ההשפעה של עבודה קרה וטיפול חום על התנגדות חומרית במגרעות פלדה

מרכיבים פלדה יוצרים את עמוד השדרה של תשתיות מודרניות, מכונות, תחבורה.השימוש הנרחב שלהם נובע משילוב יוצא דופן של כוח, עמידות, וחסכוניות-יעילות, עם זאת, אפילו החלקים הטובים ביותר פלדה יכולים להיכשל בתנאי שירות - באופן חריג במקרים רבים - אם המבנה הפנימי של החומר אינו מותאם יותר לעומסים ולסביבה המיועדים שלו.

כישלונם של מכניזם בפלדה

לפני התגברות על התהליכים לשיפור התנגדות הכישלון, חיוני להבין את הדרכים העיקריות שרכיבי פלדה נכשלים בשירות.כישלון הוא אירוע יחיד בלבד; בדרך כלל הוא תוצאה של הצטברות הדרגתית של נזק או עומס בלתי צפוי.

• (ב) ⁇ :0 (Fatigue: FLT:1) סדקים תחת לחצים חוזרים או מחזוריים, לעתים קרובות מתחת לחוזק התשואות של החומר.
• (ב) ⁇ :0) ,brittle Chevrea: 1FLT 1 סודדן, קידוד מהיר עם עיוות פלסטי קטן.זה קורה לעתים קרובות בטמפרטורות נמוכות או בחומרים עם קשיחות נמוכה.
• (ב) ,0) , כישלונו של דקטי רב: 1 (ב) לפני פיזור פלסטי משמעותי, כגון צוואר תחת עומס רב.
• (FLT:0Corrosion and Stress-corrosion סדקing:FLT) 1 התקפה כימית החריפה על ידי לחץ רביר, המוביל לכישלון בסביבות אגרסיביות.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התנגדות יעילה לכישלונות פירושה שליטה במנגנונים אלה – עיכוב סדקים, להאט את צמיחת הסדקים, למנוע שבר פתאומי, ולשמור על שלמות פני השטח. עבודה קרה וטיפול בחום לצרכים אלה על ידי שינוי התכונות המכאניות של הפלדה ברמה בסיסית.

המתכת של עבודה קרה

מכניזם של Strain Harding

עבודה קרה, הידוע גם כעבודה קשה או מתח קשיח, הוא עיוות הפלסטיק של פלדה בטמפרטורות מתחת לנקודת ההרסה שלה - טמפרטורה בחדר רטיבית. במהלך עיוות (למשל, מתגלגל, ציור, זיוף, או bending), את הציפוי של פלדה עובר להחליק לאורך מטוסים גבישיים.

הקשר בין עבודה קרה וכוח מתואר היטב על ידי משוואה טיילור:0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ הוא כוח הרהר ו ⁇ הוא צפיפות פירוק. פלדה מעובד קר מאוד יכול להיות צפיפות dislocation כמה פקודות של גודל גבוה יותר מאשר עמיתו נחסבת, המוביל לעלייה משמעותית בכוח - לפעמים על ידי גורם של שניים או יותר.

השפעות על תכונות מכניות

עבודה קרה משפרת את העוצמה של ה- Tenile, כוח התשואות והקשידות.זה מועיל מאוד ליישומים הדורשים יכולת גבוהה של עומס ולבוש התנגדות. עם זאת, טוהר ונוקשות בדרך כלל יורדת.החומר הופך להיות יותר נוטה לשבירה אם עבודה קרה היא מוגזמת או אם לא ואחריו טיפול לחץ-relief. יתר על כן, עבודה קרה מציגה מתחים חיים חיים חיים - דחוסים, חלקם, חלקם - או לעזור או לעכב את ההתנגדות שלהם בהתאם לכשל או לעכב את ההתנגדות שלהם.

