Vil overflatebehandling svekke styrken til delene?

一, Hovedformålet med overflatebehandling er å styrke og herde på samme tid.
Overflatebehandling er ikke bare én teknologi; Hovedformålet er å forbedre ytelsen ved å modifisere måten materialenes overflater er strukturert og belastet. Det er to hovedtyper av overflatebehandling basert på hvordan de fungerer:
1. Forbedret behandling: gjør overflaten hardere og mer motstandsdyktig mot slitasje
Forsterkning av skuddspenning: Denne metoden bruker høyhastighetsprosjektiler for å treffe overflaten og skape et gjenværende trykkspenningslag som er opptil 0,5 mm tykt. Dette kan øke utmattelsesstyrken med mer enn 200 %. For eksempel kan shot peening gjøre at utmattelseslevetiden til flymotorblader varer lenger enn 10 ^ 7 sykluser med belastning, fra 500 timer til 1500 timer.
Lasersjokkpeening: En høy-energilaser skaper plasmasjokkbølger som skaper et 1 mm-dype lag med gjenværende trykkspenning på overflaten. Dette gjør kornstørrelsen mindre, noe som gjør titanlegeringsdeler tre ganger mer motstandsdyktige mot tretthet.
Karburering/nitrering: En kjemisk varmebehandling skaper et veldig hardt karbid- eller nitridlag på overflaten (opp til 1200HV), som gjør overflaten langt mer motstandsdyktig mot slitasje. Etter karburering gikk hardheten på overflaten til bilgir fra 35HRC til 60HRC, og tannhjulenes levetid ble forlenget med fem ganger.
2. Herdebehandling: bremser spredningen av sprekker
Overflatevalsing: Ved å rulle en rulle over overflaten fjernes bearbeidingsfeil og gjenværende trykkspenning. Dette reduserer hastigheten hvormed sprekker sprer seg i aluminiumslegeringsdeler med 60 %.
Fasetransformasjonsherding: For materialer som zirkoniumkeramikk fører sandblåsing til at overflaten endres fra t-fase til m-fase. Trykkspenningen fra volumutvidelsen brukes deretter til å bekjempe kraften som får sprekker til å spre seg, noe som gjør at bøyestyrken øker med 15 % til 20 %.
Hovedkonklusjon: Vitenskapelig utformet overflatebehandling kan gjøre deler mye sterkere i stedet for svakere ved å bruke metoder som gjenværende trykkspenning, kornforfining og fasetransformasjonsherding.
2, Faren for dårlig håndverk: nøkkelpunktet mellom å forbedre styrke og gjøre ytelsen dårligere
Overflatebehandling kan gjøre ting sterkere, men hvis prosessparametrene ikke er regulert eller materialene ikke fungerer godt sammen, kan styrken faktisk gå ned. Dette skyldes hovedsakelig følgende tre mekanismer:
1. For mye herding gjør at ting lett går i stykker.
Et selskap brukte for mye temperaturkarbureringsbehandling på rustfrie stålventiler for å gjøre dem mer motstandsdyktige mot slitasje. Dette gjorde at karbidlaget på overflaten ble tykkere enn 0,8 mm, og karbidene ble bygget opp ved korngrensene, noe som forårsaket sprekker og gjorde at ventilen sviktet tidlig i trykktestingen.
Mekanisme: Når overflatehardheten er høyere enn kjernematerialets seighetsgrense, vil det sannsynligvis spre seg sprekker fra det harde, sprø laget til den myke kjernen. Dette kalles en "hard og sprø" feilmodus.
2. Gjenværende strekkspenning fremskynder starten på sprekker.
Tilfelle: Feil galvaniseringsbehandling førte til at gjenværende strekkspenning bygges opp ved kontakten mellom belegget og underlaget til en viss bilgirkasseaksel. Sprekketettheten økte med tre ganger når prøven ble utsatt for vekslende påkjenninger.
