Ali bo površinska obdelava oslabila trdnost delov?

一 Glavni namen površinske obdelave je hkrati okrepiti in utrditi.
Površinska obdelava ni samo ena tehnologija; njegov glavni namen je izboljšati učinkovitost s spreminjanjem načina strukturiranja in obremenitve površin materialov. Glede na način delovanja obstajata dve glavni vrsti površinske obdelave:
1. Izboljšana obdelava: naredi površino tršo in odpornejšo na obrabo
Ojačitev s strganjem: ta metoda uporablja visoko{0}}hitrostne izstrelke, da zadenejo površino in ustvarijo preostalo tlačno napetostno plast, ki je debela do 0,5 mm. To lahko poveča odpornost proti utrujenosti za več kot 200 %. Na primer, streljanje lahko povzroči, da življenjska doba lopatic letalskih motorjev traja dlje kot 10 ^ 7 ciklov obremenitve, od 500 ur do 1500 ur.
Lasersko udarno luščenje: visoko{0}}energijski laser ustvari plazemske udarne valove, ki na površini ustvarijo 1 mm-globoko plast preostale tlačne napetosti. Zaradi tega je velikost zrn manjša, zaradi česar so deli iz titanove zlitine trikrat bolj odporni na utrujenost.
Naogljičenje/nitriranje: kemična toplotna obdelava ustvari na površini zelo trdo plast karbida ali nitrida (do 1200HV), zaradi česar je površina veliko bolj odporna proti obrabi. Po karburiranju se je trdota površine avtomobilskih zobnikov povečala s 35HRC na 60HRC, življenjska doba zobnikov pa se je podaljšala za petkrat.
2. Učvrstitev: upočasni širjenje razpok
Površinsko valjanje: Z valjanjem valja po površini se odstranijo nepravilnosti pri obdelavi in ​​ustvari zaostala tlačna napetost. To upočasni hitrost širjenja razpok v delih iz aluminijeve zlitine za 60 %.
Kaljenje s fazno transformacijo: Pri materialih, kot je cirkonijeva keramika, peskanje povzroči spremembo površine iz faze t v fazo m. Tlačna napetost zaradi prostorninske ekspanzije se nato uporabi za boj proti sili, ki povzroča širjenje razpok, zaradi česar se upogibna trdnost poveča za 15 % do 20 %.
Ključni zaključek: Znanstveno zasnovana površinska obdelava lahko naredi dele veliko močnejše namesto šibkejših z uporabo metod, kot so preostala tlačna napetost, prečiščevanje zrn in utrjevanje s fazno transformacijo.
2, Nevarnost slabe izdelave: ključna točka med izboljšanjem moči in poslabšanjem zmogljivosti
Površinska obdelava lahko naredi stvari močnejše, a če procesni parametri niso regulirani ali materiali ne delujejo dobro skupaj, se lahko trdnost dejansko zmanjša. To je predvsem posledica naslednjih treh mehanizmov:
1. Zaradi preveč strjevanja se stvari zlahka zlomijo.
Podjetje je na ventilih iz nerjavečega jekla uporabilo preveč temperaturno naogljičenje, da bi jih naredilo bolj odporne proti obrabi. Zaradi tega je plast karbida na površini debelejša od 0,8 mm, karbidi pa so se nabrali na mejah zrn, kar je povzročilo razpoke in povzročilo odpoved ventila na začetku tlačnega testiranja.
Mehanizem: Ko je površinska trdota višja od meje žilavosti materiala jedra, se razpoke verjetno razširijo iz trde, krhke plasti na mehko jedro. To se imenuje "trd in krhek" način okvare.
2. Preostala natezna napetost pospeši nastanek razpok.
Primer: Neustrezna obdelava z galvanizacijo je povzročila nastanek preostale natezne napetosti na stiku med premazom in podlago gredi določenega avtomobilskega menjalnika. Gostota razpok se je povečala za trikrat, ko je bil vzorec izpostavljen izmenični obremenitvi.
Mehanizem: Če galvanizacija, kemična prevleka in drugi postopki ne obdržijo napetostnega stanja prevleke, se lahko doda natezna napetost, da se uravnoteži ojačitveni učinek površinske tlačne napetosti.
