Kumlama işleminin malzemenin yüzeyine etkisi nedir? Tek bir makalede anlayın
Yazar: Yu Ying Wei, Shen Xi, Li Zhiyong, Changhe Aircraft Industry Group Co., Ltd., "metal işleme (soğuk)"
Bilye dövme, yüzey güçlendirme proseslerinden biridir.Diğer yüzey modifikasyon prosesleri ile karşılaştırıldığında proses nispeten basittir ancak kullanım etkisi çok önemlidir.Havacılık, lokomotif, otomobil vb. Çeşitli alanlarda uygulanmıştır.
Püskürtme işleminin prensibi, fırlatılan mermileri, malzemeyi güçlü bir şekilde etkilemek, yüzeyde küçük çukurlar oluşturmak, malzemenin yüzeyinde plastik deformasyona neden olmak ve böylece metal yüzeyde artık gerilmeye neden olmaktır. Yüzey tabakasının altındaki sıkıştırılmış kristal taneciklerin orijinal şekline geri getirilmesi gerektiğinden, malzemenin yüzeyini güçlendiren üniform bir artık sıkıştırma gerilme tabakası üretilecektir.Pilleme işleminden sonra malzemenin yüzey tabakasının yapısı değişir ve kristal taneleri rafine edilir. Çıkık yoğunluğu artar, kafes distorsiyonu artar ve son olarak yüksek bir artık sıkıştırma gerilimi oluşur. Malzemenin yüzeyinde artık gerilmenin varlığı, malzemenin yorulma direncini ve yorulma ömrünü önemli ölçüde artıracak, malzeme yüzeyinin mukavemetini ve sertliğini ve gerilme korozyonuna ve yüksek sıcaklık oksidasyonuna karşı direnci artıracaktır.
1. Test malzemeleri
Deney için yüksek malzeme mukavemeti, iyi termal mukavemet, iyi işlenebilirlik ve iyi elektrik kaynağı ve kaynak performansına sahip 2A14 alüminyum alaşım namlu şeklindeki parçalar seçilmiştir Spesifik bileşenler Tablo 1'de gösterilmiştir.
Tablo 12A14 alüminyum alaşımı kimyasal bileşimi
2A14 alüminyum alaşım namlu şeklindeki parçaları 4 gruba ayırın (bkz.Şekil 1), birinci grup yüzey pürüzlülük değeri Ra = 0,30 0,65 m, ikinci grup yüzey pürüzlülük değeri Ra = 0,20 4,71 m ve üçüncü grup pürüzlü yüzeye sahiptir Derece değeri Ra = 6.5 7.1m ve dördüncü grup yüzey pürüzlülüğü değeri Ra = 1.40 1.75m.
(A) İlk grup
(B) İkinci grup
(C) Üçüncü grup
(D) Dördüncü grup
Şekil 1 Püskürtme işleminden önceki parçalar
Bir pnömatik kumlama makinesi modeli SP1200 G4 kullanılarak, çalışma prensibi Şekil 2'de gösterilmektedir. Cam elyaf takviyeli plastik bilye, negatif basınç altında yüksek basınçlı nozüle adsorbe edilir ve püskürtme, yüksek basınç etkisi altında parçanın yüzeyine püskürtülür. Parça yüzeyinde plastik deformasyon oluşur. Kum püskürtme peletleri, AMS 2431/6 standardını karşılayan AGB70 cam peletlerden yapılmıştır ve görünüşleri Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 2 Shot peening
Şekil 3 Cam peletler
Şutla çekiçleme mukavemetinin doğrulanması, Şekil 4'te gösterildiği gibi kendi kendine yapılan takımları benimser. ALMEN test parçasını doğrulamak için standart taban, kendi kendine yapılan alete vidalarla sabitlenir ve ALMEN standart test parçası, standart tabana sabitlenir.
ALMEN standart test parçaları, SAE J 442 ve AMS 2431/2 belgelerinin gereksinimlerini karşılar. Test sayısı minimum gereksinimi 4 kez karşılar.
Şekil 4 Ev yapımı aletler
2. Test yöntemi
1. Atış çekiçleme basıncının ve atış akışının seçimi
Atış çekiçleme sırasında, belirli bir basınçlı hava akışı koşulu altında, mermi, malzemenin yüzeyine etki etmek için belirli bir kinetik enerji ile düzenli bir mermi akışı oluşturur. Merminin fırlatma hızı ve darbe kuvveti, hava basıncı ile belirlenir ve malzemenin plastik deformasyon derecesi, malzemenin yüzeyindeki bilyeli çekiçlemenin mukavemeti ile belirlenir. ALMEN test parçasının doğrulanması ile doyma eğrisi çizilir, doygunluk noktası belirlenir ve karşılık gelen bilye çekiçleme mukavemeti belirlenebilir. Hava akış basıncı değerini belirlerken, malzeme yüzeyindeki aşınmayı azaltmak için daha düşük bir hava akış basıncı kullanmayı düşünün.
