Qismlarning ishlamay qolishini hal etish: Forjlangan komponentning nosozlik tahlili bo'yicha tadqiqot

Qisqacha

Forjlangan komponentlar bilan qismiy nosozliklarni hal etuvchi holat yopishtirishlar muhandislari materialdagi nuqsonlar, jarayon xatolari yoki dizayn kamchiliklari kabi muammolarni aniqlash uchun batafsil metallurgik tahlillar, mexanik sinovlar va ilg'or simulyatsiyalardan foydalanadi. Yechim ko'pincha komponentning chidamliligini oshirish va kelajakdagi nosozliklarni oldini olish uchun issiqlikni davolash protokollarini optimallashtirish, material kimyosini sozlash yoki forjlash jarayonini takomillashtirishni o'z ichiga oladi.

Muammo: Forjlashda Qismiy Nosozliklarni Tushunish Uchun Ramka

Sanoat ishlab chiqarishning yuqori darajadagi dunyosida, forslashgan tarkibiy qismlarning ishdan chiqishi, qimmatga tushadigan to'xtashlarga, xavfsizlikka tahdidlarga va katta moliyaviy yo'qotishlarga olib keladi. Ushbu muvaffaqiyatsizliklarning tabiatini tushunish ularni hal etishga olib keluvchi birinchi qadamdir. Forlashgan qismlardagi muvaffaqiyatsizliklar ularni keltirib chiqaruvchi nuqsonlar turlari bo'yicha keng ko'lamda guruhlanadi. Bu nuqsonlar makroskopik, masalan, ko'rinadigan troshchinalar yoki deformatsiyalar, yoki material tuzilmasining chuqur qatlamlarida yashiringan mikroskopik bo'lishi mumkin. Masalan, forla shablonlarining erta ishdan chiqishi yillik millionlab dollarni tashkil etadigan miqdordagi nuqsonli qismlarni ishlab chiqarish orqali ishlab chiqarishni to'xtatish orqali sanoatga zarar yetkazadi.

Forlanmagan komponentlarda kuzatiladigan umumiy nuqsonlar bir nechta asosiy guruhlarga bo'linadi. Yuzaki nuqsonlar ko'pincha eng aniq bo'ladi va material qoplamasiga, lekin birlashmasiga olib keladigan laplar yoki buklanishlarni o'z ichiga oladi, natijada zaif nuqta hosil bo'ladi. Qut qolgan gazlar yoki noto'g'ri material oqimi tufayli vujudga keladigan troshinkalar va pufaklar ham tez-tez uchraydi. Forlanmagan aluminiy komponentlarga oid bitta holat bunday nuqsonlarning qismlar butunligini qanday buzishini ta'kidlab berdi. Yana bir muhim muammo — shakil bo'shlig'i to'liq to'ldirilmaganlik, ya'ni forlanmagan material matritsa bo'shlig'ini to'liq to'ldirmaydi, natijada to'liq bo'lmagan yoki o'lchami noto'g'ri qism hosil bo'ladi.

Sirtiy daruzadagi muammolar bilan cheklanib qolmasdan, ichki nuqsonlar yanada kashfiy xavfni anglatadi. Bunga qotish bilan bog'liq bo'lgan ichki bo'shliqlar yoki porozlik hamda gidroksidlar yoki sulfidlardan iborat bo'lmagan metall aralashmalar kiradi, bu esa kuchlanishni jamlash o'rniga xizmat qiladi. Materialning o'zining mikrotuzilishi ham muhim omil hisoblanadi; noto'g'ri don hajmi yoki nozik fazalarning mavjudligi komponentning chidamliligini va chidamli ishlash muddatini jiddiy darajada kamaytirishi mumkin. H13 instrument po'lati haqidagi tadqiqotda batafsil bayon etilganidek, po'lat matritsasida karbid cho'kilmasi hajmi hamda tarqalishi sindiruvchan chidamlilikka va vayron bo'lishga qarshilik ko'rsatishda hal etuvchi rol o'ynaydi.

