هل المعالجة السطحية ستضعف قوة الأجزاء؟

ثانيا, الغرض الرئيسي من المعالجة السطحية هو التعزيز والتشديد في نفس الوقت.
المعالجة السطحية ليست مجرد تقنية واحدة؛ والغرض الرئيسي منه هو تحسين الأداء عن طريق تعديل طريقة هيكلة أسطح المواد والضغط عليها. هناك نوعان رئيسيان من المعالجة السطحية بناءً على كيفية عملها:
1. معالجة محسنة: تجعل السطح أكثر صلابة وأكثر مقاومة للتآكل
تقوية الرمي بالطلقات: تستخدم هذه الطريقة مقذوفات عالية السرعة- لضرب السطح وإنشاء طبقة ضغط ضاغطة متبقية يصل سمكها إلى 0.5 مم. وهذا يمكن أن يعزز قوة التعب بأكثر من 200%. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الطحن بالخردق إلى جعل عمر الكلال لشفرات محرك الطيران يدوم لفترة أطول من 10 ^ 7 دورات تحميل، تتراوح من 500 ساعة إلى 1500 ساعة.
التقطيع الصادم بالليزر: ينشئ الليزر عالي الطاقة-موجات صدمات بلازما تؤدي إلى إنشاء طبقة عميقة يبلغ سمكها 1 مم-من الضغط الضاغط المتبقي على السطح. وهذا يجعل حجم الحبوب أصغر، مما يجعل أجزاء سبائك التيتانيوم أكثر مقاومة للتعب ثلاث مرات.
الكربنة/النيترة: تخلق المعالجة الحرارية الكيميائية طبقة كربيد أو نيتريد صلبة للغاية على السطح (تصل إلى 1200 هرتز)، مما يجعل السطح أكثر مقاومة للتآكل. بعد الكربنة، ارتفعت صلابة سطح تروس السيارات من 35HRC إلى 60HRC، وتم إطالة عمر التروس بمقدار خمس مرات.
2. علاج التقوية: يبطئ انتشار الشقوق
تدحرج السطح: من خلال تدحرج الأسطوانة فوق السطح، تتم إزالة عيوب المعالجة ويتم إنشاء إجهاد الضغط المتبقي. يؤدي هذا إلى إبطاء معدل انتشار الشقوق في أجزاء سبائك الألومنيوم بنسبة 60%.
تشديد تحويل الطور: بالنسبة لمواد مثل سيراميك الزركونيا، يؤدي السفع الرملي إلى تغير السطح من الطور t إلى الطور m. يتم بعد ذلك استخدام إجهاد الضغط الناتج عن تمدد الحجم لمحاربة القوة التي تسبب انتشار الشقوق، مما يجعل قوة الانحناء ترتفع بنسبة 15% إلى 20%.
الاستنتاج الرئيسي: يمكن للمعالجة السطحية المصممة علميًا أن تجعل الأجزاء أقوى بكثير بدلاً من أن تكون أضعف باستخدام طرق مثل إجهاد الضغط المتبقي، وصقل الحبوب، وتشديد تحويل الطور.
2، خطر سوء الصنعة: النقطة الأساسية بين تحسين القوة وجعل الأداء أسوأ
يمكن للمعالجة السطحية أن تجعل الأشياء أقوى، ولكن إذا لم يتم تنظيم معلمات العملية أو أن المواد لا تعمل بشكل جيد معًا، فقد تنخفض القوة بالفعل. ويرجع ذلك أساسًا إلى الآليات الثلاث التالية:
1. كثرة التصلب تجعل الأشياء تنكسر بسهولة.
استخدمت إحدى الشركات قدرًا كبيرًا من معالجة الكربنة بدرجة الحرارة على الصمامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لجعلها أكثر مقاومة للتآكل. أدى هذا إلى جعل طبقة الكربيد على السطح أكثر سمكًا من 0.8 مم، وتراكم الكربيدات عند حدود الحبوب، مما تسبب في حدوث تشققات وفشل الصمام في وقت مبكر في اختبار الضغط.
الآلية: عندما تكون صلابة السطح أعلى من حد صلابة المادة الأساسية، فمن المحتمل أن تنتشر الشقوق من الطبقة الصلبة والهشة إلى اللب الناعم. وهذا ما يسمى وضع الفشل "الصعب والهش".
2. يعمل إجهاد الشد المتبقي على تسريع ظهور الشقوق.
الحالة: تسببت المعالجة غير الصحيحة بالطلاء الكهربائي في تراكم إجهاد الشد المتبقي عند التلامس بين الطلاء والركيزة لعمود معين لعلبة تروس السيارة. ارتفعت كثافة الكراك ثلاث مرات عندما تعرضت العينة لضغوط متناوبة.
الآلية: إذا لم ينجح الطلاء الكهربائي والطلاء الكيميائي والعمليات الأخرى في التحكم في حالة إجهاد الطلاء، فيمكن إضافة إجهاد الشد لموازنة التأثير المعزز لضغط ضغط السطح.
