Hoće li površinska obrada oslabiti čvrstoću dijelova?

一, Glavna svrha površinske obrade je istovremeno ojačati i ojačati.
Obrada površine nije samo jedna tehnologija; njegova glavna svrha je poboljšanje performansi modificiranjem načina na koji su površine materijala strukturirane i napregnute. Postoje dvije glavne vrste površinske obrade na osnovu načina na koji rade:
1. Poboljšana obrada: čini površinu tvrđom i otpornijom na habanje
Ojačanje sačmarenjem: Ova metoda koristi-brzine projektila da udare u površinu i kreiraju sloj zaostalog tlačnog naprezanja debljine do 0,5 mm. Ovo može povećati snagu zamora za više od 200%. Na primjer, mjehurićenje može učiniti da vijek trajanja lopatica avio motora traje duže od 10 ^ 7 ciklusa opterećenja, od 500 sati do 1500 sati.
Lasersko šok peening: Visok-laser stvara plazma udarne talase koji stvaraju 1mm-duboki sloj zaostalog tlačnog naprezanja na površini. Time je veličina zrna manja, što čini dijelove od legure titana tri puta otpornijim na zamor.
Karburizacija/nitriranje: Hemijska termička obrada stvara vrlo tvrd karbidni ili nitridni sloj na površini (do 1200HV), što čini površinu daleko otpornijom na habanje. Nakon karburizacije, tvrdoća površine automobilskih zupčanika je porasla sa 35HRC na 60HRC, a životni vijek zupčanika je produžen za pet puta.
2. Tretman za učvršćivanje: usporava širenje pukotina
Površinsko valjanje: Kotrljanjem valjka po površini uklanjaju se nesavršenosti obrade i stvara se zaostalo tlačno naprezanje. Ovo usporava brzinu širenja pukotina u dijelovima od aluminijske legure za 60%.
Ojačanje faznom transformacijom: Za materijale kao što je cirkonijum keramika, pjeskarenje uzrokuje promjenu površine iz t faze u m fazu. Napon pri pritisku zbog proširenja volumena se tada koristi za borbu protiv sile koja uzrokuje širenje pukotina, što čini da se čvrstoća na savijanje poveća za 15% do 20%.
Ključni zaključak: Naučno dizajnirana površinska obrada može učiniti dijelove mnogo jačim umjesto slabijim korištenjem metoda kao što su zaostalo tlačno naprezanje, rafiniranje zrna i kaljenje faznom transformacijom.
2, Opasnost od loše izrade: ključna tačka između poboljšanja snage i pogoršanja performansi
Površinska obrada može učiniti stvari jačima, ali ako procesni parametri nisu regulirani ili materijali ne funkcioniraju dobro zajedno, snaga se zapravo može smanjiti. To je uglavnom zbog sljedeća tri mehanizma:
1. Previše stvrdnjavanja čini da se stvari lako lome.
Jedna kompanija koristila je previše temperaturne obrade naugljikovanja na ventilima od nehrđajućeg čelika kako bi ih učinila otpornijima na habanje. To je učinilo sloj karbida na površini debljim od 0,8 mm, a karbidi su se nakupili na granicama zrna, što je uzrokovalo pukotine i dovelo do otkaza ventila u ranoj fazi ispitivanja pod pritiskom.
Mehanizam: Kada je površinska tvrdoća viša od granice žilavosti materijala jezgre, pukotine će se vjerovatno širiti od tvrdog, krhkog sloja do mekog jezgra. Ovo se zove "tvrdi i krhki" način kvara.
2. Preostalo vlačno naprezanje ubrzava početak pukotina.
Slučaj: Nepravilna obrada galvanizacijom dovela je do stvaranja preostalog vlačnog naprezanja na kontaktu između premaza i podloge osovine mjenjača određenog automobila. Gustoća pukotina se povećala za tri puta kada je uzorak bio podvrgnut naizmjeničnom naprezanju.
Mehanizam: Ako galvanizacija, hemijska obrada i drugi procesi ne drže pod kontrolom stanje naprezanja premaza, može se dodati vlačni napon kako bi se uravnotežio učinak jačanja površinskog tlačnog naprezanja.
