A felületkezelés gyengíti az alkatrészek szilárdságát?

一, A felületkezelés fő célja az erősítés és a keményítés egyszerre.
A felületkezelés nem csak egy technológia; fő célja a teljesítmény javítása az anyagok felületeinek szerkezetének és igénybevételének módosításával. A felületkezelésnek két fő típusa van a működésük alapján:
1. Továbbfejlesztett kezelés: keményebbé és kopásállóbbá teszi a felületet
Lövéses szilárdítás: Ez a módszer nagy sebességű{0}}lövedékeket használ, hogy elérje a felületet, és akár 0,5 mm vastag maradék nyomófeszültség-réteget hozzon létre. Ez több mint 200%-kal növelheti a fáradási szilárdságot. Például a sörétvágással a repülőgépmotorok lapátjainak kifáradási élettartama 10 ^ 7 terhelési ciklusnál tovább tarthat, 500 óráról 1500 órára.
Lézeres sokkolás: A nagy{0}}energiájú lézer plazma lökéshullámokat hoz létre, amelyek 1 mm{2}}mélységű maradék nyomófeszültség-réteget hoznak létre a felületen. Ezáltal a szemcseméret kisebb, ami a titánötvözet alkatrészeket háromszor jobban ellenáll a fáradtságnak.
Karburálás/nitridálás: A kémiai hőkezelés nagyon kemény karbid vagy nitrid réteget hoz létre a felületen (akár 1200 HV-ig), ami sokkal ellenállóbbá teszi a felületet a kopással szemben. A karburizálás után az autóipari fogaskerekek felületének keménysége 35 HRC-ről 60 HRC-re nőtt, a fogaskerekek élettartama pedig ötszörösére nőtt.
2. Edző kezelés: lassítja a repedések terjedését
Felületi hengerlés: Hengerrel a felületre gördítve eltávolítják a feldolgozási hibákat, és maradék nyomófeszültséget hoznak létre. Ez 60%-kal lelassítja a repedések terjedésének sebességét az alumíniumötvözet alkatrészekben.
Fázistranszformációs edzés: Olyan anyagoknál, mint a cirkónium-oxid kerámiák, a homokfúvás hatására a felület t fázisról m fázisra változik. A térfogat-tágulásból származó nyomófeszültséget ezután a repedések terjedését okozó erő leküzdésére használják, ami 15-20%-kal növeli a hajlítószilárdságot.
Kulcskövetkeztetés: A tudományosan megtervezett felületkezelés az alkatrészeket sokkal erősebbé teheti gyengébb helyett olyan módszerekkel, mint a maradék nyomófeszültség, a szemcsefinomítás és a fázistranszformációs edzés.
2, A rossz kivitelezés veszélye: a kulcspont az erő javítása és a teljesítmény romlása között
A felületkezelés megerősítheti a dolgokat, de ha a folyamat paraméterei nincsenek szabályozva, vagy az anyagok nem működnek jól együtt, akkor a szilárdság valóban csökkenhet. Ez elsősorban a következő három mechanizmusnak köszönhető:
1. A túl sok keményedés miatt a dolgok könnyen eltörnek.
Egy vállalat túl magas hőmérsékleten karburáló kezelést alkalmazott a rozsdamentes acél szelepeken, hogy ellenállóbbá tegye őket a kopással szemben. Emiatt a felületen lévő keményfém réteg vastagabb lett 0,8 mm-nél, és a keményfémek a szemcsehatárokon felhalmozódtak, ami repedéseket okozott, és a szelep meghibásodását okozta a nyomáspróba korai szakaszában.
Mechanizmus: Ha a felületi keménység nagyobb, mint a mag anyagának szívóssági határa, a repedések valószínűleg átterjednek a kemény, rideg rétegből a puha magba. Ezt "kemény és rideg" hibamódnak nevezik.
2. A maradék húzófeszültség felgyorsítja a repedések kialakulását.
Eset: A nem megfelelő galvanizálási kezelés maradék húzófeszültséget okozott a bevonat és egy bizonyos autó hajtómű tengelyének aljzata közötti érintkezésnél. A repedéssűrűség háromszorosára nőtt, amikor a mintát váltakozó feszültségnek tették ki.
Mechanizmus: Ha a galvanizálás, a kémiai bevonat és más eljárások nem tartják kordában a bevonat feszültségi állapotát, húzófeszültség hozzáadható a felületi nyomófeszültség erősítő hatásának kiegyenlítésére.
