Бөлшектің істен шығуын шешу: Шойылған бөлшектердің істен шығуын талдау жөніндегі зерттеу

ҚЫСҚАША

Соқармалы бөлшектерді қолданып, бөлшектердің істен шығуын шешетін жағдайларды зерттеу түбірлі техникалық тексеруді талап етеді. Құрылымдық металлургиялық талдау, механикалық сынақтар мен күрделі симуляциялар арқылы материалдағы ақаулар, технологиялық қателер немесе конструкциялық кемшіліктер сияқты мәселелерді анықтауға болады. Шешім ретінде жиі термиялық өңдеу режимдерін жетілдіру, материал химиясын түзету немесе соқармалы өңдеу процесін тиімділендіру арқылы бөлшектің ұзақ мерзімділігін арттырып, болашақтағы істен шығуларды болдырмау ұсынылады.

Проблема: Соқармалы өңдеудегі бөлшектердің істен шығуын түсіну аясы

Өндірістік өндірістің жоғары деңгейдегі әлемінде, құймалы бөлшектің істен шығуы қымбатқа түсетін тоқтап қалуға, қауіпсіздікке қауіп төндіруге және үлкен қаржылық шығындарға әкелуі мүмкін. Мұндай істен шығулардың табиғатын түсіну — оны шешудің алғашқы қадамы. Құймалы бөлшектердегі істен шығулар оларды туғызатын ақаулардың түрлері бойынша жалпылама санаттандырылады. Бұл ақаулар көрінетін трещинналар мен деформациялар сияқты макроскопиялық немесе материалдың дәнекер құрылымының тереңінде жасырын жатқан микроскопиялық болуы мүмкін. Мысалы, құю қалыптарының уақытынан бұрын істен шығуы жылына миллиондаған шығынға әкеледі, себебі ол ақауланған бөлшектерді шығарады және өндірісті тоқтатады.

Түйіршіктенген бөлшектерде кездесетін жалпы ақаулар бірнеше негізгі топтарға бөлінеді. Бетіндегі ақаулар жиі кездесетін және материалдың бір-біріне бүгілуі, бірақ бірігіп кетпеуі салдарынан пайда болатын лактациялар немесе бүгілулер сияқты мәселелерді қамтиды, бұл әлсіз нүкте тудырады. Тұтқыр газдар немесе дұрыс емес материал ағыны салдарынан пайда болатын трещиндер мен көпіршіктер де жиі кездеседі. Түйіршіктенген алюминий компоненттерімен байланысты бір мысал осындай ақаулардың бөлшектің беріктігін қалай бұза алатынын көрсетті. Тағы бір маңызды мәселе — матрицаның қуысы толығымен толтырылмай, нәтижесінде толық емес немесе өлшемдік дәлдіксіз бөлшек алынатын толтыру азықтығы.

Беткі дефектілерден тыс, ішкі ақаулар одан да жедел қауіп төндіреді. Олар қаттыдану мәселелерінен пайда болатын ішкі бос кеңістіктер немесе қуыс-түзілулер және созылу концентраторлары ретінде әрекет ететін тотықтар мен сульфидтер сияқты метал емес қоспаларды қамтиды. Материалдың өзінің микроскопиялық құрылымы маңызды фактор болып табылады; дұрыс емес дән өлшемі немесе сынғыш фазалардың болуы компоненттің серпімділігін және жорамал қызмет ету мерзімін қатты төмендетуі мүмкін. H13 құрал-жабдық болатына арналған зерттеуде айтылғандай, болат матрицасындағы карбид тұнбаларының өлшемі мен таралуы сыну серпімділігіне және істен шығуға қарсы төзімділікке шешуші әсер етеді.

Методология: Істен шығуды талдау және зерттеу процесі

Сәтті болмау зерттеуі – бұл бақылауды күрделі талдау әдістерімен үйлестіретін жүйелі, көптеген мамандықтарды қамтитын процесс. Оның мақсаты – сынға немесе жарыққа симптом ретінде қарап, негізгі себепті анықтауға шығу. Бұл процесс жалпы алғанда зақымданған бөлшектің мұқият визуалды тексерілуімен және пайдалану тарихының барлық маңызды деректерін жинаумен басталады, оған пайдалану кезіндегі жүктемелер, температуралар мен өндірістік деректер де қосылады. Бұл бастапқы бағалау бұзылу түрі туралы гипотеза құруға көмектеседі.

