Kas pinnatöötlus nõrgendab osade tugevust?

一, Pinnatöötluse põhieesmärk on tugevdada ja tugevdada samal ajal.
Pinnatöötlus ei ole ainult üks tehnoloogia; selle peamine eesmärk on parandada jõudlust, muutes materjalide pindade struktuuri ja pinget. Sõltuvalt nende toimimisest on kaks peamist pinnatöötluse tüüpi:
1. Täiustatud töötlemine: muudab pinna kõvemaks ja kulumiskindlamaks
Haavlilöögi tugevdamine: see meetod kasutab suure{0}}kiirusega mürske, mis tabavad pinda ja tekitavad kuni 0,5 mm paksuse jääksurvekihi. See võib suurendada väsimustugevust rohkem kui 200%. Näiteks võib haavli puhastamine pikendada lennukimootorite labade väsimise eluiga üle 10 ^ 7 koormustsüklit, ulatudes 500 tunnilt 1500 tunnini.
Laserlöökkinnitus: suure{0}}energiaga laser tekitab plasma lööklaineid, mis tekitavad pinnale 1 mm{2}}sügava survejääkpinge kihi. See muudab tera suuruse väiksemaks, mis muudab titaanisulamist osad kolm korda vastupidavamaks väsimusele.
Karburiseerimine/nitriidimine: keemiline kuumtöötlus tekitab pinnale väga kõva karbiidi- või nitriidikihi (kuni 1200 HV), mis muudab pinna kulumiskindlamaks. Pärast karburiseerimist tõusis autode hammasrataste pinna kõvadus 35HRC-lt 60HRC-le ja hammasrataste eluiga pikenes viis korda.
2. Karastav töötlus: aeglustab pragude levikut
Pinnavaltsimine: rulliga üle pinna rullides eemaldatakse töötlemise vead ja tekib survejääkpinge. See aeglustab alumiiniumisulamist osades pragude levimise kiirust 60% võrra.
Faasimuutuskarastamine: selliste materjalide puhul nagu tsirkooniumoksiidi keraamika põhjustab liivapritsiga pinna muutmise t-faasist m-faasi. Seejärel kasutatakse ruumala laienemisest tekkivat survepinget, et võidelda jõuga, mis põhjustab pragude levikut, mis suurendab paindetugevust 15% kuni 20%.
Põhijäreldus: Teaduslikult kavandatud pinnatöötlus võib muuta osad palju tugevamaks, mitte nõrgemaks, kasutades selliseid meetodeid nagu jääksurvepinge, tera viimistlemine ja faasimuutuse karastamine.
2, Halva viimistluse oht: võtmepunkt tugevuse parandamise ja jõudluse halvenemise vahel
Pinnatöötlus võib muuta asjad tugevamaks, kuid kui protsessi parameetreid ei reguleerita või materjalid ei tööta hästi koos, võib tugevus tegelikult langeda. See on peamiselt tingitud järgmisest kolmest mehhanismist:
1. Liiga kõva karastamine ajab asjad kergesti katki.
Üks ettevõte kasutas roostevabast terasest klappidel liiga palju temperatuuri karburiseerimist, et muuta need kulumiskindlamaks. See muutis pinnal oleva karbiidikihi paksemaks kui 0,8 mm ja karbiidid kogunesid tera piiridesse, mis põhjustas pragusid ja muutis ventiili rõhukatse alguses üles.
Mehhanism: Kui pinna kõvadus on suurem kui südamiku materjali sitkuse piir, levivad praod kõvast rabedast kihist pehme südamikuni. Seda nimetatakse "kõvaks ja rabedaks" rikkerežiimiks.
2. Tõmbe jääkpinge kiirendab pragude teket.
Juhtum: Ebaõige galvaniseerimine põhjustas katte ja teatud auto käigukasti võlli aluspinna kokkupuutel tõmbepinge. Pragude tihedus tõusis kolm korda, kui proovi allutati vahelduv pinge.
Mehhanism: kui galvaniseerimine, keemiline katmine ja muud protsessid ei hoia katte pingeseisundit kontrolli all, võib pinna survepinge tugevdava toime tasakaalustamiseks lisada tõmbepinget.