שינויים ברכוש מפתח עקב עבודה קרה:

• (ב) עלייה של מדרגה ראשונה: 1FLT:1 Yield ו- Tenile Powers עולה באופן משמעותי, לעתים קרובות ביחס לשיעור ההפחתה באזור.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ בתיקון: ⁇ (ב) , הפחתה אחידה וירידה מוחלטת של טיהור, המציין אובדן של דיקטטורה.
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) שינוי בהתנהגות שבורה: 1FLT:1 המעבר החומרי מדוכסות למצבים של שברים יותר בדרגות עבודה קרות יותר.
• (FLT:0) חשיפה ללחץ סובסידי: 1FLT:1 מדגישים מדכאים על פני השטח (בכמה פעולות להרכיב) יכול לשפר את חיי העייפות, בעוד שלחצים ברייליים מבפנים עשויים לקדם סדקים.

יתרונות ומגבלות של עבודה קרה

(FLT:0) Advantages: FLT:1 עבודה קרה היא שיטה זולה וזולה ויעילה באנרגיה להגדיל את הכוח מבלי להוסיף אלמנטים של ⁇ .זה יכול גם לשפר את הדיוק ואת המשטח כאשר נעשה שימוש בתהליכים כגון ציור קר או גלגול קר.

(FLT:0) התחייבויות: 1.10.10.10.D. אובדן עקביות מגביל את יכולת הצורות לאחר עבודה קרה.חומר עשוי להפוך לאיסטוטרופי - ההסתברות שונה בכיוון של עיוות לעומת כיוון הפוך. יתר על כן, את ההשפעות ניתן להפוך על ידי חימום מאוחר (למשל, במהלך השחה), טיפול נדרש בייצור רב-שלבי.

יישומים אופייניים של פלדה מעובדת

• ברים מקפיאים עבור פירים, גרזן, ו מזרז
• דף קר לפאנלים של גוף הרכב
• Wire for Springs, Cables, and Structure Reaging
• חץ קר של חצחים וחצץ
• כלים כגון אגרוף ומתים הדורשים קשיחות גבוהה על פני השטח

התפקיד של טיפול חום

בעוד עבודה קרה מפצה פיזית את המתכת, טיפול חום הופך את המיקרו-מבנה שלה באמצעות מחזורי חימום מבוקר וקירור.היכולת של סטיל לעבור שינויים בשלב - במיוחד בין אוסטנטי, ferrite, מלטיט, ו martensite - הופכת טיפול חום לכלי חזק להתאים תכונות.

טרנספורמציות שלב בסיסיות בפלדה

פלדה היא סגסוגת של ברזל ופחמן, לעתים קרובות עם אלמנטים נוספים.בטמפרטורות גבוהות (מעל קו A3), פלדה קיימת כ austenite, שלב מעוקב ממוקד פנים שיכול לפזר פחמן משמעותי. Upon להאט קירור, austenite הופך ל-ferrite (מדורגים מרוכזים, פחמן נמוך), מלט (Fecite) ומלט (Fe3C), פנינה - austenite - austenite Structuretialrcaeric.

תהליכי טיפול בכבדות

(FLT:0) Annealing:FLT:1 הוא מפיץ פלדה לטמפרטורה מעל טווח ההרסה (בדרך כלל 50-100 ° F מעל A3), מחזיק, ולאחר מכן קירור לאט בתוך הפרווה.Annaling מייצרת רכה, דוקטריה, coarse-gated מבנה של ferrite ופניניט (או spheroidite in high-carbons).

(FLT:0)Normalizing: 1FLT דומה ל-Anealing אבל קירור באוויר עדיין במקום בכבשה.נורמליזציה מייצרת מיקרו-מבנה פניני דק יותר, מניבה עוצמה גבוהה יותר וקשות מאשר annealing תוך שמירה על דוקטרקטיות סבירה.זה משמש לחדד מבנה דגנים לאחר עבודה חם או להשיג מבנה אחיד על פני שטח גדול.

