Hoće li površinska obrada oslabiti čvrstoću dijelova?

一, Glavna svrha površinske obrade je ojačati i očvrsnuti u isto vrijeme.
Površinska obrada nije samo jedna tehnologija; njegova je glavna svrha poboljšati učinkovitost modificiranjem načina na koji su površine materijala strukturirane i opterećene. Postoje dvije glavne vrste površinske obrade na temelju načina na koji rade:
1. Poboljšana obrada: čini površinu tvrđom i otpornijom na habanje
Ojačavanje sačmom: ova metoda koristi projektile velike-brzine za udaranje u površinu i stvaranje preostalog sloja tlačnog naprezanja debljine do 0,5 mm. Ovo može povećati otpornost na zamor za više od 200%. Na primjer, sačmarenje može učiniti da vijek trajanja lopatica zrakoplovnog motora traje dulje od 10 ^ 7 ciklusa opterećenja, krećući se od 500 sati do 1500 sati.
Lasersko udarno peeniranje: visoko{0}}energetski laser stvara plazma udarne valove koji stvaraju 1 mm-dubok sloj zaostalog tlačnog naprezanja na površini. Time je veličina zrna manja, što dijelove od legure titana čini tri puta otpornijima na zamor.
Naugljičenje/nitriranje: Kemijska toplinska obrada stvara vrlo tvrdi sloj karbida ili nitrida na površini (do 1200HV), što čini površinu daleko otpornijom na trošenje. Nakon naugljičenja, tvrdoća površine automobilskih zupčanika porasla je s 35HRC na 60HRC, a životni vijek zupčanika produljen je pet puta.
2. Tretman za učvršćivanje: usporava širenje pukotina
Površinsko valjanje: Kotrljanjem valjka po površini uklanjaju se nedostaci obrade i stvara zaostalo tlačno naprezanje. Ovo usporava brzinu širenja pukotina u dijelovima od aluminijske legure za 60%.
Ojačavanje faznom transformacijom: Za materijale poput cirkonijeve keramike, pjeskarenje uzrokuje promjenu površine iz t faze u m fazu. Tlačno naprezanje od ekspanzije volumena se zatim koristi za borbu protiv sile koja uzrokuje širenje pukotina, zbog čega se čvrstoća na savijanje povećava za 15% do 20%.
Ključni zaključak: Znanstveno osmišljena površinska obrada može učiniti dijelove mnogo jačima umjesto slabijima korištenjem metoda kao što su zaostalo tlačno naprezanje, usitnjavanje zrna i ojačavanje faznom transformacijom.
2, Opasnost od loše izrade: ključna točka između poboljšanja snage i pogoršanja performansi
Površinska obrada može učiniti stvari jačima, ali ako procesni parametri nisu regulirani ili materijali ne funkcioniraju dobro zajedno, čvrstoća zapravo može pasti. To je uglavnom zbog sljedeća tri mehanizma:
1. Previše stvrdnjavanja čini da se stvari lako lome.
Jedna tvrtka koristila je previsoku temperaturu pougljičenja na ventilima od nehrđajućeg čelika kako bi ih učinila otpornijima na trošenje. 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 uzrokovalo otkaz ventila na početku tlačnog ispitivanja.
Mehanizam: kada je površinska tvrdoća veća od granice žilavosti materijala jezgre, pukotine će se vjerojatno proširiti od tvrdog, krhkog sloja do meke jezgre. To se naziva "tvrdo i lomljivo" stanje kvara.
2. Zaostalo vlačno naprezanje ubrzava početak pukotina.
Slučaj: Neodgovarajući tretman galvaniziranjem uzrokovao je stvaranje zaostalog vlačnog naprezanja na kontaktu između premaza i podloge osovine određenog mjenjača automobila. Gustoća pukotina povećala se tri puta kada je uzorak bio izložen izmjeničnom naprezanju.
Mehanizam: Ako galvanizacija, kemijska obrada i drugi procesi ne drže pod kontrolom stanje naprezanja premaza, može se dodati vlačno naprezanje kako bi se uravnotežio učinak ojačanja površinskog tlačnog naprezanja.
