El tractament superficial debilitarà la resistència de les peces?

一, l'objectiu principal del tractament de superfícies és enfortir i endurir al mateix temps.
El tractament de superfícies no és només una tecnologia; el seu principal objectiu és millorar el rendiment modificant la manera com s'estructuren i tensen les superfícies dels materials. Hi ha dos tipus principals de tractament de superfícies segons com funcionen:
1. Tractament millorat: fa que la superfície sigui més dura i més resistent al desgast
Enfortiment del granallat: aquest mètode utilitza projectils d'alta-velocitat per colpejar la superfície i crear una capa d'esforç de compressió residual de fins a 0,5 mm de gruix. Això pot millorar la resistència a la fatiga en més d'un 200%. Per exemple, el granallat pot fer que la vida a fatiga de les pales dels motors d'aviació duri més de 10 ^ 7 cicles de càrrega, passant de 500 hores a 1500 hores.
Laser shock peening: un làser d'alta-energia crea ones de xoc de plasma que creen una capa d'1 mm-de profunditat d'estrès de compressió residual a la superfície. Això fa que la mida del gra sigui més petita, cosa que fa que les peces d'aliatge de titani siguin tres vegades més resistents a la fatiga.
Carburació/nitruració: un tractament tèrmic químic crea una capa de carbur o nitrur molt dura a la superfície (fins a 1200HV), que fa que la superfície sigui molt més resistent al desgast. Després de la cementació, la duresa de la superfície dels engranatges de l'automòbil va passar de 35HRC a 60HRC i la vida útil dels engranatges es va allargar cinc vegades.
2. Tractament d'enduriment: frena la propagació de les esquerdes
Enrotllament superficial: fent rodar un corró sobre la superfície, s'eliminen les imperfeccions de processament i es crea una tensió de compressió residual. Això alenteix la velocitat a la qual s'estenen les esquerdes a les peces d'aliatge d'alumini en un 60%.
Enduriment de la transformació de fase: per a materials com la ceràmica de zirconi, el sorrat fa que la superfície canviï de fase t a fase m. L'esforç de compressió de l'expansió del volum s'utilitza per combatre la força que fa que les esquerdes s'estengui, la qual cosa fa que la resistència a la flexió augmenti entre un 15% i un 20%.
Conclusió clau: el tractament superficial dissenyat científicament pot fer que les peces siguin molt més fortes en comptes de fer-les més febles mitjançant mètodes com l'estrès de compressió residual, el refinament del gra i l'enduriment per transformació de fase.
2, El perill d'una mala artesania: el punt clau entre millorar la força i empitjorar el rendiment
El tractament superficial pot fer que les coses siguin més fortes, però si els paràmetres del procés no estan regulats o els materials no funcionen bé junts, la força pot baixar. Això es deu principalment als tres mecanismes següents:
1. Massa enduriment fa que les coses es trenquin fàcilment.
Una empresa va utilitzar massa tractament de cementació a temperatura a les vàlvules d'acer inoxidable per fer-les més resistents al desgast. Això va fer que la capa de carbur a la superfície fos més gruixuda de 0,8 mm i els carburs s'acumulessin als límits del gra, cosa que va provocar esquerdes i va fer que la vàlvula fallés al principi de les proves de pressió.
Mecanisme: quan la duresa de la superfície és superior al límit de duresa del material del nucli, és probable que les esquerdes s'estengui de la capa dura i trencadissa al nucli tou. Això s'anomena mode de fallada "dura i trencadissa".
2. L'esforç de tracció residual accelera l'inici de les esquerdes.
Cas: un tractament inadequat de galvanoplastia va provocar que s'acumulés una tensió de tracció residual al contacte entre el recobriment i el substrat d'un determinat eix de la caixa de canvis del cotxe. La densitat d'esquerdes va augmentar tres vegades quan la mostra es va sotmetre a esforços alternatius.
Mecanisme: si la galvanoplastia, el revestiment químic i altres processos no mantenen l'estat de tensió del recobriment sota control, es pot afegir una tensió de tracció per equilibrar l'efecte de reforç de l'estrès de compressió superficial.
