Ще отслаби ли повърхностната обработка здравината на частите?

一, Основната цел на повърхностната обработка е едновременното укрепване и втвърдяване.
Повърхностната обработка не е само една технология; основната му цел е да подобри производителността чрез модифициране на начина, по който повърхностите на материалите са структурирани и натоварени. Има два основни вида повърхностна обработка въз основа на това как работят:
1. Подобрена обработка: прави повърхността по-твърда и по-устойчива на износване
Укрепване чрез ударно уплътняване: Този метод използва високо{0}}скоростни снаряди, за да удрят повърхността и да създадат слой с остатъчен натиск с дебелина до 0,5 mm. Това може да увеличи якостта на умора с повече от 200%. Например, дробестероят може да направи живота на лопатките на авиационни двигатели по-дълъг от 10 ^ 7 цикъла на натоварване, преминавайки от 500 часа до 1500 часа.
Лазерно шоково пилинг: Високоенергиен-лазер създава плазмени ударни вълни, които създават 1 mm-дълбок слой от остатъчно напрежение на натиск върху повърхността. Това прави размера на зърното по-малък, което прави частите от титанова сплав три пъти по-устойчиви на умора.
Карбуризиране/азотиране: Химическата топлинна обработка създава много твърд карбиден или нитриден слой върху повърхността (до 1200HV), което прави повърхността много по-устойчива на износване. След карбуризиране твърдостта на повърхността на автомобилните зъбни колела премина от 35HRC на 60HRC, а животът на зъбните колела беше удължен пет пъти.
2. Укрепващо лечение: забавя разпространението на пукнатини
Повърхностно валцуване: Чрез търкаляне на ролка по повърхността се отстраняват несъвършенствата при обработката и се създава остатъчно напрежение при натиск. Това забавя скоростта, с която пукнатините се разпространяват в части от алуминиева сплав с 60%.
Закаляване чрез фазова трансформация: За материали като циркониева керамика пясъкоструенето кара повърхността да се промени от t фаза към m фаза. След това напрежението на натиск от обемното разширение се използва за борба със силата, която причинява разпространение на пукнатини, което кара якостта на огъване да се повиши с 15% до 20%.
Ключово заключение: Научно проектираната повърхностна обработка може да направи частите много по-здрави вместо по-слаби чрез използване на методи като остатъчно напрежение при натиск, усъвършенстване на зърното и заздравяване чрез фазова трансформация.
2, Опасността от лошо майсторство: ключовата точка между подобряването на здравината и влошаването на производителността
Повърхностната обработка може да направи нещата по-здрави, но ако параметрите на процеса не са регулирани или материалите не работят добре заедно, силата всъщност може да намалее. Това се дължи главно на следните три механизма:
1. Твърде много втвърдяване кара нещата да се чупят лесно.
Една компания е използвала твърде много температурно карбуризиране на клапани от неръждаема стомана, за да ги направи по-устойчиви на износване. Това направи карбидния слой на повърхността по-дебел от 0,8 mm и карбидите се натрупаха по границите на зърната, което причини пукнатини и направи клапана неуспешен в началото на теста за налягане.
Механизъм: Когато твърдостта на повърхността е по-висока от границата на якост на материала на сърцевината, има вероятност пукнатините да се разпространят от твърдия, крехък слой към меката сърцевина. Това се нарича "твърд и чуплив" режим на повреда.
2. Остатъчното напрежение на опън ускорява появата на пукнатини.
Случай: Неправилното третиране с галванопластика е причинило натрупване на остатъчно напрежение на опън при контакта между покритието и субстрата на определен вал на скоростна кутия на автомобил. Плътността на пукнатините се повишава три пъти, когато пробата е подложена на променливо напрежение.
Механизъм: Ако галванопластиката, химическото покритие и други процеси не поддържат напрежението на покритието под контрол, напрежението на опън може да бъде добавено, за да се балансира укрепващият ефект от напрежението на натиск на повърхността.