Бастапқы бағалаудан кейін бірнеше бұзуға жол бермейтін және бұзушылық тестер қолданылады. Дәл геометриялық талдау үшін 3D оптикалық сканерлеу сияқты заманауи әдістерін қолдану арқылы инженерлерде сыналатын бөлшектің деформациясын немесе тозуын анықтау үшін оның түпнұсқа CAD моделімен салыстыру мүмкіндігі пайда болады. Бұл өлшемдік дәлсіздіктерді немесе күтпеген материалдың жоғалуын немесе қосылуының аймақтарын ашып көрсетуі мүмкін. Сонымен қатар, шойылту процесінің виртуалды симуляциясын жасауға мүмкіндік беретін, толтырылмаулар, бүктемелер немесе ауа қалтасының тұзағы сияқты ақауларды бұзбай-ақ анықтауға немесе болжауға мүмкіндік беретін қуатты құрал болып табылатын соңғы элементтердің модельдеуі (FEM) қолданылады.

Зерттеудің негізі жиі металлургиялық талдау болып табылады. Үзілу орнына ерекше назар аударыла отырып, сынған бөлшектерден үлгілер кесіледі де, микроскоптық зерттеуге дайындалады. Сканирлеу электрондық микроскопиясы (SEM) сияқты әдістер үзілу бетін (фрактография) талдау үшін қолданылады, бұл жорғалау сызықтары, хрупкий кезбе жақтары немесе пластикті шошқындар сияқты істен шығу механизмінің айқын белгілерін ашады. Химиялық талдау материалдың құрамының техникалық талаптарға сай екенін қамтамасыз етеді, ал микротапшырлықты тексеру беттік декарбонизациялау немесе жылумен өңдеудің дұрыс еместігін анықтауға мүмкіндік береді. H13 соққы қалыптарын талдау көрсеткендей, сынған бөлшектердің микрояпрысы мен қаттылығын сынбаған бөлшектермен салыстыру маңызды кілттер береді. Соңында, сынғыштыққа беріктікті сынау сияқты механикалық сынақтар материалдың трещинаның таралуына төзімділігін сандық тұрғыдан бағалайды және материал қасиеттерін тікелей жұмыс істеу көрсеткішімен байланыстырады.

Жағдай талдауы: Автокөлік компоненттеріндегі сынға ұшыраудан шешімге дейін

Бөлшектердің сынғыштығын шешудің көрнекі мысалы — айнымалы клапан уақыт бойынша реттеу (VVT) пластиналарында тұрақты трескінулер байқалатын автомобиль компоненттерінің жеткізушісінен келеді. Бөлшектер AISI 1045 көміртегі болатынан жасалған болатын, алайда жылулық өңдеуге үшінші тарапқа жіберілгеннен кейін жиі сынған күйінде қайтарылатын. Бұл мәселе компанияны шарттық міндеттемелерін орындау үшін бөлшектерді артық шығаруға және материалдың ысырапы мен жоғары шығындарға әкелетін 100% тексеруде маңызды ресурстар жұмсауға мәжбүр етті. Жеткізуші қайталанып тұратын мәселені диагностикалау және шешу үшін металлургиялық сарапшыларға жүгінді.

Зерттеу бүлінген бөлшектердің сараптамалық талдағынан басталды. Металлургтер бөлшектердің аса сынғыш екенін байқады. Микроқұрылымға жақындап қарау бөлшектердің көміртегілеген азоттауға (carbonitrided) ұшырағанын, яғни бетін қатайтудың бір әдісіне ұшырағанын көрсетті. Жеткізу тізбегі бойынша одан әрі жүргізілген зерттеу маңызды фактіні ашты: таза болат шойындары азоты бар ортада термиялық өңдеуге (annealing) ұшырайды. Термиялық өңдеу болатты дәл қиғышқа дайындау үшін қажет болса да, 1045 болатындағы таннан тазарту үшін қолданылатын алюминий мен термиялық өңдеу ортасындағы азоттың қосындысы мәселелі болды. Осы қосынды бөлшектің бетінде алюминий нитридтерінің пайда болуына әкелді.

Алюминий нитридінің пайда болуы бетінде өте жіңішке дәнекерлі құрылым түзілуге әкелді, бұл кейінгі жылумен өңдеу кезінде болаттың қатайу қабілетіне кедергі жасады. Түпнұсқа жылумен өңдеуші мұның алдын алу үшін көбірек карбонитрлеу процесін қолданған болуы мүмкін, бірақ бұл тек беттік қабатты сынғыш етіп, қажетті негізгі қаттылыққа жеткізбеді. Түбір себеп материал химиясы мен жеткізу тізбегінің барлық кезеңдерінде қолданылған нақты өңдеу сатылары арасындағы негізгі үйлесімсіздік болды.

