické transformace, čím větší je velikost ocelového kusu, tím horší je tepelná vodivost oceli, čím větší je měrný objem martenzitu, tím větší je fázové transformační napětí. Čím větší je. Fázové transformační napětí navíc souvisí také se složením oceli a její prokalitelností. Například vysokouhlíková vysoce legovaná ocel zvyšuje měrný objem martenzitu v důsledku vysokého obsahu uhlíku, což by mělo zvýšit fázové transformační napětí oceli. S rostoucím obsahem uhlíku však bod Ms klesá a po kalení zbývá velké množství zbytkového austenitu. Jeho objemová roztažnost se snižuje a zbytkové napětí je nízké.

(2) Deformace obrobku během kalení

Během kalení dochází v obrobku ke dvěma hlavním typům deformace: prvním je změna geometrického tvaru obrobku, která se projevuje změnami velikosti a tvaru, často nazývaná deformace zvlněním, která je způsobena kalicím napětím; druhým je objemová deformace, která se projevuje proporcionálním zvětšením nebo zmenšením objemu obrobku, což je způsobeno změnou měrného objemu během fázové změny.

Deformace zkroucením zahrnuje také tvarovou deformaci a deformaci zkroucením. Deformace zkroucením je způsobena hlavně nesprávným umístěním obrobku v peci během ohřevu, nedostatečným tvarovacím ošetřením po korekci deformace před kalením nebo nerovnoměrným ochlazením různých částí obrobku při ochlazování. Tuto deformaci lze analyzovat a řešit pro specifické situace. Následující text se zabývá především objemovou deformací a tvarovou deformací.

1) Příčiny deformace kalením a pravidla jejích změn

Objemová deformace způsobená strukturální transformací Strukturní stav obrobku před kalením je obecně perlit, tj. smíšená struktura feritu a cementitu, a po kalení má martenzitickou strukturu. Různé specifické objemy těchto tkání způsobí změny objemu před a po kalení, což má za následek deformaci. Tato deformace však způsobuje pouze proporcionální roztahování a smršťování obrobku, takže nemění jeho tvar.

Kromě toho platí, že čím více martenzitu je ve struktuře po tepelném zpracování nebo čím vyšší je obsah uhlíku v martenzitu, tím větší je jeho objemová roztažnost, a čím větší je množství zadrženého austenitu, tím menší je objemová roztažnost. Změnu objemu lze proto řídit regulací relativního obsahu martenzitu a zbytkového martenzitu během tepelného zpracování. Při správné regulaci se objem ani neroztahuje, ani nezmenšuje.

Tvarová deformace způsobená tepelným namáháním K deformaci způsobené tepelným namáháním dochází v oblastech s vysokou teplotou, kde je mez kluzu ocelových dílů nízká, plasticita vysoká, povrch rychle chladne a teplotní rozdíl mezi vnitřní a vnější stranou obrobku je největší. V tomto okamžiku je okamžité tepelné namáhání tahové napětí na povrchu a tlakové napětí v jádru. Vzhledem k tomu, že teplota jádra je v tomto okamžiku vysoká, je mez kluzu mnohem nižší než na povrchu, takže se projevuje jako deformace působením vícesměrného tlakového napětí, tj. krychle má kulovitý směr. Výsledkem je, že větší krychle se smršťuje, zatímco menší se roztahuje. Například dlouhý válec se zkracuje ve směru délky a roztahuje se ve směru průměru.

Deformace tvaru způsobená napětím v tkáni Deformace způsobená napětím v tkáni se také vyskytuje v rané fázi, kdy je napětí v tkáni maximální. V tomto okamžiku je rozdíl teplot průřezu velký, teplota jádra je vyšší, tkáň je stále v austenitickém stavu, plasticita je dobrá a mez kluzu je nízká. Okamžité napětí v tkáni je povrchové tlakové napětí a tahové napětí v jádru. Deformace se proto projevuje jako prodloužení jádra působením vícesměrného tahového napětí. Výsledkem je, že působením napětí v tkáni se větší strana obrobku prodlužuje, zatímco menší strana se zkracuje. Například deformace způsobená napětím v tkáni v dlouhém válci je prodloužení délky a zmenšení průměru.

Tabulka 5.3 ukazuje pravidla pro kalení a deformaci různých typických ocelových součástí.

2) Faktory ovlivňující deformaci kalením

Faktory, které ovlivňují deformaci kalením, jsou především chemické složení oceli, původní struktura, geometrie dílů a proces tepelného zpracování.