3. Повредата на повърхността причинява натрупване на напрежение.
След пясъкоструене под високо налягане по повърхността на циркониевите керамични импланти се появяват микропукнатини. При симулирани тестове за дъвчене, скоростта на разпространение на пукнатини е два пъти по-бърза от тази на необработените проби. Това означава, че опасността от ранна фрактура при клинична употреба е много по-висока.
Механизъм: Ако настройките за механични обработки като пясъкоструене и шлайфане са грешни (например, ако налягането е твърде високо или абразивните частици са твърде малки), повърхността може да бъде повредена по-дълбоко от слоя на напрежение на натиск, което може да причини началото на счупване.
Основното е, че отрицателният ефект на повърхностната обработка върху якостта се дължи на лоша обработка, а не на самата техника. За да елиминирате рисковете, трябва да оптимизирате параметрите и качеството на теста.
3, Свойства на материала и адаптивност на процеса: основната идея зад оптимизацията на якостта
Физическите характеристики на различните материали, като например колко твърди или жилави са те и как променят фазите си, пряко влияят върху това как избирате и настройвате техники за повърхностна обработка. Следните са често срещани начини за модифициране на материали:
1. Метални материали: балансиране на остатъчното напрежение на натиск и твърдост
Титаниева сплав: Пенингирането (с диаметър 0,6 mm и налягане 0,4 MPa) е първата стъпка за избягване на надраскване на повърхността с груби абразиви като силициев карбид. След обработката е необходимо измиване с киселина, за да се отървете от всякакви абразиви, които са останали по повърхността.
Алуминиева сплав: За да се създаде остатъчно напрежение на натиск, без да се прави повърхността прекалено грапава или да се намалява нейната якост на умора, се използва пясъкоструене със стъклени перли (с размер на частиците 120 меша и налягане 0,3 MPa) в комбинация с анодизиране.
Неръждаема стомана: Използване на ниско{0}}температурно азотиране (520 градуса) и бластиране на неръждаема стомана (размер на частиците 80 меша, налягане 0,5 MPa) за балансиране на твърдостта на повърхността и устойчивостта на корозия.
2. Керамични материали: закаляване чрез промяна на фазата и контрол на щетите
Циркониева керамика: Налягането на пясъкоструенето трябва да бъде по-малко от 0,25MPa и времето трябва да бъде по-малко от 20 секунди. Това ще предпази дълбочината на повърхностното увреждане от по-голяма от дебелината на слоя на натиск (приблизително 50 μm). Като алтернатива може да се използва лазерно ецване с ниска енергийна плътност (По-малко или равно на 5J/cm²) за предотвратяване на термично напукване.
Керамика от силициев нитрид: За създаване на микропореста структура най-добрият метод е химическото ецване (HF+HNO3 смесена киселина). За да се подобри силата на залепване, без да се причиняват механични повреди, се използва механично заключване.
3. Композитни материали: укрепване на контакта и спиране на разслояването
Плазменото пръскане (5 kW мощност, 30 L/min дебит на аргон) се използва за създаване на метален преходен слой върху повърхността на композитен материал, подсилен с въглеродни влакна. Това прави покритието по-добро залепващо и предотвратява счупването на влакната при директно пясъкоструене.
Лазерното облицоване (мощност 2 kW, скорост на сканиране 10 mm/s) нанася устойчиви на износване-покрития върху повърхността на метални-композитни материали. Входящата топлина се управлява внимателно, за да се предпази субстрата и усилващата фаза от разделяне.
Основният момент е, че качествата на материала диктуват колко адаптивен е процесът и базата данни „Ефективност на процеса на материала“ трябва да се използва за насочване на проектирането на параметри. Например „Спецификацията на процеса на повърхностна обработка“ (GJB 5098-2008) задава прозореца на процеса за различни материали в областта на авиацията.