Η επιφανειακή επεξεργασία θα αποδυναμώσει την αντοχή των εξαρτημάτων;

一, Ο κύριος σκοπός της επιφανειακής επεξεργασίας είναι να δυναμώσει και να σκληρύνει ταυτόχρονα.
Η επεξεργασία επιφανειών δεν είναι μόνο μία τεχνολογία. Ο κύριος σκοπός του είναι να βελτιώσει την απόδοση τροποποιώντας τον τρόπο δομής και καταπόνησης των επιφανειών των υλικών. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι επιφανειακής επεξεργασίας με βάση τον τρόπο λειτουργίας τους:
1. Βελτιωμένη επεξεργασία: κάνει την επιφάνεια πιο σκληρή και πιο ανθεκτική στη φθορά
Ενίσχυση με ρίψη βολής: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί βλήματα υψηλής-ταχύτητας για να χτυπήσει την επιφάνεια και να δημιουργήσει ένα στρώμα υπολειπόμενης θλιπτικής τάσης πάχους έως και 0,5 mm. Αυτό μπορεί να ενισχύσει την αντοχή στην κόπωση περισσότερο από 200%. Για παράδειγμα, το shot peening μπορεί να κάνει τη διάρκεια κόπωσης των λεπίδων του κινητήρα αεροσκαφών να διαρκέσει περισσότερο από 10 ^ 7 κύκλους φόρτωσης, από 500 ώρες σε 1500 ώρες.
Κλείσιμο κρουστικού λέιζερ: Ένα λέιζερ υψηλής-ενέργειας δημιουργεί κρουστικά κύματα πλάσματος που δημιουργούν ένα βαθύ στρώμα 1mm-υπόλοιπης θλιπτικής τάσης στην επιφάνεια. Αυτό κάνει το μέγεθος των κόκκων μικρότερο, γεγονός που καθιστά τα μέρη από κράμα τιτανίου τρεις φορές πιο ανθεκτικά στην κόπωση.
Ενανθράκωση/νιτρίωση: Μια χημική θερμική επεξεργασία δημιουργεί ένα πολύ σκληρό στρώμα καρβιδίου ή νιτριδίου στην επιφάνεια (έως 1200 HV), το οποίο κάνει την επιφάνεια πολύ πιο ανθεκτική στη φθορά. Μετά την ενανθράκωση, η σκληρότητα της επιφάνειας των γραναζιών αυτοκινήτου πήγε από 35HRC σε 60HRC και η διάρκεια ζωής των γραναζιών επεκτάθηκε κατά πέντε φορές.
2. Θεραπεία σκλήρυνσης: επιβραδύνει την εξάπλωση των ρωγμών
Επιφανειακή έλαση: Με την κύλιση ενός κυλίνδρου πάνω στην επιφάνεια, αφαιρούνται οι ατέλειες επεξεργασίας και δημιουργείται υπολειπόμενη θλιπτική τάση. Αυτό επιβραδύνει τον ρυθμό με τον οποίο οι ρωγμές εξαπλώνονται στα μέρη από κράμα αλουμινίου κατά 60%.
Σκληρότητα μετασχηματισμού φάσης: Για υλικά όπως τα κεραμικά ζιρκονίας, η αμμοβολή προκαλεί την αλλαγή της επιφάνειας από φάση t σε φάση m. Η θλιπτική τάση από τη διαστολή του όγκου χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την καταπολέμηση της δύναμης που προκαλεί την εξάπλωση των ρωγμών, γεγονός που κάνει την αντοχή σε κάμψη να αυξάνεται κατά 15% έως 20%.
Βασικό συμπέρασμα: Η επιστημονικά σχεδιασμένη επεξεργασία επιφανειών μπορεί να κάνει τα μέρη πολύ πιο δυνατά αντί για πιο αδύναμα χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η υπολειπόμενη θλιπτική τάση, ο καθαρισμός κόκκων και η σκλήρυνση μετασχηματισμού φάσης.
