تجزیه و تحلیل در مورد خستگی قطعات فلزی و اندازه گیری افزایش استحکام خستگی

خلاصه:دلایل موثر بر آسیب خستگی قطعات فلزی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از طریق آزمایشات مشخص شد که آسیب به قطعات فلزی تحت بارهای دینامیکی ناشی از دو شرایط است: سایش و خستگی. بر این اساس، شش اقدام برای بهبود قدرت خستگی پیشنهاد شد.

کلید واژه ها:قطعات فلزی؛ فشار؛ خستگی؛ اندازه گرفتن

1. دلایل موثر بر آسیب خستگی قطعات فلزی

آسیب خستگی قطعات عمدتاً در نقاط تمرکز تنش بالا وجود دارد. به طور کلی، تحت اثر تنش متناوب، پس از تغییر شکل های پلاستیکی متعدد مواد، ترک های میکرو ایجاد می شود. این ریزترک‌ها علت اولیه آسیب خستگی قطعات هستند. به طور کلی، دو علت آسیب به قطعات فلزی تحت بارهای دینامیکی وجود دارد: سایش و خستگی. بازوهای اختلاط، چرخ دنده‌های باز، یاتاقان‌ها و درام‌های بالابر میکسرهای بتن تحت فشارهای متناوب مختلفی قرار می‌گیرند که می‌تواند باعث خستگی و سایش به درجات مختلف شود. بر اساس داده های آماری، حدود 80 درصد از شکستگی های قطعات ناشی از خستگی مواد است و مقاومت در برابر خستگی قطعات در طول عمر آنها اهمیت زیادی دارد. دلایل خستگی بسیار متفاوت است. بنابراین درک وقوع خستگی و انجام درمان علمی به موقع و منطقی برای بهبود بیشتر مقاومت خستگی قطعات ضروری است.

1.1 شرایط کاری

1.1.1 اثرات فرکانس متناوب تنش

طبق آزمایش، اگر فرکانس تنش متناوب بیشتر از 104 بار در دقیقه باشد، با افزایش فرکانس، حد خستگی ماده قطعه افزایش می‌یابد. برای قطعاتی که معمولاً با فرکانس‌های تنش متناوب در محدوده 3000-10000 سیکل در دقیقه کار می‌کنند، فرکانس متناوب تأثیر قابل‌توجهی بر محدودیت خستگی ماده ندارد. با این حال، زمانی که فرکانس متناوب کمتر از 60 بار در دقیقه باشد، حد خستگی ماده در واقع کاهش می یابد.

در اثر تنش متناوب، قطعه باید قبل از وقوع شکست خستگی، تعداد معینی چرخه تنش را پشت سر بگذارد. هرچه حداکثر مقدار تنش متناوب در چرخه تنش تحت همان ویژگی‌های چرخه‌ای بزرگتر باشد، چرخه‌های کمتری قبل از وقوع آسیب، قطعه متحمل می‌شود. برعکس، هرچه مقدار حداکثر تنش متناوب در چرخه تنش تحت همان ویژگی‌های چرخه‌ای کوچک‌تر باشد، چرخه‌های بیشتری قبل از وقوع آسیب، قطعه متحمل می‌شود. زیر یک مقدار بحرانی زیر حداکثر تنش، قطعه می‌تواند چندین چرخه تنش را بدون شکست خستگی متحمل شود، که اغلب به عنوان حد استقامت ماده یا حد خستگی شناخته می‌شود.

1.1.2 تاثیر اضافه بار و بار ثانویه

در ماشین‌آلات مهندسی، بسیاری از قطعات اغلب در حالتی بالاتر از حد خستگی برای مدت کوتاهی کار می‌کنند، مانند شروع ناگهانی درام‌های سنگین، بارگیری ناگهانی میکسرها، بارگیری ناگهانی چرخ دنده‌ها و بار اضافی گاه به گاه. حد اضافه بار معمولاً برای اندازه‌گیری تأثیر بیش از حد خستگی بر آسیب خستگی استفاده می‌شود.

حد آسیب اضافه بار مواد توسط آزمایشات تعیین می شود. ابتدا منحنی خستگی کامل را بدست آورید و حد خستگی σ{{0}} را مشخص کنید. سپس از نمونه برای اندازه گیری هر مقدار بالاتر از σ استفاده کنید- آزمایش های خستگی را تحت تنش 1 انجام دهید. پس از تعداد معینی چرخه، در تنش حد خستگی کار کنید و مشاهده کنید که آیا بر عمر خستگی N0 تأثیر می گذارد یا خیر. اگر بر طول عمر تأثیری نداشته باشد، نشان می دهد که بار متناوب باعث آسیب نشده است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، تحت هر تنش اضافه بار، مرز آسیب اضافه بار با جستجوی نقاط a، b، c و غیره به دست می آید که پس از چرخه های مختلف N و نقاط اتصال a، b، c و غیره شروع به نشان دادن آسیب می کنند.