Mermi akış hızı, birim zamanda nozül tarafından fırlatılan mermi sayısıdır.Akış hızı, hava akış basıncı ile ilgilidir.Düşük hava akış basıncı, düşük akış hızına karşılık gelmelidir.Bu kısım için, hava akış basıncı 0.5 × 105 Pa olarak seçilmiştir ve mermi akış hızı 3kg / dk'dır. Mermi akışı ve hava basıncı belirlendikten sonra, püskürtme tabancasının yukarı ve aşağı hızı ayarlanarak farklı bilyeli çekiçleme kuvvetleri elde edilebilir.Püskürtme tabancasının yukarı ve aşağı hızı sırasıyla 300 mm / dak, 600 mm / dak ve 900 mm / dak olarak ayarlandığında parçalar elde edilebilir. Püskürtme kuvveti üç sabit değerdir: 0,35 mm (A), 0,31 mm (A) ve 0,27 mm (A).
2. Shot çekiçleme süresinin belirlenmesi ve kapsamın tespiti
Kumlama süresi, ALMEN test parçasının doygunluk süresi ile belirlenir, ancak parçanın yüzeyinde% 100 kaplamaya ulaşma süresi, test parçasının doygunluk süresine göre referans olarak kullanılabilir.Avrami denklemi, ortalama kapsama için rastgele istatistiklere dayanmaktadır Parçacıkların varış hızının tutarlı olduğunu varsayarsak, denklem şu şekildedir:
Formülde, C kapsama (%); n, Avramy indeksidir; r, göçük yarıçapıdır; R, göçük oluşturmanın ortalama hızı; t, göçük oluşturmak için gereken zamandır.
Avrami denklemine göre kapsama oranının% 100'e yaklaştığı görülürken teorik olarak% 100'e ulaşmak imkansızdır. Nihai% 10'luk kapsama için gereken süre, ilk% 90'lık kapsama için gereken sürenin 1,5 katıdır. % 100 kapsamın son% 1'ine ulaşmak için gereken atış dövme süresi, toplam sürenin yaklaşık% 20'sini oluşturacak ve% 99 kapsama durumunda son% 2 kapsama ulaşmak için gereken atış dövme süresi, toplam sürenin% 40'ına yakın olacaktır. , Pozisyonların% 85'i iki veya daha fazla vuruldu ve pozisyonların% 50'si 5 veya daha fazla kez vuruldu. Genel olarak kapsama oranı% 98'e ulaşırsa,% 100 kapsama eşit olduğu söylenebilir. % 100 kapsama elde etmek istiyorsanız, aşırı vuruşlara neden olabilir. % 98 kapsama kontrolü, atış dövme süresinden önemli ölçüde tasarruf sağlayacaktır. Yukarıdaki formülden çıkarıldığında, çukurun yarıçapı merminin yarıçapıdır ve çukurun ortalama oluşma hızı, yaklaşık olarak jet hızıdır ve% 100 kapsama ulaşma süresi 20 dakikadır.
Yüzey kaplaması floresan yöntemiyle ölçülür.Pozitif vuruştan önce, parçanın yüzeyine bir kat floresan madde uygulayın ve parçanın yüzeyinin tamamen bir flüoresan madde tabakası ile kaplandığından emin olmak için siyah bir ışık altında ışınlayın ve ardından parçalar vurularak çekiçlenir. Kumlama işleminden sonra, siyah ışık altında ışınlanır.Floresan yoksa veya neredeyse hiç flüoresan yoksa, kapsama oranının% 100'e ulaştığı yargılanabilir. Spesifik süreç Şekil 5'te gösterilmektedir.
(A) Floresan ajan kaplamanın parçaların yüzeyi üzerindeki etkisi
(B) Parçalar vurulmadan önce
(C) Kumlama sonrası parçaların etkisi
Şekil 5 Kapsama testi süreci için Floresans yöntemi
Bir parçayı seçin ve kumlamadan sonra yüzeyinin morfolojisini daha da inceleyin Şekil 6a ve Şekil 6b'de gösterildiği gibi, mermi kraterlerinin parçanın yüzeyinde eşit olarak dağıldığı ve atış yapılamayacak bir yüzey olmadığı Şekil 6a ve Şekil 6b'den görülebilir. , Floresans kapsama testi ile tutarlı olan, yüzey kaplamasının iyi olduğunu gösterir. Büyütmeden sonra, Şekil 6c'de gösterildiği gibi, yüzeyde herhangi bir çatlak oluşmadı ve daha yoğun bir güçlendirme tabakası oluştu.
(A)
(B)
(C)
Şekil 6 Alüminyum alaşımlı namlunun kumlama sonrası yüzey morfolojisi
Üç, yüzey pürüzlülüğü analizi
Yaklaşık 2m uç eğrilik yarıçapına sahip elmas kalem, ölçülen yüzey boyunca yavaşça kaymak için kullanılır Elmas kalemin yukarı ve aşağı yer değiştirmesi, elektriksel uzunluk sensörü tarafından elektrik sinyallerine dönüştürülür.Güçlendirme, filtreleme ve hesaplamadan sonra, ekran ölçer yüzey pürüzlülük değerini gösterir. Ve kontur yüzeyinin pürüzlülüğünü değerlendirmek için Ra'yı kullanın.