3. A felület sérülése feszültség felhalmozódását okozza.
A nagynyomású homokfúvás után mikrorepedések jelentek meg a cirkónium-oxid kerámia implantátumok felületén. A szimulált rágási tesztekben a repedés terjedési sebessége kétszer olyan gyors volt, mint a kezeletlen mintáké. Ez azt jelentette, hogy a korai törés veszélye a klinikai használatban sokkal nagyobb.
Mechanizmus: Ha a mechanikai kezelések, például a homokfúvás és a csiszolás beállításai rosszak (például ha túl nagy a nyomás vagy túl kicsik a csiszolószemcsék), a felület a nyomófeszültség-rétegnél mélyebben sérülhet, ami törést okozhat.
A lényeg az, hogy a felületkezelés szilárdságra gyakorolt ​​negatív hatását a rossz megmunkálás okozza, nem maga a technika. A kockázatok kiküszöbölése érdekében optimalizálni kell a paramétereket és a teszt minőségét.
3, Anyagtulajdonságok és folyamat adaptálhatósága: a szilárdságoptimalizálás fő gondolata
A különböző anyagok fizikai tulajdonságai, például mennyire kemények vagy szívósak, és hogyan változtatják a fázisokat, közvetlenül befolyásolják a felületkezelési technikák kiválasztását és beállítását. A következő általános módszerek az anyagok módosítására:
1. Fémanyagok: a maradék nyomófeszültség és keménység kiegyensúlyozása
Titánötvözet: A sörétezés (0,6 mm átmérővel és 0,4 MPa nyomással) az első lépés annak érdekében, hogy elkerüljük a felület karcolását durva csiszolóanyagokkal, például szilícium-karbiddal. A feldolgozás után savas mosás szükséges, hogy megszabaduljunk a felületen megtapadt csiszolóanyagoktól.
Alumíniumötvözet: A maradék nyomófeszültség létrehozása érdekében anélkül, hogy a felület túlságosan érdessé válna vagy a fáradási szilárdsága csökkenne, üveggyöngy-homokfúvást (120 mesh szemcsemérettel és 0,3 MPa nyomással) eloxálással kombinálva alkalmaznak.
Rozsdamentes acél: Alacsony-hőmérsékletű nitridálás (520 fok) és rozsdamentes acél szemcseszórás (részecskeméret 80 mesh, nyomás 0,5 MPa) alkalmazása a felületi keménység és a korrózióállóság egyensúlyára.
2. Kerámia anyagok: szilárdítás fázisváltással és sérüléskezeléssel
Cirkónium-oxid kerámia: A homokfúvás nyomásának 0,25 MPa-nál kisebbnek kell lennie, és az időtartamnak 20 másodpercnél rövidebbnek kell lennie. Ez megakadályozza, hogy a felületi sérülés mélysége nagyobb legyen, mint a nyomófeszültség-réteg vastagsága (körülbelül 50 μm). Alternatív megoldásként alacsony energiasűrűségű (5J/cm² vagy annál kisebb) lézermaratást is lehet alkalmazni a termikus repedés megelőzésére.
Szilícium-nitrid kerámia: Mikroporózus szerkezet kialakításához a kémiai maratás (HF+HNO3 kevert sav) a legjobb módszer. A tapadási szilárdság javítása érdekében mechanikai károsodás nélkül mechanikus reteszelést alkalmaznak.
3. Kompozit anyagok: az érintkezés erősítése és a delamináció megállítása
Plazma permetezéssel (5kW teljesítmény, 30L/perc argon áramlási sebesség) fém átmeneti réteget készítenek a szénszál erősítésű kompozit anyag felületén. Ezáltal a bevonat jobban tapad, és megakadályozza, hogy a szálak elszakadjanak, amikor közvetlenül homokfúvással kezelik őket.
A lézeres burkolat (teljesítmény 2 kW, szkennelési sebesség 10 mm/s) kopásálló bevonatokat hord- a fém-alapú kompozit anyagok felületére. A hőbevitelt gondosan kezelik, hogy a hordozó és az erősítő fázis ne váljon el egymástól.
A lényeg az, hogy az anyag minősége határozza meg, hogy mennyire adaptálható a folyamat, és a "Material Process Performance" adatbázist kell használni a paramétertervezés irányítására. Például a "Felületkezelési eljárás specifikációja" (GJB 5098-2008) beállította a folyamat ablakát a légi közlekedésben használt különböző anyagokhoz.