3. Oštećenje površine uzrokuje nakupljanje stresa.
Nakon pjeskarenja pod visokim pritiskom pojavile su se mikropukotine na površini implantata od cirkonijeve keramike. U simuliranim testovima žvakanja, brzina širenja pukotine bila je dvostruko brža nego kod netretiranih uzoraka. To je značilo da je opasnost od ranog prijeloma u kliničkoj uporabi bila mnogo veća.
Mehanizam: Ako su postavke za mehaničke tretmane kao što su pjeskarenje i brušenje pogrešne (na primjer, ako je tlak previsok ili su abrazivne čestice premale), površina se može oštetiti dublje od sloja tlačnog naprezanja, što može uzrokovati početak loma.
Glavna stvar je da je negativan učinak površinske obrade na čvrstoću uzrokovan lošom obradom, a ne samom tehnikom. Kako biste uklonili rizike, trebali biste optimizirati parametre i kvalitetu testa.
3, Svojstva materijala i prilagodljivost procesa: glavna ideja optimizacije čvrstoće
Fizička svojstva različitih materijala, poput toga koliko su tvrdi ili žilavi i kako mijenjaju faze, izravno utječu na to kako odaberete i postavite tehnike površinske obrade. Sljedeći su uobičajeni načini modificiranja materijala:
1. Metalni materijali: uravnoteženje zaostalog tlačnog naprezanja i tvrdoće
Titanska legura: sačmarenje (s promjerom od 0,6 mm i pritiskom od 0,4 MPa) prvi je korak u izbjegavanju grebanja površine jakim abrazivima poput silicij karbida. Nakon obrade, potrebno je ispiranje kiselinom kako bi se uklonili abrazivi koji su zapeli na površini.
Aluminijska legura: Za stvaranje zaostalog tlačnog naprezanja bez da površina postane prehrapava ili da se smanji njezina otpornost na zamor, pjeskarenje staklenim kuglicama (s veličinom čestica od 120 mesh i tlakom od 0,3 MPa) koristi se u kombinaciji s eloksiranjem.
Nehrđajući čelik: upotreba nitriranja na niskoj-temperaturi (520 stupnjeva) i pjeskarenja nehrđajućeg čelika (veličina čestica 80 mesh, tlak 0,5 MPa) za uravnoteženje tvrdoće površine i otpornosti na koroziju.
2. Keramički materijali: očvršćavanje promjenom faze i kontrola oštećenja
Cirkonska keramika: Tlak pjeskarenja treba biti manji od 0,25 MPa, a vrijeme treba biti manje od 20 sekundi. To će spriječiti da dubina površinskog oštećenja bude veća od debljine sloja tlačnog naprezanja (približno 50 μm). Alternativno, lasersko jetkanje s niskom gustoćom energije (Manje od ili jednako 5J/cm²) može se koristiti za sprječavanje toplinskog pucanja.
Keramika od silicijevog nitrida: Za izradu mikroporozne strukture najbolja je metoda kemijsko jetkanje (HF+HNO3 miješana kiselina). Kako bi se poboljšala čvrstoća prianjanja bez izazivanja mehaničkih oštećenja, koristi se mehaničko zaključavanje.
3. Kompozitni materijali: jačanje kontakta i zaustavljanje raslojavanja
Plazma raspršivanje (snaga 5kW, brzina protoka argona 30L/min) koristi se za izradu metalnog prijelaznog sloja na površini kompozitnog materijala ojačanog ugljičnim vlaknima. To čini premaz boljim prianjanjem i sprječava lomljenje vlakana kada se izravno pjeskare.
Lasersko oblaganje (snaga 2 kW, brzina skeniranja 10 mm/s) nanosi-prevlake otporne na habanje na površinu kompozitnih materijala-na bazi metala. Unosom topline pažljivo se upravlja kako bi se spriječilo odvajanje supstrata i faze ojačanja.
Glavna stvar je da kvaliteta materijala diktira koliko je proces prilagodljiv, a baza podataka "Performanse procesa materijala" treba se koristiti za usmjeravanje projektiranja parametara. Na primjer, "Specifikacija procesa površinske obrade" (GJB 5098-2008) postavlja prozor procesa za različite materijale u području zrakoplovstva.