3. Oštećenje površine uzrokuje nakupljanje stresa.
Nakon pjeskarenja pod visokim pritiskom pojavile su se mikropukotine na površini cirkonij keramičkih implantata. U simuliranim testovima žvakanja, brzina širenja pukotina bila je dvostruko veća od one kod neobrađenih uzoraka. To je značilo da je opasnost od ranog prijeloma u kliničkoj upotrebi bila mnogo veća.
Mehanizam: Ako su postavke za mehaničke tretmane poput pjeskarenja i brušenja pogrešne (na primjer, ako je pritisak previsok ili su abrazivne čestice premale), površina se može oštetiti dublje od sloja tlačnog naprezanja, što može uzrokovati lom.
Glavna stvar je da negativan učinak površinske obrade na čvrstoću uzrokuje loša obrada, a ne sama tehnika. Da biste eliminirali rizike, trebali biste optimizirati parametre i kvalitetu testiranja.
3, Svojstva materijala i prilagodljivost procesa: glavna ideja koja stoji iza optimizacije čvrstoće
Fizički atributi različitih materijala, poput toga koliko su tvrdi ili čvrsti i kako mijenjaju faze, direktno utječu na to kako odaberete i postavite tehnike površinske obrade. Sljedeći su uobičajeni načini modifikacije materijala:
1. Metalni materijali: balansiranje zaostalog tlačnog naprezanja i tvrdoće
Legura titanijuma: Sačmarenje (prečnika 0,6 mm i pritiska od 0,4 MPa) je prvi korak da se izbegne grebanje površine oštrim abrazivima kao što je silicijum karbid. Nakon obrade potrebno je ispiranje kiselinom kako bi se uklonili svi abrazivi koji su se zaglavili na površini.
Aluminijska legura: Za stvaranje preostalog tlačnog naprezanja bez da se površina učini previše hrapavom ili smanji njenu čvrstoću na zamor, pjeskarenje staklenim perlama (s veličinom čestica od 120 mesh i pritiskom od 0,3 MPa) koristi se u kombinaciji sa eloksiranjem.
Nehrđajući čelik: korištenjem nitriranja -nitriranjem (520 stupnjeva) i pjeskarenjem od nehrđajućeg čelika (veličina čestica 80 mesh, pritisak 0,5 MPa) za uravnoteženje površinske tvrdoće i otpornosti na koroziju.
2. Keramički materijali: kaljenje kroz faznu promenu i kontrolu oštećenja
Cirkonijum keramika: Pritisak pjeskarenja trebao bi biti manji od 0,25 MPa, a vrijeme bi trebalo biti manje od 20 sekundi. To će spriječiti da dubina oštećenja površine bude veća od debljine sloja tlačnog naprezanja (približno 50 μm). Alternativno, lasersko jetkanje sa niskom gustinom energije (manje ili jednako 5J/cm²) može se koristiti za sprečavanje termičkog pucanja.
Keramika od silicijum nitrida: Da bi se napravila mikroporozna struktura, hemijsko jetkanje (mešovita kiselina HF+HNO3) je najbolja metoda. Da bi se poboljšala čvrstoća ljepila bez izazivanja mehaničkih oštećenja, koristi se mehaničko zaključavanje.
3. Kompozitni materijali: jačanje kontakta i zaustavljanje raslojavanja
Plazma raspršivanje (snaga 5kW, protok argona 30L/min) se koristi za izradu metalnog prelaznog sloja na površini kompozitnog materijala ojačanog karbonskim vlaknima. To čini premaz boljim prianjanjem i sprječava lomljenje vlakana kada se direktno pjeskare.
Laserska obloga (snaga 2kW, brzina skeniranja 10mm/s) nanosi-premaze otporne na habanje na površini kompozitnih materijala na bazi metala-. Unos topline se pažljivo upravlja kako bi se spriječilo razdvajanje podloge i armaturne faze.
Glavna stvar je da kvalitet materijala određuje koliko je proces prilagodljiv, a baza podataka "Performanse procesa materijala" treba da se koristi za vođenje dizajna parametara. Na primjer, "Specifikacija procesa obrade površine" (GJB 5098-2008) postavlja prozor procesa za različite materijale u oblasti avijacije.