3) Kalení trhlin

Trhliny v dílech se vyskytují hlavně v pozdní fázi kalení a ochlazování, tj. po v podstatě dokončení martenzitické transformace nebo po úplném ochlazení. Dochází ke křehkému porušení, protože tahové napětí v dílech překračuje lomovou pevnost oceli. Trhliny jsou obvykle kolmé ke směru maximální tahové deformace, takže různé formy trhlin v dílech závisí především na stavu rozložení napětí.

Běžné typy trhlin z kalení: Podélné (axiální) trhliny vznikají hlavně tehdy, když tečné tahové napětí překročí mez pevnosti materiálu; příčné trhliny vznikají, když velké axiální tahové napětí vytvořené na vnitřním povrchu součásti překročí mez pevnosti materiálu. Trhliny; síťové trhliny vznikají působením dvourozměrného tahového napětí na povrch; odlupující se trhliny vznikají ve velmi tenké zpevněné vrstvě, ke kterým může dojít při prudké změně napětí a působení nadměrného tahového napětí v radiálním směru. Druh trhliny.

Podélné trhliny se také nazývají axiální trhliny. Trhliny vznikají při maximálním tahovém napětí v blízkosti povrchu součásti a směrem ke středu mají určitou hloubku. Směr trhlin je obecně rovnoběžný s osou, ale směr se může také změnit, pokud je v součásti koncentrace napětí nebo pokud se vyskytnou vnitřní strukturální vady.

Po úplném kalení obrobku se mohou objevovat podélné trhliny. To souvisí s velkým tangenciálním tahovým napětím na povrchu kalené oceli. S rostoucím obsahem uhlíku v oceli se zvyšuje tendence k tvorbě podélných trhlin. Nízkouhlíková ocel má malý měrný objem martenzitu a silné tepelné napětí. Na povrchu je velké zbytkové tlakové napětí, takže se obtížně kalí. S rostoucím obsahem uhlíku se povrchové tlakové napětí snižuje a strukturální napětí se zvyšuje. Zároveň se vrchol tahového napětí posouvá směrem k povrchové vrstvě. Proto je vysoce uhlíková ocel při přehřátí náchylná k podélným kalícím trhlinám.

Velikost dílů přímo ovlivňuje velikost a rozložení zbytkového napětí a jejich tendence k praskání při kalení se také liší. Podélné trhliny se také snadno tvoří kalením v nebezpečném rozsahu velikostí průřezu. Kromě toho blokování ocelových surovin často způsobuje podélné trhliny. Vzhledem k tomu, že většina ocelových dílů se vyrábí válcováním, jsou nekovové vměstky, karbidy atd. v oceli rozloženy podél směru deformace, což způsobuje, že ocel je anizotropní. Například pokud má nástrojová ocel pásovitou strukturu, její příčná lomová pevnost po kalení je o 30 % až 50 % menší než podélná lomová pevnost. Pokud jsou v oceli přítomny faktory, jako jsou nekovové vměstky, které způsobují koncentraci napětí, i když je tečné napětí větší než axiální napětí, podélné trhliny se snadno tvoří i za podmínek nízkého napětí. Z tohoto důvodu je přísná kontrola hladiny nekovových vměstků a cukru v oceli důležitým faktorem pro prevenci trhlin při kalení.

Charakteristiky rozložení vnitřního napětí u příčných a obloukových trhlin jsou následující: povrch je vystaven tlakovému napětí. Po opuštění povrchu na určitou vzdálenost se tlakové napětí změní na velké tahové napětí. Trhlina vzniká v oblasti tahového napětí a poté, co se vnitřní napětí rozšíří na povrch součásti, se šíří pouze tehdy, pokud je přerozděleno nebo se křehkost oceli dále zvyšuje.

Příčné trhliny se často vyskytují u velkých hřídelových částí, jako jsou válečky, rotory turbín nebo jiné hřídelové části. Charakteristickým znakem trhlin je, že jsou kolmé na směr osy a lámou se zevnitř ven. Často se tvoří před kalením a jsou způsobeny tepelným namáháním. Velké výkovky často obsahují metalurgické vady, jako jsou póry, vměstky, trhliny po kování a bílé skvrny. Tyto vady slouží jako výchozí bod lomu a lámou se působením axiálního tahového napětí. Obloukové trhliny jsou způsobeny tepelným namáháním a obvykle se rozkládají ve tvaru oblouku v místech, kde se mění tvar součásti. Vyskytují se hlavně uvnitř obrobku nebo v blízkosti ostrých hran, drážek a otvorů a rozkládají se ve tvaru oblouku. Pokud nejsou součásti z vysoce uhlíkové oceli o průměru nebo tloušťce 80 až 100 mm nebo více kalené, povrch vykazuje tlakové napětí a střed tahové napětí. Maximální tahové napětí se vyskytuje v přechodové zóně z kalené vrstvy do nekalené vrstvy a v těchto oblastech se vyskytují obloukové trhliny. Kromě toho je rychlost ochlazování na ostrých hranách a rozích vysoká a všechny jsou kalené. Při přechodu na jemné součásti, tj. do nekalené oblasti, se zde objevuje zóna maximálního tahového napětí, takže je zde náchylnost ke vzniku obloukových trhlin. Rychlost ochlazování v blízkosti otvoru pro kolík, drážky nebo středového otvoru obrobku je pomalá, odpovídající kalená vrstva je tenká a tahové napětí v blízkosti kaleného přechodu může snadno způsobit obloukové trhliny.

