Akankah perawatan permukaan melemahkan kekuatan bagian-bagiannya?

一, Tujuan utama perawatan permukaan adalah untuk memperkuat dan menguatkan pada saat yang bersamaan.
Perawatan permukaan bukan hanya satu teknologi; tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kinerja dengan memodifikasi struktur dan tekanan permukaan material. Ada dua jenis perawatan permukaan utama berdasarkan cara kerjanya:
1. Perawatan yang lebih baik: membuat permukaan lebih keras dan lebih tahan terhadap keausan
Penguatan shot peening: Metode ini menggunakan proyektil berkecepatan tinggi-untuk menghantam permukaan dan menciptakan lapisan tegangan tekan sisa dengan ketebalan hingga 0,5 mm. Hal ini dapat meningkatkan kekuatan lelah lebih dari 200%. Misalnya, shot peening dapat membuat umur kelelahan bilah mesin penerbangan bertahan lebih lama dari 10^7 siklus beban, dari 500 jam menjadi 1500 jam.
Peening kejut laser: Laser berenergi-tinggi menciptakan gelombang kejut plasma yang menciptakan lapisan tegangan tekan sisa sedalam 1mm-di permukaan. Hal ini membuat ukuran butir menjadi lebih kecil, sehingga komponen paduan titanium tiga kali lebih tahan terhadap kelelahan.
Karburasi/nitridasi: Perlakuan panas kimiawi menciptakan lapisan karbida atau nitrida yang sangat keras pada permukaan (hingga 1200HV), yang membuat permukaan jauh lebih tahan terhadap keausan. Setelah karburasi, kekerasan permukaan roda gigi otomotif meningkat dari 35HRC menjadi 60HRC, dan umur roda gigi diperpanjang lima kali lipat.
2. Perawatan pengerasan: memperlambat penyebaran retakan
Penggulungan permukaan: Dengan menggulung roller di atas permukaan, ketidaksempurnaan pemrosesan dihilangkan dan tegangan tekan sisa tercipta. Hal ini memperlambat laju penyebaran retakan pada komponen paduan aluminium sebesar 60%.
Penguatan transformasi fase: Untuk material seperti keramik zirkonia, sandblasting menyebabkan permukaan berubah dari fase t ke fase m. Tegangan tekan akibat pemuaian volume kemudian digunakan untuk melawan gaya yang menyebabkan retakan menyebar, sehingga kekuatan lentur meningkat sebesar 15% hingga 20%.
Kesimpulan utama: Perawatan permukaan yang dirancang secara ilmiah dapat membuat komponen menjadi lebih kuat dan bukannya menjadi lebih lemah dengan menggunakan metode seperti tegangan tekan sisa, penghalusan butiran, dan penguatan transformasi fasa.
2, Bahaya pengerjaan yang buruk: titik kunci antara meningkatkan kekuatan dan memperburuk kinerja
Perlakuan permukaan dapat membuat benda menjadi lebih kuat, namun jika parameter proses tidak diatur atau material tidak bekerja sama dengan baik, kekuatannya mungkin akan menurun. Hal ini terutama disebabkan oleh tiga mekanisme berikut:
1. Terlalu banyak pengerasan membuat benda mudah pecah.
Sebuah perusahaan menggunakan terlalu banyak perlakuan karburasi suhu pada katup baja tahan karat agar lebih tahan terhadap keausan. Hal ini membuat lapisan karbida di permukaan lebih tebal dari 0,8 mm, dan karbida menumpuk di batas butir, yang menyebabkan retakan dan kegagalan katup pada awal pengujian tekanan.
Mekanisme: Ketika kekerasan permukaan lebih tinggi dari batas ketangguhan material inti, kemungkinan besar retakan akan menyebar dari lapisan keras dan rapuh ke inti lunak. Ini disebut mode kegagalan “keras dan rapuh”.
2. Tegangan tarik sisa mempercepat timbulnya retakan.
Kasus: Perawatan pelapisan listrik yang tidak tepat menyebabkan tegangan tarik sisa menumpuk pada kontak antara lapisan dan substrat poros girboks mobil tertentu. Kepadatan retak meningkat tiga kali lipat ketika sampel diberi tekanan bolak-balik.
Mekanisme: Jika pelapisan listrik, pelapisan kimia, dan proses lainnya tidak menjaga kondisi tegangan lapisan, tegangan tarik dapat ditambahkan untuk menyeimbangkan efek penguatan tegangan tekan permukaan.