(FLT:0)Quenching:FLT:1 קירור מהיר מן הטמפרטורה המעמיקה, בדרך כלל למים, שמן, או פתרונות פולימרים. Quenching מונע פחמן דיפוזיה, מה שגורם לאוסטנטי להפוך לתוך מרטן - מבנה חזק מאוד, חזק, מתפתל, גוף ממוקד, קשיחות גבוהה וכוח של מרטן מגיע תמיד גבוה של לחץ פנימי גבוה; הוא תמיד בשימוש גבוה של לחץ פנימי.

(FLT:0) טמפינג: התחדשות פלדה מבהבת לטמפרטורה מתחת לקו A1 (בדרך כלל 150-700 מעלות צלזיוס, בהתאם לנכסים הרצויים), אחזקה וקירור. טמפינג מפחית את הבירות של מרטן על ידי כך שהוא מאפשר פחמן להשתבש כמו carbides קנס, מה שהופך את המבנה לטמפרטורות ממותרות, מעצימות ומפחית את החוזקות גבוהה יותר, תוך כדי לחץ עמוק יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את החוזקות יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את החוזקות יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את הנוקשות יותר, ולהפחית את הנוקשות יותר, ולהפחית את הטמפרטורות גבוהות יותר, ולהפחית את הלחץ הפנימיות, ולהפחית את הלחץ.

(החלל:0) תהליכים אחרים: ⁇ FLT:1 (הטרנספורמציה נוספת לביטי), המרה (לצמצם עיוות), ושיטות מקשה על פני השטח כמו carburizing, nitriding, ו induction Harding להוסיף מקרה קשה לליבה קשה.

השפעת הטיפול בהתנגדות לכישלון

טיפול חום תקין משפר באופן דרמטי את ההתנגדות למצבים שונים של כישלונות:

• (FLT:0)Fatigue: 1FLT 1 A קנס, מרטב או מבנה ביניט משפר את כוח העייפות.com מדכא מתח מקשה על פני השטח (למשל, מתחים או הפחתה) משפרים את חיי העייפות.
• (FLT:0) שברים בקריטל: 1FLT) מגביר את הקשידות ולהפחית את טמפרטורת המעבר דוקטרילית-לברי.
• (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא י"ד): "ה' (במדבר) ,ב" (במדבר כ"ד) , ).
• (FLT:0Corrosion ו- Stress-corrosion סדקing:FLT) טיפול חום יכול להפחית את הלחץ הפנימי ולשנות את מבנה המיקרו כדי לשפר את ההתנגדות בסביבות ספציפיות, אם כי בחירת ⁇ היא גם קריטית.

סינרגיה של עבודה קרה וטיפול בחום

עבודה קרה וטיפול בחום אינם בלעדית הדדית; הם לעתים קרובות משולבים בתהליך ייצור רצף בקפידה כדי להשיג נכסים כי אף תהליך לא יכול לספק לבד.

עבודה קרה לפני טיפול חום

ביצוע עבודה קרה על פלדה מלאת נשימה או נורמלית מגביר את העוצמה ואת הקשידות שלה.עם זאת, אם המרכיב עובד קר הוא לאחר מכן חום מטופל (למשל, מנוקד וממזג), ההשפעות של עבודה קרה יכול להיות באופן חלקי או לחלוטין נמחק לחלוטין כי טיפול חום כרוך רטיפסטיזציה וטרנספורמציה. לדוגמה, קר לפני queing עשוי לייצר arus atenus arus אחד לשני לחץ חזק יותר מאשר חיתוך אנרגיה קשה (מחדש) לאחר השפעה קשה על ידי קירור).

טיפול חום לפני עבודה קרה

לפני העבודה הקרה היא תרגול סטנדרטי לשחזר את הדוקטרינה ולהקטין את הכוח, המאפשר עיוות חמור יותר ללא סדקים.לדוגמה, חוט פלדה המיועד לייצור האביב הוא לעתים קרובות פטנט (צורה של טיפול אחר-כך) לייצר מבנה של פניניט עדין, אשר לאחר מכן יכול להיות קר נמשך עד רמות כוח גבוהות מאוד.