3. يؤدي تلف السطح إلى تراكم الضغط.
بعد تعرضها للضرب بالرمل عند الضغط العالي، ظهرت شقوق صغيرة على سطح غرسات سيراميك الزركونيا. في اختبارات المضغ المحاكاة، كان معدل انتشار الشقوق أسرع مرتين من العينات غير المعالجة. وهذا يعني أن خطر الكسر المبكر في الاستخدام السريري كان أعلى بكثير.
الآلية: إذا كانت إعدادات المعالجات الميكانيكية مثل السفع الرملي والطحن خاطئة (على سبيل المثال، إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا أو كانت الجزيئات الكاشطة صغيرة جدًا)، فقد يتضرر السطح بشكل أعمق من طبقة الضغط الانضغاطية، مما قد يتسبب في بدء الكسر.
النقطة الأساسية هي أن التأثير السلبي للمعالجة السطحية على القوة ناتج عن المعالجة السيئة، وليس عن التقنية نفسها. للتخلص من المخاطر، يجب عليك تحسين المعلمات وجودة الاختبار.
3، خصائص المواد والقدرة على التكيف العملية: الفكرة الرئيسية وراء تحسين القوة
تؤثر الخصائص الفيزيائية للمواد المختلفة، مثل مدى صلابتها أو صلابتها وكيفية تغيير مراحلها، بشكل مباشر على كيفية اختيارك وإعداد تقنيات معالجة الأسطح. فيما يلي الطرق الشائعة لتعديل المواد:
1. المواد المعدنية: موازنة الضغط والصلابة المتبقية
سبائك التيتانيوم: يعتبر التقطيع بالخردق (بقطر 0.6 مم وضغط 0.4 ميجا باسكال) هو الخطوة الأولى لتجنب خدش السطح بمواد كاشطة قاسية مثل كربيد السيليكون. بعد المعالجة، هناك حاجة إلى الغسيل بالأحماض للتخلص من أي مواد كاشطة عالقة في السطح.
سبائك الألومنيوم: لإنشاء إجهاد ضغط متبقي دون جعل السطح خشنًا جدًا أو تقليل قوة الكلال، يتم استخدام السفع الرملي بالخرز الزجاجي (بحجم جسيمات يبلغ 120 شبكة وضغط يبلغ 0.3 ميجا باسكال) مع الأكسدة.
الفولاذ المقاوم للصدأ: استخدام نيترة ذات درجة حرارة منخفضة (520 درجة) والسفع بالخردق من الفولاذ المقاوم للصدأ (حجم الجسيمات 80 شبكة، الضغط 0.5 ميجا باسكال) لتحقيق التوازن بين صلابة السطح ومقاومة التآكل.
2. المواد الخزفية: يتم تقويتها من خلال تغيير الطور والتحكم في الضرر
سيراميك الزركونيا: يجب أن يكون ضغط السفع الرملي أقل من 0.25MPa ويجب أن يكون الوقت أقل من 20 ثانية. سيؤدي ذلك إلى منع عمق تلف السطح من أن يكون أكبر من سمك طبقة الضغط المضغوط (حوالي 50 ميكرومتر). وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام النقش بالليزر بكثافة طاقة منخفضة (أقل من أو تساوي 5J/cm²) لمنع التشقق الحراري.
سيراميك نيتريد السيليكون: لصنع هيكل مسامي، فإن النقش الكيميائي (حمض مختلط HF + HNO3) هو أفضل طريقة. لتحسين قوة اللصق دون التسبب في أضرار ميكانيكية، يتم استخدام القفل الميكانيكي.
3. المواد المركبة: تقوية التلامس وإيقاف التشقق
يتم استخدام رش البلازما (طاقة 5 كيلو واط، معدل تدفق الأرجون 30 لتر / دقيقة) لصنع طبقة انتقالية معدنية على سطح المواد المركبة المقواة بألياف الكربون. وهذا يجعل عصا الطلاء أفضل ويمنع الألياف من الانكسار عندما يتم سفعها بالرمل مباشرة.
تعمل الكسوة بالليزر (طاقة 2 كيلووات، وسرعة المسح 10 مم/ثانية) على ترسيب طبقات مقاومة للتآكل على سطح المواد المركبة القائمة على المعدن-. تتم إدارة مدخلات الحرارة بعناية للحفاظ على الركيزة ومرحلة التسليح من الانفصال.
النقطة الأساسية هي أن نوعية المادة تملي مدى قابلية العملية للتكيف، ويجب استخدام قاعدة بيانات "أداء عملية المواد" لتوجيه تصميم المعلمات. على سبيل المثال، تحدد "مواصفات عملية المعالجة السطحية" (GJB 5098-2008) نافذة العملية للمواد المختلفة في مجال الطيران.