3. Poškodbe na površini povzročijo nastanek napetosti.
Po peskanju pod visokim pritiskom so se na površini cirkonijevih keramičnih vsadkov pojavile mikrorazpoke. Pri simuliranih žvečilnih testih je bila hitrost širjenja razpok dvakrat hitrejša kot pri neobdelanih vzorcih. To je pomenilo, da je bila nevarnost zgodnjega zloma pri klinični uporabi veliko večja.
Mehanizem: Če so nastavitve za mehanske obdelave, kot sta peskanje in brušenje, napačne (na primer, če je pritisk previsok ali so abrazivni delci premajhni), se lahko površina poškoduje globlje od sloja tlačne napetosti, kar lahko povzroči začetek loma.
Bistvo je, da je negativen učinek površinske obdelave na trdnost posledica slabe obdelave, ne same tehnike. Če želite odpraviti tveganja, morate optimizirati parametre in kakovost testiranja.
3, Lastnosti materiala in prilagodljivost procesa: glavna ideja za optimizacijo trdnosti
Fizične lastnosti različnih materialov, na primer, kako trdi ali žilavi so in kako spreminjajo faze, neposredno vplivajo na to, kako izberete in nastavite tehnike površinske obdelave. Spodaj so pogosti načini spreminjanja materialov:
1. Kovinski materiali: uravnoteženje preostale tlačne napetosti in trdote
Titanova zlitina: Peeniranje (s premerom 0,6 mm in tlakom 0,4 MPa) je prvi korak, da se izognete praskam na površini z ostrimi abrazivi, kot je silicijev karbid. Po obdelavi je potrebno pranje s kislino, da se znebite morebitnih abrazivov, ki so ostali na površini.
Aluminijeva zlitina: Za ustvarjanje preostale tlačne napetosti, ne da bi bila površina preveč groba ali zmanjšana njena trdnost ob utrujanju, se peskanje s steklenimi kroglicami (z velikostjo delcev 120 mesh in tlakom 0,3 MPa) uporablja v kombinaciji z eloksiranjem.
Nerjaveče jeklo: uporaba nizko{0}}temperaturnega nitriranja (520 stopinj) in peskanja nerjavnega jekla (velikost delcev 80 mesh, tlak 0,5 MPa) za uravnoteženje trdote površine in odpornosti proti koroziji.
2. Keramični materiali: utrjevanje s fazno spremembo in nadzorom poškodb
Cirkonijeva keramika: tlak peskanja mora biti manjši od 0,25 MPa, čas peskanja pa krajši od 20 sekund. Tako globina površinske poškodbe ne bo večja od debeline sloja tlačne napetosti (približno 50 μm). Druga možnost je, da se za preprečevanje termičnega razpokanja uporabi lasersko jedkanje z nizko energijsko gostoto (manj kot ali enako 5J/cm²).
Keramika iz silicijevega nitrida: za izdelavo mikroporozne strukture je najboljša metoda kemično jedkanje (HF+HNO3 mešana kislina). Za izboljšanje adhezivne trdnosti brez povzročanja mehanskih poškodb se uporablja mehansko zaklepanje.
3. Kompozitni materiali: krepitev kontakta in zaustavitev razslojevanja
Plazemsko brizganje (moč 5kW, pretok argona 30L/min) se uporablja za izdelavo kovinskega prehodnega sloja na površini kompozitnega materiala, ojačanega z ogljikovimi vlakni. Tako se premaz bolje oprime in prepreči lomljenje vlaken, ko so neposredno peskana.
Lasersko oblaganje (moč 2 kW, hitrost skeniranja 10 mm/s) nanese obrabno-odporne premaze na površino kovinskih-kompozitnih materialov. Dovod toplote se skrbno upravlja, da se substrat in ojačitvena faza ne ločita.
Bistvo je, da kakovost materiala narekuje, kako prilagodljiv je proces, zato je treba za usmerjanje načrtovanja parametrov uporabiti zbirko podatkov »Material Process Performance«. Na primer, "Specifikacija procesa površinske obdelave" (GJB 5098-2008) določa procesno okno za različne materiale na področju letalstva.