עבודה קרה לאחר טיפול חום

עבודה קרה לאחר quenching ומזג הוא פחות נפוץ כי פלדה כבר קשה וחזק. עם זאת, כמה תהליכים כמו זריקה הצצה - טכניקת עבודה קר כי מניעה מדיה spherical קטן על פני השטח - מוחל לאחר טיפול חום כדי לגרום ללחץ חיסוני יעיל. אלה מדגישים microcracks קרוב ולשפר את ההתנגדות דרמטית, קר של רצועות פלדה קשיחות (למשל, גילוח עבור גילוח) יכול להגדיל עוד יותר.

אופטימיזציה של התנגדות עם טיפול משולב

מצבי כישלונות מרכזיים שייהנו מסינרגיה כוללים:

• (FLT:0)Fatigue: FLT:1 Shotהצצה (עבודה קרה) לאחר טיפול חום מייצר מתחים משטח דחוס שיכול להכפיל או משולש חיי עייפות רכיבים כגון מעיינות, הילוכים, פירים.
• (FLT:0) קשיחות רוח: FLT:1ir לסרב לגודל הדגנים לפני הרחם באמצעות עבודה קרה מבוקרת מחזורי טיפול חום משפר את העוצמה והקשוחה (החלל-פטריך חיזוק).
• (FLT:0) Wear:cioFLT:1 , מקרה קשה (טיפול חם) בשילוב עם ליבה קשה (מבוגר או ביניט) מתנגד לשני צפי השטח ללבוש ולפגוע שברים.
• (FLT:0) סדקים של שבץ: חליל:1 , טיפול בחום מתח (למשל, מזג אוויר קצר) יכול להפחית את הלחץ השוני שנוצר על ידי עבודה קרה, צמצום הרגישות.

יישומים מעשיים ומחקרי מקרים

רכב Transmission Gears

גיר חייב להתנגד עייפות מתפתלת, עייפות מתפתלת, ללבוש.ייצור טיפוסי: זיוף (עבודה חמה) גילוח גסה (מקשה על הפנים על -900 מעלות צלזיוס) quench ומזג - סיום שחיקה הצצה הצצה הצצה . המקרה הקרבורגן מספק משטח קשיח, עונד עמיד עם מתחים דחוסים גבוהים, בעוד הליבה נשאר קשה.

High-Strength Springs

ספרינגס לפעול תחת טעינה מחזורית ולא חייב להגדיר או לשבור חוט מוסיקה (פלדה גבוהה פחמן) הוא פטנט (טיפול חום אחר) כדי ליצור פניניט עדין, ולאחר מכן קר נמשך עד מאוד כוח גבוה מאוד (לעתים קרובות >2 GPa) ציור קר שמושך עבודה קשה את פניניט ומיישר את הlamellae, וכתוצאה מכך חומר עם מגבלות גמישות ועייפות מעולה.

חיתוך כלים ו Dies

פלדה כלי המשמשים חיתוך, להרכיב, ובולעת דורש קשיחות גבוהה ללבוש התנגדות יחד עם מספיק קשיחות למנוע שבבים.תוואי טיפוסי: פלדה כלי נישה ⁇ קשה (מקשים + quench) מזג (לעתים קרובות מספר רב של מזגים) לסיים את הטיפול הקר הרדוד (subאפס קירור) כדי להמיר עבודה קרה נשמרת בצורת או להתפרץ כדי לשפר את חום, לפני טיפול קשה.

פלדה סטרקטיבית עבור גשרים ובניה

בעוד פלדות מבניות רבות משמשות במצב כרומל או נורמלי, כמה ציונים גבוהים גבוה הם מצופים וממוסמכים (למשל, ASTM A514). עבודה קרה בדרך כלל אינה מוחלת על חלקים כבדים, אבל היווצרות קר של צלחות (בריצה, מתגלגל) יכול להציג מתחים חיים.