Mekanisme: Hvis galvanisering, kjemisk plettering og andre prosesser ikke holder beleggets spenningstilstand i sjakk, kan strekkspenning legges til for å balansere den styrkende effekten av overflatetrykkspenning.
3. Skader på overflaten fører til at stress bygges opp.
Etter å ha blitt sandblåst ved høyt trykk, oppsto mikrosprekker på overflaten av keramiske zirkonium-implantater. I simulerte tyggetester var sprekkforplantningshastigheten dobbelt så rask som for ubehandlede prøver. Dette gjorde at faren for tidlig brudd ved klinisk bruk var mye høyere.
Mekanisme: Hvis innstillingene for mekaniske behandlinger som sandblåsing og sliping er feil (for eksempel hvis trykket er for høyt eller de slipende partiklene er for små), kan overflaten bli skadet dypere enn trykkspenningslaget, noe som kan føre til at et brudd starter.
Hovedpoenget er at overflatebehandlingens negative effekt på styrken skyldes dårlig bearbeiding, ikke selve teknikken. For å eliminere risiko bør du optimalisere parametere og testkvalitet.
3, Materialegenskaper og prosess tilpasningsevne: hovedideen bak styrkeoptimalisering
De fysiske egenskapene til forskjellige materialer, som hvor harde eller seige de er og hvordan de endrer faser, påvirker direkte hvordan du velger og setter opp overflatebehandlingsteknikker. Følgende er vanlige måter å endre materialer på:
1. Metallmaterialer: balansering av gjenværende trykkspenning og hardhet
Titanlegering: Kuleblending (med en diameter på 0,6 mm og et trykk på 0,4 MPa) er det første trinnet for å unngå å skrape overflaten med harde slipemidler som silisiumkarbid. Etter bearbeiding er det nødvendig med syrevask for å kvitte seg med slipemidler som sitter fast i overflaten.
Aluminiumslegering: For å skape gjenværende trykkspenning uten å gjøre overflaten for ru eller senke utmattelsesstyrken, brukes glassperlesandblåsing (med en partikkelstørrelse på 120 mesh og et trykk på 0,3MPa) i kombinasjon med anodisering.
Rustfritt stål: Bruk av lav-temperaturnitrering (520 grader) og sprøyting av rustfritt stål (partikkelstørrelse 80 mesh, trykk 0,5 MPa) for å balansere overflatehardhet og korrosjonsmotstand.
2. Keramiske materialer: herding gjennom faseendring og skadekontroll
Zirconia keramikk: Trykket på sandblåsingen skal være mindre enn 0,25 MPa og tiden skal være mindre enn 20 sekunder. Dette vil forhindre at overflateskadedybden blir større enn tykkelsen på trykkspenningslaget (ca. 50 μm). Alternativt kan laseretsing med lav energitetthet (mindre enn eller lik 5J/cm²) brukes for å forhindre termisk sprekkdannelse.
Silisiumnitridkeramikk: For å lage en mikroporøs struktur er kjemisk etsing (HF+HNO3 blandet syre) den beste metoden. For å forbedre limstyrken uten å forårsake mekanisk skade, benyttes mekanisk låsing.
3. Komposittmaterialer: styrker kontakten og stopper delaminering
Plasmaspraying (5kW effekt, 30L/min argonstrømningshastighet) brukes til å lage et metallovergangslag på overflaten av karbonfiberforsterket komposittmateriale. Dette gjør at belegget fester seg bedre og hindrer at fibre knekker når de blir direkte sandblåst.
Laserkledning (effekt 2kW, skannehastighet 10 mm/s) avsetter slitasjebestandige belegg på overflaten av-metallbaserte komposittmaterialer. Varmetilførselen styres nøye for å forhindre at underlaget og forsterkende fase skiller seg.
Hovedpoenget er at materialets kvaliteter dikterer hvor tilpasningsdyktig prosessen er, og databasen "Material Process Performance" bør brukes til å veilede parameterdesign. For eksempel setter "Surface Treatment Process Specification" (GJB 5098-2008) prosessvinduet for forskjellige materialer i luftfartsområdet.