Oslabí povrchová úprava pevnosť dielov?

一, Hlavným účelom povrchovej úpravy je spevnenie a zároveň spevnenie.
Povrchová úprava nie je len jedna technológia; jeho hlavným účelom je zlepšiť výkon úpravou spôsobu, akým sú povrchy materiálov štruktúrované a namáhané. Existujú dva hlavné typy povrchovej úpravy podľa toho, ako fungujú:
1. Vylepšená úprava: robí povrch tvrdším a odolnejším voči opotrebovaniu
Spevnenie brokovým peelingom: Táto metóda využíva vysokorýchlostné projektily{0}}, ktoré zasiahnu povrch a vytvoria vrstvu zvyškového tlakového napätia s hrúbkou až 0,5 mm. To môže zvýšiť únavovú pevnosť o viac ako 200%. Napríklad otryskávanie môže spôsobiť, že únavová životnosť lopatiek leteckých motorov bude trvať dlhšie ako 10 ^ 7 cyklov zaťaženia, od 500 hodín do 1500 hodín.
Laserové šokové peening: Vysokoenergetický laser vytvára plazmové šokové vlny, ktoré vytvárajú na povrchu 1 mm-hlbokú vrstvu zvyškového tlakového napätia. Vďaka tomu je veľkosť zrna menšia, vďaka čomu sú diely zo zliatiny titánu trikrát odolnejšie voči únave.
Nauhličovanie/nitridovanie: Chemické tepelné spracovanie vytvára na povrchu veľmi tvrdú karbidovú alebo nitridovú vrstvu (až do 1200 HV), vďaka čomu je povrch oveľa odolnejší voči opotrebovaniu. Po nauhličení sa tvrdosť povrchu automobilových ozubených kolies zmenila z 35HRC na 60HRC a životnosť ozubených kolies sa predĺžila päťkrát.
2. Spevňujúca úprava: spomaľuje šírenie trhlín
Valcovanie povrchu: Valcovaním valca po povrchu sa odstránia nedokonalosti spracovania a vytvorí sa zvyškové tlakové napätie. To spomalí rýchlosť šírenia trhlín v častiach z hliníkovej zliatiny o 60 %.
Spevnenie fázovou transformáciou: Pri materiáloch, ako je zirkónová keramika, pieskovanie spôsobuje zmenu povrchu z fázy t na fázu m. Tlakové napätie z objemovej expanzie sa potom používa na boj so silou, ktorá spôsobuje šírenie trhlín, čím sa pevnosť v ohybe zvýši o 15 % až 20 %.
Kľúčový záver: Vedecky navrhnutá povrchová úprava môže spôsobiť, že časti budú oveľa pevnejšie namiesto slabších, a to pomocou metód, ako je zvyškové tlakové napätie, zjemnenie zrna a spevnenie fázovou transformáciou.
2, Nebezpečenstvo zlého remeselného spracovania: kľúčový bod medzi zlepšením sily a zhoršením výkonu
Povrchová úprava môže veci spevniť, ale ak parametre procesu nie sú regulované alebo materiály spolu nefungujú dobre, pevnosť môže skutočne klesnúť. Je to spôsobené najmä týmito tromi mechanizmami:
1. Príliš veľa otužovania spôsobuje, že sa veci ľahko zlomia.
Jedna spoločnosť použila na ventily z nehrdzavejúcej ocele príliš veľa teplotného nauhličovania, aby boli odolnejšie voči opotrebovaniu. To spôsobilo, že vrstva karbidu na povrchu bola hrubšia ako 0,8 mm a karbidy sa nahromadili na hraniciach zŕn, čo spôsobilo praskliny a spôsobilo zlyhanie ventilu pri tlakových testoch.
Mechanizmus: Keď je povrchová tvrdosť vyššia ako medza húževnatosti materiálu jadra, je pravdepodobné, že sa trhliny rozšíria z tvrdej, krehkej vrstvy na mäkké jadro. Toto sa nazýva „tvrdý a krehký“ režim zlyhania.
2. Zvyškové ťahové napätie urýchľuje vznik trhlín.
Prípad: Nesprávna úprava galvanickým pokovovaním spôsobila nahromadenie zvyškového ťahového napätia na kontakte medzi povlakom a substrátom určitého hriadeľa prevodovky automobilu. Hustota trhlín vzrástla trikrát, keď bola vzorka vystavená striedavému namáhaniu.
Mechanizmus: Ak galvanické pokovovanie, chemické pokovovanie a iné procesy neudržia stav napätia povlaku pod kontrolou, môže sa pridať ťahové napätie, aby sa vyrovnal zosilňujúci účinok povrchového tlakového napätia.