בקרת תהליכים וביטוח איכות

כדי להשיג באופן עקבי את ההתנגדות הרצויה לכישלון, מהנדסים חייבים לשלוט בפרמטרים של תהליכים בדיוק.

• (FLT:0) דונם של עבודה קרה: FLT:1 הפחתה של אחוז באזור או עובי יש לעקוב כדי למנוע אובדן מופרז של דוקטריות. בפועל, רוב העבודה הקרה היא ואחריו תיקון או לחץ-relief anneal אם יש צורך יותר עיוות.
• (FLT:0) קצב ההבראה והקירור: FLT:1בטיפול בחום, שיעור החימום והקירור קובע את הטרנספורמציות של שלב איטי יכול להוביל למבני קורקזה, חלשים; ריצוף מהיר מדי יכול לגרום לעיוות או סדק.
• (FLT:0) אחידות טמפרטוריות: 1FLT:1ure-סעיפים גדולים עשויים לחוות ⁇ טמפרטורה המוביל למבנה מיקרו-מבנה לא אחיד ומדגישים שוכנים.
• (FLT:0) Atmosphere control: FLT:1 Decarburburulation (ירידה של פחמן מן פני השטח) מחליש את האטמוספירה הגנונית או את השפע של אבק משמשים עבור רכיבים קריטיים.
• (FLT:0) פרמטרים של Tempering:FLT:1 וטמפרטורה חייבים להיות אופטימיזציה עבור שילוב הרצוי של כוח ונוקשות.

בדיקות איכות כוללות בדיקות קשיחות, בדיקות פילים, בדיקות השפעה צ'רפי עבור קשיחות, בדיקה מתכתית ושיטות לא הרסניות (ultrasonic, חלקיקים מגנטיים, X-ray) מבוצעות עבור רכיבים שבהם החיים המחזוריים הם קריטיים.

מסקנה

עבודה קרה וטיפול חום הם שניים מהכלים החזקים ביותר הזמינים למהנדסי חומרים לשיפור ההתנגדות של רכיבי פלדה.עבודה קרה מגבירה את הכוח באמצעות לחץ מתוחך ויכולה להציג מתחים דחוסים, אך היא מפחיתה את הטיפול הניחומים, באמצעות שינויים מבוקרים, יכולה לייצר מגוון רחב של מיקרו-מבנה - החל מרכה ודממה ועד ללחות קשה ומחממה - ומאפשרת התאוששות של דוקטריות באמצעות תהליכים קלים, החלים, תוך כדי להתגבר על תהליכים קשים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים על ידי תפקודים, תוך כדי לחץ, החלים, החלים, תוך כדי התמודדות, תוך כדי לחץ על ידי שימוש בתהליכים קשים, תוך כדי לחץ על ידי שימוש בתהליכים של פעילות עצביים, החלים, בין התהליכים המוח, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, תוך כדי לחץ על ידי שימוש בתהליכים של פעילות עצביים, החלים, החלים, החלים, תוך כדי לחץ על ידי שימוש בשרירים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, החלים, על ידי שימוש בשרירים, החלים, החלים

הבנת היסודות המתכתיים - מכניקת פירוק, דיאגרמות שלב, קינטיקה טרנספורמציה - מהנדסים עיצוב זרמי ייצור אשר להפיק ביצועים מקסימליים מכל סגסוגת.As תעשיות לדחוף מוצרים קלים, חזקים יותר, ועוד עמידים יותר, השילוב האינטליגנטי של עבודה קרה טיפול חום יישארו אבן הפינה של ייצור פלדה. התקדמות מתמשכת בתהליך, חיישן, וטיפוח ציוד נוסף לשפר את האמינות והאמינות של טיפולים אלה, אשר יכולים לעמוד מול אתגרים של מכונות פלדה.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]