Retikulární trhliny, také známé jako povrchové trhliny, jsou povrchové trhliny. Hloubka trhliny je malá, obvykle se pohybuje kolem 0,01 až 1,5 mm. Hlavní charakteristikou tohoto typu trhliny je, že libovolný směr trhliny nemá nic společného s tvarem součásti. Mnoho trhlin je vzájemně propojeno a tvoří síť, která je široce rozprostřena. Pokud je hloubka trhliny větší, například více než 1 mm, charakteristiky sítě mizí a stávají se náhodně orientovanými nebo podélně rozloženými trhlinami. Síťové trhliny souvisejí se stavem dvourozměrného tahového napětí na povrchu.

Díly z vysoce uhlíkové nebo cementované oceli s dekarbonizovanou vrstvou na povrchu jsou náchylné k tvorbě síťových trhlin během kalení. Je to proto, že povrchová vrstva má nižší obsah uhlíku a menší měrný objem než vnitřní vrstva martenzitu. Během kalení je povrchová vrstva karbidu vystavena tahovému napětí. Díly, u kterých nebyla defosforečnací vrstva během mechanického zpracování zcela odstraněna, budou také tvořit síťové trhliny během vysokofrekvenčního nebo plamenného povrchového kalení. Aby se těmto trhlinám zabránilo, je třeba přísně kontrolovat kvalitu povrchu dílů a během tepelného zpracování je třeba zabránit oxidačnímu svařování. Kromě toho po určité době používání kovací formy k tomuto typu patří tepelné únavové trhliny, které se objevují v pásech nebo sítích v dutině, a trhliny při broušení kalených dílů.

Odlupující se trhliny se vyskytují ve velmi úzké oblasti povrchové vrstvy. Tlakové napětí působí v axiálním a tangenciálním směru a tahové napětí v radiálním směru. Trhliny jsou rovnoběžné s povrchem součásti. Odlupování kalené vrstvy po ochlazení dílů povrchovým kalením a cementací patří k takovým trhlinám. Jeho výskyt souvisí s nerovnoměrnou strukturou kalené vrstvy. Například po ochlazení legované cementované oceli určitou rychlostí je struktura cementované vrstvy následující: vnější vrstva extrémně jemný perlit + karbid a podvrstva martenzit + zbytkový austenit, vnitřní vrstva je jemný perlit nebo extrémně jemná perlitová struktura. Vzhledem k tomu, že specifický objem tvorby podvrstvy martenzitu je největší, výsledkem objemové expanze je, že tlakové napětí působí na povrchovou vrstvu v axiálním a tangenciálním směru a tahové napětí vzniká v radiálním směru a dochází k mutaci napětí směrem dovnitř, která přechází do stavu tlakového napětí. Odlupující se trhliny se vyskytují v extrémně tenkých oblastech, kde napětí prudce přechází. Trhliny se obvykle nacházejí uvnitř rovnoběžně s povrchem a v závažných případech mohou způsobit odlupování povrchu. Pokud se rychlost chlazení nauhličených dílů zrychlí nebo sníží, lze v nauhličené vrstvě dosáhnout jednotné martenzitické struktury nebo ultrajemné perlitové struktury, což může zabránit vzniku takových trhlin. Kromě toho se během vysokofrekvenčního nebo plamenného kalení povrchu povrch často přehřívá a strukturální nehomogenita podél vytvrzené vrstvy může snadno vést k takovým povrchovým trhlinám.

Mikrotrhliny se od výše uvedených čtyř trhlin liší tím, že jsou způsobeny mikropnutím. Mezikrystalové trhliny, které se objevují po kalení, přehřátí a broušení nástrojové oceli s vysokým obsahem uhlíku nebo cementovaných obrobků, stejně jako trhliny způsobené včasným popouštěním kalených dílů, souvisejí s existencí a následným rozpínáním mikrotrhlin v oceli.