ناحیه آسیب اضافه بار به تعداد سیکل های تحت اضافه بار اشاره دارد که در این ناحیه قرار می گیرند که می تواند باعث کاهش عمر خستگی قطعه شود. بنابراین، هرچه منطقه باریکتر باشد، توانایی مواد برای مقاومت در برابر اضافه بار قوی تر است.

خط مورب روی منحنی خستگی، مقدار تحمل اضافه بار نامیده می‌شود، که نشان‌دهنده حداکثر تعداد چرخه‌های تنشی است که می‌توان تا زمانی که شکستگی تحت تنش از حد خستگی فراتر رود، تحمل کرد. هر چه خط شیب دارتر باشد، چرخه های تنش بیشتری را می تواند تحت بار اضافی مشابه تحمل کند، که نشان دهنده توانایی بالاتر برای مقاومت در برابر اضافه بار است. از طریق آزمایش‌ها مشخص شد که حد خستگی فلزات پس از کار کردن در زیر یا نزدیک حد خستگی برای تعداد معینی افزایش می‌یابد و به این پدیده تمرین زیر بار می‌گویند. بنابراین، هنگامی که اجزا یا مجموعه های مونتاژ شده برای مدتی بدون بار یا بدون بار کامل کار کنند، از یک طرف می تواند عملکرد قطعات متحرک مختلف را بهبود بخشد و در عین حال مقاومت در برابر خستگی را بهبود بخشد. قطعات و عمر مفید آنها را افزایش می دهد.

شکل 1 مرز آسیب خستگی اضافه بار

1.1.3 تأثیر دمای استفاده

اگر دما افزایش یابد، توانایی فلز برای مقاومت در برابر تغییر شکل کاهش می یابد و آن را مستعد ترک های خستگی می کند و منجر به کاهش حد خستگی ماده می شود. برعکس، اگر دما کاهش یابد، حد خستگی مواد افزایش می یابد.

1.1.4 تأثیر رسانه های زیست محیطی

به طور کلی، محیط کاری که بر اجزای مکانیکی تأثیر می گذارد را می توان به طور تقریبی به دو دسته تقسیم کرد: محیط های خورنده (محلول های آبی حاوی اسیدها، قلیاها، نمک ها و غیره، مرطوب و غیره مانند محیط کار میکسرها) و محیط های فعال محیط های فعالی که دارای اثرات جذب بر روی سطح هستند اما اثرات خورنده ندارند، مانند گریس و روغن موتور حاوی مقدار کمی اسیدهای چرب). هنگامی که قطعات در محیط های خورنده کار می کنند، مواد خورنده فلزی به راحتی در قطعات جاسازی می شوند و باعث تمرکز استرس و کاهش حد خستگی می شوند.

1.2 تأثیر عوامل سطح و اندازه بر روی قطعات

از تجزیه و تحلیل فرآیند خستگی، می توان دریافت که لغزش ناهموار فلزات تحت بارهای متناوب عمدتاً بر روی سطح فلز متمرکز است، جایی که ترک های خستگی مستعد رخ دادن هستند که بر حد خستگی تأثیر می گذارد. آسیب (علامت چاقو، علامت گذاری و غیره) و ناهمواری روی سطح قطعات می تواند باعث تمرکز استرس شود و منجر به کاهش حد خستگی شود. هر چه زبری سطح همان ماده بیشتر باشد، کیفیت پردازش سطح بالاتر، تمرکز تنش روی سطح فلز کمتر و حد خستگی بالاتر می‌رود.

1.3 تأثیر اثر درمان تقویت کننده سطح

با توجه به اینکه سطح قطعه مکانی است که در آن ترک های خستگی مستعد ایجاد ترک می باشد و همچنین مکانی است که زمانی که قطعه تحت بارهای خمشی یا پیچشی متناوب قرار می گیرد تمرکز تنش ایجاد می شود. بنابراین، عملیات سطحی قطعات در بهبود حد خستگی سطح اهمیت زیادی دارد. روش‌های درمان سطحی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از تغییر شکل سرد سطحی (شاتکاری، نورد، پرداخت غلتشی و غیره)، عملیات حرارتی سطح (کربوریزه کردن سطح، نیترید کردن، سیانید، فرکانس بالا یا خاموش کردن شعله سطح، و غیره)، پوشش و پوشش سطح. و غیره با عملیات سطحی قطعات، استحکام لایه سطحی را می توان بهبود بخشید، توزیع تنش سطحی را می توان تغییر داد، تنش پسماند را می توان بر روی سطح ایجاد کرد، در نتیجه تنش کششی روی سطح را تحت بارهای متناوب کاهش داد و از آن جلوگیری کرد. انتشار ترک های خستگی و در نهایت بهبود توانایی آن برای مقاومت در برابر محدودیت های خستگی.