2, Ο κίνδυνος της κακής χειροτεχνίας: το βασικό σημείο μεταξύ της βελτίωσης της αντοχής και της χειρότερης απόδοσης
Η επιφανειακή επεξεργασία μπορεί να κάνει τα πράγματα πιο δυνατά, αλλά εάν οι παράμετροι της διαδικασίας δεν ρυθμίζονται ή τα υλικά δεν συνεργάζονται καλά, η αντοχή μπορεί στην πραγματικότητα να μειωθεί. Αυτό οφείλεται κυρίως στους ακόλουθους τρεις μηχανισμούς:
1. Η υπερβολική σκλήρυνση κάνει τα πράγματα να σπάνε εύκολα.
Μια εταιρεία χρησιμοποίησε επεξεργασία ενανθράκωσης υπερβολικής θερμοκρασίας σε βαλβίδες από ανοξείδωτο χάλυβα για να τις καταστήσει πιο ανθεκτικές στη φθορά. Αυτό έκανε το στρώμα καρβιδίου στην επιφάνεια παχύτερο από 0,8 mm και τα καρβίδια συσσωρεύτηκαν στα όρια των κόκκων, γεγονός που προκάλεσε ρωγμές και έκανε τη βαλβίδα να αποτύχει νωρίς στη δοκιμή πίεσης.
Μηχανισμός: Όταν η σκληρότητα της επιφάνειας είναι υψηλότερη από το όριο σκληρότητας του υλικού πυρήνα, οι ρωγμές είναι πιθανό να εξαπλωθούν από το σκληρό, εύθραυστο στρώμα στον μαλακό πυρήνα. Αυτό ονομάζεται "σκληρή και εύθραυστη" λειτουργία αστοχίας.
2. Η υπολειπόμενη εφελκυστική τάση επιταχύνει την έναρξη των ρωγμών.
Περίπτωση: Η ακατάλληλη επεξεργασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης προκάλεσε τη δημιουργία υπολειπόμενης τάσης εφελκυσμού στην επαφή μεταξύ της επικάλυψης και του υποστρώματος ενός συγκεκριμένου άξονα κιβωτίου ταχυτήτων αυτοκινήτου. Η πυκνότητα της ρωγμής αυξήθηκε κατά τρεις φορές όταν το δείγμα υποβλήθηκε σε εναλλασσόμενη τάση.
Μηχανισμός: Εάν η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, η χημική επιμετάλλωση και άλλες διεργασίες δεν διατηρούν υπό έλεγχο την κατάσταση τάσης της επίστρωσης, μπορεί να προστεθεί τάση εφελκυσμού για να εξισορροπηθεί η ενισχυτική επίδραση της επιφανειακής θλιπτικής τάσης.
3. Η ζημιά στην επιφάνεια προκαλεί τη δημιουργία στρες.
Μετά την αμμοβολή σε υψηλή πίεση, εμφανίστηκαν μικρορωγμές στην επιφάνεια των κεραμικών εμφυτευμάτων ζιρκονίας. Σε προσομοιωμένες δοκιμές μάσησης, ο ρυθμός διάδοσης των ρωγμών ήταν δύο φορές ταχύτερος από εκείνον των μη επεξεργασμένων δειγμάτων. Αυτό σήμαινε ότι ο κίνδυνος πρώιμου κατάγματος στην κλινική χρήση ήταν πολύ υψηλότερος.
Μηχανισμός: Εάν οι ρυθμίσεις για μηχανικές επεξεργασίες όπως αμμοβολή και λείανση είναι λανθασμένες (για παράδειγμα, εάν η πίεση είναι πολύ υψηλή ή τα λειαντικά σωματίδια είναι πολύ μικρά), η επιφάνεια μπορεί να καταστραφεί βαθύτερα από το στρώμα πίεσης συμπίεσης, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την έναρξη θραύσης.
Το κύριο σημείο είναι ότι η αρνητική επίδραση της επιφανειακής επεξεργασίας στην αντοχή προκαλείται από κακή επεξεργασία και όχι από την ίδια την τεχνική. Για την εξάλειψη των κινδύνων, θα πρέπει να βελτιστοποιήσετε τις παραμέτρους και την ποιότητα των δοκιμών.