Mikrotrhliny je nutné zkoumat pod mikroskopem. Obvykle se vyskytují na původních hranicích zrn austenitu nebo na spoji martenzitických vrstev. Některé trhliny pronikají martenzitickými vrstvami. Výzkum ukazuje, že mikrotrhliny jsou častější u lupínkového dvojčatého martenzitu. Důvodem je, že lupínkový martenzit se při růstu vysokou rychlostí sráží a generuje vysoké napětí. Samotný dvojčatý martenzit je však křehký a nemůže vytvářet plastická deformace, která uvolňuje napětí, a proto snadno způsobuje mikrotrhliny. Zrna austenitu jsou hrubá a zvyšuje se jejich náchylnost k mikrotrhlinám. Přítomnost mikrotrhlin v oceli výrazně snižuje pevnost a plasticitu kalených dílů, což vede k jejich předčasnému poškození (lomu).

Aby se zabránilo vzniku mikrotrhlin v součástech z vysoce uhlíkové oceli, lze přijmout opatření, jako je nižší teplota kalení, dosažení jemné martenzitické struktury a snížení obsahu uhlíku v martenzitu. Kromě toho je včasné popouštění po kalení účinnou metodou ke snížení vnitřního pnutí. Zkoušky prokázaly, že po dostatečném popouštění nad 200 °C mají karbidy vysrážené v místě trhlin účinek „svařování“ trhlin, což může výrazně snížit riziko vzniku mikrotrhlin.

Výše uvedené je diskusí o příčinách a metodách prevence vzniku trhlin na základě vzoru jejich rozložení. V reálné výrobě se rozložení trhlin liší v důsledku faktorů, jako je kvalita oceli, tvar součásti a technologie zpracování za tepla a za studena. Někdy trhliny existují již před tepelným zpracováním a dále se rozšiřují během procesu kalení; někdy se může v téže součásti objevit několik forem trhlin současně. V tomto případě by se na základě morfologických charakteristik trhliny měla použít makroskopická analýza lomové plochy, metalografické vyšetření a v případě potřeby chemická analýza a další metody k provedení komplexní analýzy od kvality materiálu a organizační struktury až po příčiny napětí při tepelném zpracování, aby se zjistily hlavní příčiny trhliny a následně stanovila účinná preventivní opatření.

Analýza lomu trhlin je důležitou metodou pro analýzu příčin vzniku trhlin. Každý lom má výchozí bod pro vznik trhlin. Trhliny způsobené kalením obvykle začínají v bodě konvergence radiálních trhlin.

Pokud se původ trhliny nachází na povrchu součásti, znamená to, že je způsobena nadměrným tahovým napětím na povrchu. Pokud se na povrchu nevyskytují žádné strukturální vady, jako jsou vměstky, ale existují faktory koncentrace napětí, jako jsou silné stopy po noži, oxidové okujování, ostré rohy ocelových součástí nebo strukturální mutace, mohou se trhliny objevit.

Pokud je původ trhliny uvnitř součásti, souvisí s vadami materiálu nebo nadměrným vnitřním zbytkovým tahovým napětím. Lomová plocha normálního kalení je šedá a jemně porcelánová. Pokud je lomová plocha tmavě šedá a drsná, je způsobena přehřátím nebo je původní tkáň silná.

Obecně řečeno, na skleněné části kalicí trhliny by nemělo být žádné oxidační zbarvení a kolem trhliny by nemělo být žádné oduhličení. Pokud je kolem trhliny oduhličení nebo na části trhliny oxidační zbarvení, znamená to, že součást měla trhliny již před kalením a původní trhliny se budou vlivem tepelného namáhání rozšiřovat. Pokud jsou v blízkosti trhlin součásti vidět oddělené karbidy a vměstky, znamená to, že trhliny souvisejí s výraznou segregací karbidů v surovině nebo s přítomností vměstků. Pokud se trhliny objevují pouze v ostrých rozích nebo v částech součásti s tvarovými změnami bez výše uvedeného jevu, znamená to, že trhlina je způsobena nepřiměřeným konstrukčním řešením součásti, nesprávnými opatřeními k prevenci trhlin nebo nadměrným tepelným namáháním.

Kromě toho se trhliny v dílech po chemickém tepelném zpracování a povrchovém kalení většinou objevují v blízkosti kalené vrstvy. Zlepšení struktury kalené vrstvy a snížení napětí při tepelném zpracování jsou důležitými způsoby, jak se vyhnout povrchovým trhlinám.