2A14 alüminyum alaşımının yüzey pürüzlülüğü bir pürüzlülük ölçer ile test edildi ve Tablo 2'de gösterildiği gibi bilyeli çekiçlemeden önce ve sonra yüzey pürüzlülüğü ölçüldü. Püskürtme uygulanmamış parçanın yüzey pürüzlülük değeri küçük olduğunda, bilyeli çekiçlemeden sonra yüzey pürüzlülüğü değeri artmaya başlar.Bunun nedeni, bilyeli çekiçlemeden önce parçanın yüzey sertliğinin çok yüksek olmaması, parçanın yüzeyinin nispeten homojen olması ve merminin parça yüzeyinde oluşturduğu darbe enerjisidir. Düzensizdir, malzemenin nispeten düz yüzeyinde daha büyük çukurların oluşmasına neden olur ve bu da yüzey pürüzlülük değerinde bir artışa neden olur; ancak bilyeli ile dövülmüş parçanın yüzey pürüzlülük değeri büyük olduğunda parçanın yüzeyi düzensizdir Mermi parçanın yüzeyine eşit bir hızda çarptığında, yüzeyin plastik deformasyonuna neden olacak ve bu da orijinal pürüzlü ve pürüzlü yüzeyi düzleştirecektir.
Tablo 2 Alüminyum alaşımın yüzey pürüzlülüğüne bilyeli dövme işleminin etkisi
Tablo 2'den görülebileceği gibi, farklı bilyeli çekiçleme mukavemetleri altında, yüzey tarafından üretilen mukavemet ne kadar yüksekse, nispeten düşük mukavemetinin yüzey üzerindeki etkisi o kadar büyüktür, ancak yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkinin genel eğilimi aynıdır. Parçanın yüzeyindeki bilyeli çekiçlemenin gerçek etkisi, büyük ölçüde merminin parçanın yüzeyindeki enerji aktarımına bağlıdır ve enerji esas olarak merminin kalitesine ve hızına bağlıdır.Şekil 7, mermi parçacıklarının kuvvet ve ivme yönünün şematik diyagramını göstermektedir.
Şekil 7 Mermi parçacıklarının kuvvet ve ivme yönü
Newton'un ikinci yasasına göre, merminin diferansiyel denklemi şu şekilde tanımlanabilir:
F, mermi parçacıkları tarafından alınan sürükleme kuvvetidir ve şu şekilde ifade edilebilir:
Formülde M, merminin kütlesidir (kg); cx sürükleme katsayısıdır; vG, çıkış hava hızıdır; pG, nozül çıkış hava yoğunluğu (kg / mm3); vt, nozül çıkış hava akışındaki mermi hızıdır (m / s); d Merminin çapıdır (mm).
Mermi parçacığının diferansiyel denklemini alın
Formülde t, merminin nozül yoluyla işlenen yüzeye püskürtüldüğü zaman (lar) ı; p, merminin yoğunluğudur.
Termodinamik formüle göre
Formülde p0 ve 0 sırasıyla standart atmosfer basıncı ve standart atmosfer basıncı altındaki yoğunluk; P ve G sırasıyla çalışma basıncı ve çalışma basıncı altındaki yoğunluktur.
Merminin kütlesi göz ardı edilebilir ve merminin hareketinin son diferansiyel denklemi
C integral sabiti olduğunda, sınır koşulları t = 0 ve mermi hızı v = 0, c = 1 / vG olduğunda,
Yukarıdaki kesinti formülünden, farklı bilyeli çekiçleme işlemi parametrelerinin yüzey performansı üzerindeki etkisinin şu nedenlerle ilişkilendirilebileceği görülebilir: merminin kinetik enerjisi, nozuldan gelen mermi çıkışının hızı, merminin parçanın yüzeyine ulaşma süresi, merminin yoğunluğu ve süre ile ilgilidir.
Parçanın yüzey pürüzlülüğünün daha geniş bir aralıkta kontrol edilmesi gerekiyorsa, yani parçanın yüzey durumunu değiştirmek için merminin boyutunun ayarlanması gerekir.Bu, sadece kumlama sonrası parça yüzeyinin mikroskobik agrega şekil özelliklerini yansıtmaz, aynı zamanda yüzey çukurunun konturunu da yansıtır. Maksimum yükseklik, düz olmayan yüzeyleri de kontrol edebilir. Parçaların yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etki sadece bilyeli çekiçlemenin gücü ile değil, aynı zamanda bilyeli çekiçleme parçacıklarının boyutu ve yüzey kapsamı ile de ilgilidir.
Milyonlarca işleme arkadaşıyla iletişim kurmak için [Machine Processing (Outsourcing) Exchange] grubuna katılmaya hoş geldiniz ve ayrıca ücretsiz satın alma bilgileri, ikinci el takım tezgahları, teknik çözümler, işe alım vb.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)