Негізгі себеп анықталғаннан кейін шешім әдемі және тиімді болды. Теміртау зауытындағы қатайту ортасын өзгерту мүмкін болмағандықтан, команда материалдың өзіне өзгеріс енгізу ұсынды. Олар 1045 болатына хромның шағын мөлшерін қосуды ұсынды. Хром — болаттың қатайғыштығын біршама арттыратын күшті легирлеуші элемент. Бұл қоспа алюминий нитридтерінің салдарынан пайда болған дәннің ұсақтығын компенсациялады және VVT пластинкалары стандартты қатайту процесі арқылы сынғыштыққа ұшырамай-ақ толық, біркелкі қатайуын қамтамасыз етті. Ұсынылған шешім үлкен сәттілікке ие болды және трещинаның пайда болу проблемасы толығымен жойылды. Бұл мысал өндірістік процестің жалпы көзқарасының маңыздылығын көрсетеді және мамандандырылған жеткізушімен серіктестіктің мұндай мәселелерді алдын алуына қалай ықпал ететінін көрсетеді. Мысалы, сапалы автомобиль компоненттеріне бағытталған компаниялар, мысалы shaoyi Metal Technology компаниясының дайындамалы пышақтау қызметтері , материал және үдеріс бүтіндігін басынан аяғына дейін қамтамасыз ету үшін жиі тікелей интеграцияланған үдерістер мен IATF16949 сертификатын сақтайды.

Түбірлік себептерді талдау: Құйма компоненттердің істен шығуының негізгі себептері

Құйма компоненттердің істен шығуы төмендегі үш негізгі аймақтың біріне байланысты болады: материалдардың жеткіліксіздігі, үдерістің әсерінен пайда болған ақаулар немесе конструкция мен жұмыс жағдайларына қатысты мәселелер. Түбегірек себептерді толық талдау осы потенциалды факторлардың әрқайсысын зерттеуді талап етеді. Нақты себепті анықтау — тиімді және тұрақты түзету шараларын жүзеге асыру үшін маңызды.

Материалдардың жеткіліксіздігі түзету үшін пайдаланылатын шикі материалға тән. Оларға қоспа элементтерінің белгіленген диапазоннан тыс болуымен байланысты дұрыс емес химиялық құрам немесе күкірт пен фосфор сияқты қоспалардың мөлшерінің артуы жатады, бұл әлсіздікке әкелуі мүмкін. Екінші негізгі мәселе — тотықтар мен силикаттар сияқты метал емес қоспалар. Бұл микроскопиялық бөлшектер трещинаның пайда болу орыны ретінде әрекет ете алады және бөлшектің беріктігін мен тозуға төзімділігін қатты төмендетеді. H13 матрицаларының талдауында айтылғандай, болаттың тазалығы материалдың беріктігі мен изотропиясына тікелей әсер етеді.

Процестік ақаулар олар соғу және одан кейінгі жылулық өңдеу сияқты өндіріс сатыларында енгізіледі. Соғу кезінде материалдың дұрыс емес ағымы лаптар мен бүктемелер сияқты ақауларды тудыруы мүмкін. Дұрыс емес соғу температурасы ыстық жарықшақ пайда болуына (егер тым ыстық болса) немесе бетінде жарықшақ пайда болуына (егер тым суық болса) әкелуі мүмкін. Жылулық өңдеу қате жіберулер катастрофалық болуы мүмкін тағы бір маңызды саты. Суықтандырудың дұрыс емес жылдамдығы бұрмалауға немесе суықтандыру жарықшақтарына әкелуі мүмкін, ал дұрыс емес түзету температурасы сынғыш микроконструкцияға әкелуі мүмкін. H13 матрицасының зертханалық жағдайы көрсеткендей, түзету температурасын сәл көтеру қайталанған мартенситтің сынғыштық диапазонынан құтылу арқылы сынғыштыққа қарсы төзімділікті айтарлықтай жақсартты.

Конструкциялау және пайдалану шарттары бөлшектің пішіні мен қолданылуына қатысты. Сүйір бұрыштар, жеткіліксіз фаскалық радиустар немесе бөлімнің қалыңдығында кенеттен өзгерістер сияқты конструкциялық кемшіліктер - ысталдық трещинаның табиғи пайда болу нүктелері болып табылатын кернеу концентрацияларын туғызады. Сонымен қатар, нақты жұмыс жағдайлары жобалау болжамдарынан асып түсуі мүмкін. Асыра жүктеу, үлкен соққылық оқиғалар немесе коррозиялық орталарға ұшырау бәрі ерте бұзылуға әкелуі мүмкін. Циклді қыздыру мен суыту салдарынан пайда болатын жылулық ысталдық - балқыту матрицалары мен басқа да жоғары температуралық қолданбаларда қолданылатын бөлшектер үшін жиі кездесетін бұзылу түрі.

Анық сілтеме ретінде төмендегі кестеде осы ортақ бұзылу себептері жинақталған:

Жиі қойылатын сұрақтар