3. Pinnakahjustused põhjustavad stressi kogunemist.
Pärast kõrgsurvega liivapritsiga töötlemist tekkisid tsirkooniumoksiidi keraamiliste implantaatide pinnale mikropraod. Simuleeritud närimistestides oli pragude levimise kiirus kaks korda kiirem kui töötlemata proovide puhul. See tähendas, et kliinilises kasutuses oli varajase luumurru oht palju suurem.
Mehhanism: kui mehaaniliste töötluste, nagu liivapritsi ja lihvimise seaded on valed (näiteks kui rõhk on liiga kõrge või abrasiivsed osakesed on liiga väikesed), võib pind kahjustada sügavamalt kui survepingekiht, mis võib põhjustada murdumise.
Põhimõte on selles, et pinnatöötluse negatiivset mõju tugevusele põhjustab halb töötlemine, mitte tehnika ise. Riskide kõrvaldamiseks peaksite optimeerima parameetreid ja testimise kvaliteeti.
3, materjali omadused ja protsessi kohandatavus: tugevuse optimeerimise peamine idee
Erinevate materjalide füüsikalised omadused, nagu nende kõvadus või sitkus ning faaside muutmine, mõjutavad otseselt pinnatöötlustehnikate valikut ja seadistamist. Materjalide muutmiseks on levinud järgmised viisid:
1. Metallmaterjalid: jääksurvepinge ja kõvaduse tasakaalustamine
Titaanisulam: haavli puhastamine (diameetriga 0,6 mm ja rõhuga 0,4 MPa) on esimene samm, et vältida pinna kriimustamist karmide abrasiividega, nagu ränikarbiid. Pärast töötlemist on vaja happepesu, et vabaneda pinnale kinni jäänud abrasiividest.
Alumiiniumisulam: jääksurvepinge tekitamiseks ilma pinda liiga karedaks muutmata või selle väsimustugevust vähendamata kasutatakse koos anodeerimisega klaashelmestega liivapritsi (osakeste suurus 120 võrgusilma ja rõhk 0,3 MPa).
Roostevaba teras: pinna kõvaduse ja korrosioonikindluse tasakaalustamiseks kasutatakse madalal-temperatuuril nitridimist (520 kraadi) ja roostevabast terasest haavelpuhastust (osakese suurus 80 võrgusilma, rõhk 0,5 MPa).
2. Keraamilised materjalid: karastamine läbi faasimuutuse ja kahjustuste kontrolli
Tsirkooniumoksiidi keraamika: liivapritsi rõhk peaks olema alla 0,25 MPa ja aeg peaks olema alla 20 sekundi. See hoiab ära pinnakahjustuse sügavuse, mis on suurem kui survepingekihi paksus (umbes 50 μm). Alternatiivina võib termilise pragunemise vältimiseks kasutada madala energiatihedusega (vähem kui 5 J/cm² või sellega võrdne) lasersöövitamist.
Räninitriidkeraamika: Mikropoorse struktuuri loomiseks on parim meetod keemiline söövitamine (HF+HNO3 segatud hape). Kleepumistugevuse parandamiseks ilma mehaanilisi kahjustusi tekitamata kasutatakse mehaanilist lukustamist.
3. Komposiitmaterjalid: kontakti tugevdamine ja delaminatsiooni peatamine
Plasmapihustamist (võimsus 5kW, argooni voolukiirus 30L/min) kasutatakse süsinikkiuga tugevdatud komposiitmaterjali pinnale metalli üleminekukihi valmistamiseks. See muudab katte paremini kleepuvaks ja hoiab ära kiudude purunemise, kui neid otse liivapritsiga töödelda.
Laserkate (võimsus 2kW, skaneerimiskiirus 10mm/s) katab kulumiskindlad katted metalli-põhiste komposiitmaterjalide pinnale. Soojussisendit juhitakse hoolikalt, et põhimik ja tugevdusfaas ei eralduks.
Peamine on see, et materjali omadused määravad protsessi kohandatavuse ning parameetrite kujundamisel tuleks kasutada andmebaasi "Material Process Performance". Näiteks "Pinnatöötlusprotsessi spetsifikatsioon" (GJB 5098-2008) määras protsessi akna erinevatele materjalidele lennunduses.