3, Ιδιότητες υλικού και προσαρμοστικότητα διαδικασίας: η κύρια ιδέα πίσω από τη βελτιστοποίηση αντοχής
Τα φυσικά χαρακτηριστικά των διαφορετικών υλικών, όπως το πόσο σκληρά ή σκληρά είναι και πώς αλλάζουν φάσεις, επηρεάζουν άμεσα τον τρόπο επιλογής και ρύθμισης των τεχνικών επιφανειακής επεξεργασίας. Οι παρακάτω είναι συνηθισμένοι τρόποι τροποποίησης υλικών:
1. Μεταλλικά υλικά: εξισορρόπηση της υπολειπόμενης θλιπτικής τάσης και σκληρότητας
Κράμα τιτανίου: Το ξεφλούδισμα (με διάμετρο 0,6 mm και πίεση 0,4 MPa) είναι το πρώτο βήμα για να αποφύγετε το ξύσιμο της επιφάνειας με σκληρά λειαντικά όπως το καρβίδιο του πυριτίου. Μετά την επεξεργασία, απαιτείται πλύση με οξύ για να απαλλαγούμε από τυχόν λειαντικά που έχουν κολλήσει στην επιφάνεια.
Κράμα αλουμινίου: Για τη δημιουργία υπολειπόμενης θλιπτικής καταπόνησης χωρίς να γίνει η επιφάνεια πολύ τραχιά ή να μειωθεί η αντοχή της σε κόπωση, χρησιμοποιείται αμμοβολή με γυάλινες χάντρες (με μέγεθος σωματιδίων 120 mesh και πίεση 0,3 MPa) σε συνδυασμό με ανοδίωση.
Ανοξείδωτος χάλυβας: Χρήση εναζώτου{0}}χαμηλής θερμοκρασίας (520 μοίρες ) και αμμοβολής από ανοξείδωτο χάλυβα (μέγεθος σωματιδίων 80 mesh, πίεση 0,5 MPa) για εξισορρόπηση της σκληρότητας της επιφάνειας και της αντίστασης στη διάβρωση.
2. Κεραμικά υλικά: σκλήρυνση μέσω αλλαγής φάσης και έλεγχος ζημιών
Κεραμικά ζιρκονίας: Η πίεση της αμμοβολής πρέπει να είναι μικρότερη από 0,25 MPa και ο χρόνος μικρότερος από 20 δευτερόλεπτα. Αυτό θα εμποδίσει το βάθος της επιφανειακής ζημιάς να είναι μεγαλύτερο από το πάχος του στρώματος θλιπτικής τάσης (περίπου 50 μm). Εναλλακτικά, η χάραξη με λέιζερ με χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα (Μικρότερη ή ίση με 5J/cm²) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποφυγή θερμικών ρωγμών.
Κεραμικά νιτριδίου του πυριτίου: Για να δημιουργηθεί μια μικροπορώδης δομή, η χημική χάραξη (HF+HNO3 mixed acid) είναι η καλύτερη μέθοδος. Για τη βελτίωση της αντοχής της κόλλας χωρίς να προκαλείται μηχανική βλάβη, χρησιμοποιείται μηχανικό κλείδωμα.
3. Σύνθετα υλικά: ενίσχυση της επαφής και διακοπή της αποκόλλησης
Ο ψεκασμός πλάσματος (ισχύς 5 kW, ταχύτητα ροής αργού 30 λίτρα/λεπτό) χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός μεταλλικού στρώματος μετάβασης στην επιφάνεια σύνθετου υλικού ενισχυμένου με ίνες άνθρακα. Αυτό κάνει την επίστρωση να κολλάει καλύτερα και αποτρέπει το σπάσιμο των ινών κατά την απευθείας αμμοβολή.
Η επένδυση λέιζερ (ισχύς 2kW, ταχύτητα σάρωσης 10mm/s) εναποθέτει-ανθεκτικές επικαλύψεις στη φθορά στην επιφάνεια σύνθετων υλικών με βάση μέταλλο-. Η εισαγωγή θερμότητας γίνεται προσεκτικά ώστε το υπόστρωμα και η φάση ενίσχυσης να μην διαχωριστούν.
Το κύριο σημείο είναι ότι οι ποιότητες του υλικού υπαγορεύουν πόσο προσαρμόσιμη είναι η διαδικασία και η βάση δεδομένων "Material Process Performance" θα πρέπει να χρησιμοποιείται για να καθοδηγήσει το σχεδιασμό παραμέτρων. Για παράδειγμα, το "Surface Treatment Process Specification" (GJB 5098-2008) όρισε το παράθυρο διεργασίας για διαφορετικά υλικά στην αεροπορική περιοχή.