3. Poškodenie povrchu spôsobuje hromadenie stresu.
Po opieskovaní vysokým tlakom sa na povrchu keramických implantátov zirkónia objavili mikrotrhlinky. V simulovaných testoch žuvania bola rýchlosť šírenia trhlín dvakrát rýchlejšia ako u neošetrených vzoriek. To znamenalo, že nebezpečenstvo včasnej zlomeniny pri klinickom použití bolo oveľa vyššie.
Mechanizmus: Ak sú nastavenia pre mechanické úpravy ako pieskovanie a brúsenie nesprávne (napríklad ak je tlak príliš vysoký alebo abrazívne častice sú príliš malé), povrch sa môže poškodiť hlbšie ako vrstva tlakového napätia, čo môže spôsobiť prasknutie.
Ide hlavne o to, že negatívny vplyv povrchovej úpravy na pevnosť je spôsobený zlým spracovaním, nie samotnou technikou. Aby ste eliminovali riziká, mali by ste optimalizovať parametre a kvalitu testov.
3, Vlastnosti materiálu a prispôsobivosť procesu: hlavná myšlienka optimalizácie pevnosti
Fyzikálne vlastnosti rôznych materiálov, ako je ich tvrdosť alebo húževnatosť a ako menia fázy, priamo ovplyvňujú spôsob výberu a nastavenia techník povrchovej úpravy. Nasledujú bežné spôsoby úpravy materiálov:
1. Kovové materiály: vyrovnávanie zvyškového tlakového napätia a tvrdosti
Zliatina titánu: Otryskávanie (s priemerom 0,6 mm a tlakom 0,4 MPa) je prvým krokom, ktorý zabráni poškriabaniu povrchu drsnými abrazívami, ako je karbid kremíka. Po spracovaní je potrebné kyslé umývanie, aby sa zbavili akýchkoľvek abrazív, ktoré uviazli v povrchu.
Hliníková zliatina: Na vytvorenie zvyškového tlakového napätia bez prílišného zdrsnenia povrchu alebo zníženia jeho únavovej pevnosti sa používa pieskovanie sklenenými guľôčkami (s veľkosťou častíc 120 mesh a tlakom 0,3 MPa) v kombinácii s eloxovaním.
Nehrdzavejúca oceľ: Použitie nízkoteplotnej nitridácie (520 stupňov) a otryskania z nehrdzavejúcej ocele (veľkosť častíc 80 mesh, tlak 0,5 MPa) na vyváženie tvrdosti povrchu a odolnosti proti korózii.
2. Keramické materiály: spevnenie fázovou zmenou a kontrolou poškodenia
Zirkónová keramika: Tlak pieskovania by mal byť menší ako 0,25 MPa a čas by mal byť kratší ako 20 sekúnd. Tým sa zabráni tomu, aby hĺbka poškodenia povrchu bola väčšia ako hrúbka vrstvy tlakového napätia (približne 50 μm). Alternatívne možno použiť laserové leptanie s nízkou hustotou energie (menej alebo rovnajúcej sa 5 J/cm²), aby sa zabránilo tepelnému praskaniu.
Keramika z nitridu kremíka: Na vytvorenie mikroporéznej štruktúry je najlepšou metódou chemické leptanie (zmiešaná kyselina HF + HNO3). Na zlepšenie adhéznej sily bez mechanického poškodenia sa používa mechanické uzamykanie.
3. Kompozitné materiály: spevnenie kontaktu a zastavenie delaminácie
Plazmové striekanie (výkon 5 kW, prietok argónu 30 l/min) sa používa na vytvorenie kovovej prechodovej vrstvy na povrchu kompozitného materiálu vystuženého uhlíkovými vláknami. Vďaka tomu je povlak lepšie priľnavý a zabraňuje lámaniu vlákien pri priamom pieskovaní.
Laserové plátovanie (výkon 2 kW, rýchlosť skenovania 10 mm/s) nanáša na povrch kompozitných materiálov na báze kovu-odolné povlaky-. Prívod tepla je starostlivo riadený, aby sa substrát a výstužná fáza neoddeľovali.
Hlavným bodom je, že kvality materiálu určujú, ako prispôsobivý je proces, a na usmernenie návrhu parametrov by sa mala použiť databáza „Výkonnosť procesu materiálu“. Napríklad „Špecifikácia procesu povrchovej úpravy“ (GJB 5098-2008) nastavila procesné okno pre rôzne materiály v oblasti letectva.