3. Kerusakan pada permukaan menyebabkan penumpukan stres.
Setelah dilakukan sandblasting pada tekanan tinggi, retakan mikro muncul pada permukaan implan keramik zirkonia. Dalam uji simulasi mengunyah, laju perambatan retakan dua kali lebih cepat dibandingkan sampel yang tidak diberi perlakuan. Ini berarti bahwa bahaya patah tulang dini dalam penggunaan klinis jauh lebih tinggi.
Mekanisme: Jika pengaturan perawatan mekanis seperti sandblasting dan penggilingan salah (misalnya, jika tekanan terlalu tinggi atau partikel abrasif terlalu kecil), permukaan dapat rusak lebih dalam daripada lapisan tegangan tekan, yang dapat menyebabkan timbulnya retakan.
Poin utamanya adalah bahwa dampak negatif perawatan permukaan terhadap kekuatan disebabkan oleh pemrosesan yang buruk, bukan teknik itu sendiri. Untuk menghilangkan risiko, Anda harus mengoptimalkan parameter dan kualitas pengujian.
3, Sifat material dan kemampuan beradaptasi proses: gagasan utama di balik optimalisasi kekuatan
Atribut fisik berbagai bahan, seperti seberapa keras atau tangguh bahan tersebut dan bagaimana bahan tersebut berubah fase, secara langsung memengaruhi cara Anda memilih dan mengatur teknik perawatan permukaan. Berikut ini adalah cara umum untuk memodifikasi bahan:
1. Bahan logam: menyeimbangkan tegangan tekan sisa dan kekerasan
Paduan titanium: Shot peening (dengan diameter 0,6 mm dan tekanan 0,4MPa) adalah langkah pertama untuk menghindari goresan permukaan dengan bahan abrasif keras seperti silikon karbida. Setelah pemrosesan, pencucian asam diperlukan untuk menghilangkan bahan abrasif yang menempel di permukaan.
Paduan aluminium: Untuk menciptakan tegangan tekan sisa tanpa membuat permukaan terlalu kasar atau menurunkan kekuatan lelahnya, sandblasting manik kaca (dengan ukuran partikel 120 mesh dan tekanan 0,3MPa) digunakan dalam kombinasi dengan anodisasi.
Baja tahan karat: Menggunakan nitridasi suhu rendah-(520 derajat ) dan peledakan baja tahan karat (ukuran partikel 80 mesh, tekanan 0,5 MPa) untuk menyeimbangkan kekerasan permukaan dan ketahanan terhadap korosi.
2. Bahan keramik: ketangguhan melalui perubahan fasa dan pengendalian kerusakan
Keramik zirkonia: Tekanan sandblasting harus kurang dari 0,25MPa dan waktunya harus kurang dari 20 detik. Hal ini akan menjaga kedalaman kerusakan permukaan agar tidak lebih besar dari ketebalan lapisan tegangan tekan (kira-kira 50 μm). Alternatifnya, pengetsaan laser dengan kepadatan energi rendah (Kurang dari atau sama dengan 5J/cm²) dapat digunakan untuk mencegah keretakan termal.
Keramik silikon nitrida: Untuk membuat struktur mikropori, etsa kimia (asam campuran HF+HNO3) adalah metode terbaik. Untuk meningkatkan kekuatan perekat tanpa menyebabkan kerusakan mekanis, penguncian mekanis digunakan.
3. Bahan komposit: memperkuat kontak dan menghentikan delaminasi
Penyemprotan plasma (daya 5kW, laju aliran argon 30L/mnt) digunakan untuk membuat lapisan transisi logam pada permukaan material komposit yang diperkuat serat karbon. Hal ini membuat lapisan menempel lebih baik dan mencegah serat pecah saat di-sandblasting secara langsung.
Pelapis laser (daya 2kW, kecepatan pemindaian 10mm/s) mengendapkan-lapisan tahan aus pada permukaan material komposit berbasis logam-. Masukan panas dikelola dengan hati-hati untuk menjaga agar substrat dan fase penguat tidak terpisah.
Poin utamanya adalah kualitas material menentukan seberapa mudah beradaptasi suatu proses, dan database "Kinerja Proses Material" harus digunakan untuk memandu desain parameter. Misalnya, "Spesifikasi Proses Perawatan Permukaan" (GJB 5098-2008) mengatur jendela proses untuk material berbeda di area penerbangan.