3. El dany a la superfície fa que s'acumuli l'estrès.
Després de ser arenat a alta pressió, van aparèixer microesquerdes a la superfície dels implants de ceràmica de zirconi. En proves de mastega simulades, la velocitat de propagació de l'esquerda va ser el doble de ràpida que la de les mostres no tractades. Això significava que el perill de fractura precoç en l'ús clínic era molt més gran.
Mecanisme: si els paràmetres dels tractaments mecànics com ara el sorra i la mòlta són incorrectes (per exemple, si la pressió és massa alta o les partícules abrasives són massa petites), la superfície es pot danyar més profundament que la capa d'estrès de compressió, cosa que pot provocar una fractura.
El punt principal és que l'efecte negatiu del tractament superficial sobre la resistència és causat per un mal processament, no per la tècnica en si. Per eliminar riscos, hauríeu d'optimitzar els paràmetres i la qualitat de les proves.
3, Propietats del material i adaptabilitat del procés: la idea principal de l'optimització de la força
Els atributs físics dels diferents materials, com la duresa o la duresa que són i com canvien de fase, afecten directament la manera de triar i configurar les tècniques de tractament de superfícies. Les següents són maneres habituals de modificar materials:
1. Materials metàl·lics: equilibri de l'estrès de compressió residual i la duresa
Aliatge de titani: el granallat (amb un diàmetre de 0,6 mm i una pressió de 0,4 MPa) és el primer pas per evitar ratllar la superfície amb abrasius durs com el carbur de silici. Després del processament, cal rentar amb àcid per desfer-se dels abrasius que quedin enganxats a la superfície.
Aliatge d'alumini: per crear una tensió de compressió residual sense fer que la superfície sigui massa rugosa o disminuir la seva resistència a la fatiga, s'utilitza el sorra de perles de vidre (amb una mida de partícula de 120 malles i una pressió de 0,3 MPa) en combinació amb l'anodització.
Acer inoxidable: utilitzant nitruració a baixa -temperatura (520 graus) i granallat d'acer inoxidable (mida de partícula 80 malla, pressió 0,5 MPa) per equilibrar la duresa de la superfície i la resistència a la corrosió.
2. Materials ceràmics: enduriment mitjançant canvi de fase i control de danys
Ceràmica de zirconi: la pressió del sorra ha de ser inferior a 0,25 MPa i el temps ha de ser inferior a 20 segons. Això evitarà que la profunditat del dany superficial sigui superior al gruix de la capa d'estrès de compressió (aproximadament 50 μm). Alternativament, es pot utilitzar gravat làser amb una baixa densitat d'energia (menys o igual a 5 J/cm²) per evitar el craqueig tèrmic.
Ceràmica de nitrur de silici: per fer una estructura microporosa, el millor mètode és el gravat químic (àcid mixt HF + HNO3). Per millorar la força adhesiva sense causar danys mecànics, s'utilitza el bloqueig mecànic.
3. Materials compostos: reforçant el contacte i aturant la delaminació
La polvorització de plasma (potència de 5 kW, cabal d'argó de 30 L/min) s'utilitza per fer una capa de transició metàl·lica a la superfície del material compost reforçat amb fibra de carboni. Això fa que el recobriment s'enganxi millor i evita que les fibres es trenquin quan es freguen directament amb sorra.
El revestiment làser (potència 2 kW, velocitat d'escaneig 10 mm/s) deposita recobriments resistents al desgast-a la superfície dels materials compostos basats en metall-. L'entrada de calor es gestiona acuradament per evitar que el substrat i la fase de reforç es separin.
El punt principal és que les qualitats del material dicten com d'adaptable és el procés, i s'ha d'utilitzar la base de dades "Rendiment del procés del material" per guiar el disseny dels paràmetres. Per exemple, l'"Especificació del procés de tractament de superfícies" (GJB 5098-2008) estableix la finestra del procés per a diferents materials a l'àrea d'aviació.