1.4 اثر ساختار آلیاژی

(1) هنگامی که کربن در محلول جامد فلز (فولاد) وجود دارد، حد خستگی آن با افزایش محتوای کربن کاهش می‌یابد، مانند مارتنزیت خاموش شده با کربن بالا و متوسط ​​یا مارتنزیت گرم شده با دمای پایین.

(2) ساختار متالوگرافی.

الف. اندازه دانه. پالایش اندازه دانه می تواند درجه لغزش ناهموار را تحت تنش متناوب کاهش دهد، تولید هسته های ترک خستگی را به تاخیر بیندازد، یعنی مرز دانه ها مانعی برای انتشار ترک خستگی است. بنابراین، پالایش اندازه دانه می تواند عمر خستگی را افزایش دهد.

ب- نوع سازمانی. حد خستگی مواد مختلف به خصوص پس از عملیات حرارتی متفاوت است، مانند حد خستگی مارتنزیت سکوریت σ- 1. بالاترین، مارتنزیت خاموش شده به خوبی مارتنزیت نیست و مارتنزیت درجه حرارت بالا σ- 1 کمتر از مارتنزیت و مارتنزیت است.

(3) وجود زباله. ناخالصی های غیر فلزی در مواد فلزی مستعد ترک های خستگی هستند و در نتیجه محدودیت خستگی کاهش می یابد.

جهت الیاف فلزی. رابطه جهت بین خط جریان و تنش اصلی تأثیر قابل توجهی بر حد خستگی دارد. هنگامی که جهت جریان قطعه شکل گرفته موازی با جهت تنش اصلی باشد، حد خستگی آن بیشتر از زمانی است که آنها عمود باشند. با افزایش استحکام مواد، این تفاوت نیز بیشتر می شود.

2. اقدامات برای بهبود استحکام خستگی قطعات فلزی

به منظور بهبود مقاومت در برابر خستگی قطعات مکانیکی و مقابله علمی با تخیل خستگی در قطعات فلزی به موقع و معقول، بهبود عمر مفید محصولات مکانیکی و بهره وری تجهیزات ساختمانی بسیار مفید است. بنابراین اقدامات زیر برای بهبود مقاومت در برابر خستگی اجزای فلزی انجام می شود.

(1) مواد و ابعاد خارجی مناسب را بر اساس محیط کار و فرکانس قطعات انتخاب کنید.

(2) تا حد امکان عملکرد قطعات را در مناطق اضافه بار به حداقل برسانید.

(3) قطعات باید تحت آموزش بار ثانویه قرار گیرند تا حد خستگی خود را بهبود بخشند.

(4) از آسیب به سطح قطعات باید اجتناب شود، زبری سطح قطعات باید بهبود یابد و تمرکز تنش باید کاهش یابد.

(5) در صورت لزوم، سطح قطعات را تقویت کنید تا احتمال ترک های ناشی از خستگی کاهش یابد.

(6) انتخاب معقول مواد و درمان متالوگرافی مناسب می تواند حد مقاومت کلی در برابر خستگی قطعات را بهبود بخشد.

2024 3 مارسهفته WBM Pتوصیه محصول:

پردازش غیر استاندارد قطعات فلزی:

هنان ویچوانگ می‌تواند خدمات OEM و ODM را ارائه دهد. ما می‌توانیم قطعات فلزی غیر استاندارد را مطابق نقشه‌های ارائه شده توسط مشتریان خود سفارشی کنیم و همچنین انعطاف‌پذیرترین محصولاتی را که می‌خواهید ارائه کنیم.

ماشینکاری قطعات دقیق غیر استاندارد به این دلیل است که کشور مشخصات استاندارد مربوطه را تنظیم نکرده است و مقررات پارامتر مربوطه وجود ندارد و سایر لوازم جانبی آزادانه توسط شرکت کنترل و پردازش می شوند. انواع مختلفی از قطعات غیر استاندارد وجود دارد.

قطعات فلزی غیر استاندارد: مشتری نقشه ها را ارائه می دهد و سازنده از تجهیزات برای ساخت محصولات مربوطه مطابق نقشه ها استفاده می کند. معمولا بیشتر قالب ها استفاده می شود. الزامات تحمل و پایان همه توسط مشتری مشخص شده است و هیچ پارادایم خاصی وجود ندارد. محصول از ریخته گری تا تکمیل به طور کامل به کنترل کیفیت مربوطه نیاز دارد، فرآیند پیچیده و متغیر است و هزینه آن به طور کلی بالاتر از قطعات استاندارد است.