Metodologiya: Vayron bo'lish tahlili va tekshiruv jarayoni

Muvaffaqiyatsizlik bo'yicha muvaffaqiyatli tekshiruv — bu kuzatishni ilg'or tahlil usullari bilan birlashtiruvchi tizimli, ko'p sohalali jarayon hisoblanadi. Maqsad — g'ildirak yoki sindiq singari belgini aniqlashdan o'tib, asosiy sababni oshkor etishdir. Bu jarayon odatda ishlab chiqarilgan komponentning e'tiborli tashqi tekshiruvidan boshlanadi va operatsion yuklamalar, haroratlar hamda ishlab chiqarish ma'lumotlari jumladan, barcha tegishli foydalanish tarixini yig'ishni o'z ichiga oladi. Dastlabki baholash muvaffaqiyatsizlik usulining gipotezasini shakllantirishga yordam beradi.

Dastlabki baholashdan so'ng, noaniq va vayron qiluvchi sinovlar seriyasi qo'llaniladi. Muhim geometrik tahlil uchun aynan 3D optik skanerlash kabi zamonaviy usullar barcha kamayish yoki eskirishlarni aniqlash maqsadida muhandislarga sindirilgan qismlarni asl CAD modeli bilan solishtirish imkonini beradi. Bu o'lchamdagi aniqlikni yo'qotish yoki kutilmagan material yo'qolishi yoki ortib ketishning joylarini aniqlashga yordam beradi. Murakkab Cheklangan Elementlar Modeli (FEM) ham kuchli vosita bo'lib, to'ldirilmagan qismlar, buklanishlar yoki havo pufakchalari kabi nuqsonlarni aniqlash yoki bashorat qilish uchun forchinkorlik jarayonining virtual simulyatsiyasini amalga oshirish imkonini beradi, bunda vayron qiluvchi sinovlarsiz ish olib boriladi.

Tadqiqotning asosi ko'pincha metallurgik tahlilda yotadi. Namunalar, ayniqsa, sindirish manbaidan yaqin bo'lgan joylardan sindirilgan komponentdan olinib, mikroskop ostida tekshirish uchun tayyorlanadi. Skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM) kabi usullar sindirish sirtini (fraktografiya) tahlil qilish uchun ishlatiladi, bu esa fatik chiziqlari, nozik bo'linish yuzalari yoki plastik cho'ntaklar kabi sindirish mexanizmining xarakterli belgilarini aniqlash imkonini beradi. Kimyoviy tahlil material tarkibining me'yoriy talablarga javob berishini ta'minlaydi, mikroqattiklik sinovi esa sirtning karbonni yo'qotishi yoki noto'g'ri termik ishlashini aniqlashi mumkin. H13 forgovka shablonlarini tahlil qilishda namoyon bo'lgani kabi, sindirilgan va sindirilmagan qismlarning mikrotuzilmasi hamda qattikligini solishtirish muhim ko'rsatkichlarni beradi. Oxir-oqibat, sindirish chidamlilik sinovi kabi mexanik sinovlar materialning troshqoq tarqalishiga qarshilik ko'rsatish qobiliyatini miqdor jihatdan baholaydi va material xususiyatlarini bevosita ishlash samaradorligi bilan bog'laydi.

Namuna tadqiqoti: Avtomobil komponentlaridagi troshloqlardan haligacha

Qismning ishdan chiqish muammosini hal etish bo'yicha keltiriladigan ajoyib misol o'zgaruvchan taqsimot vaqti (VVT) plastinkalarida doimiy yorilishlarga duch kelayotgan avtomobil komponentlar yetkazib beruvchisiga tegishli. AISI 1045 karbonatli po'latdan tayyorlangan ushbu qismlar uchinchi tomon sovutish ishlovini o'tkazgandan keyin tez-tez yorilib, orqaga qaytarilardi. Bu muammo tufayli kompaniya shartnomaviy majburiyatlarini bajarish uchun qismlarni ortiqcha ishlab chiqarishga majbur bo'ldi hamda materiallarning befoydaligiga va yuqori xarajatlarga sabab bo'lgan 100% tekshiruvga katta resurslarni sarflashga majbur bo'ldi. Yetkazib beruvchi takrorlanayotgan muammoni tashxislash va hal etish uchun metallurgiya ekspertlariga murojaat qildi.

Tadqiqot qilingan qismlarning ilmiy-texnik tahlilidan boshlandi. Metallurglar komponentlarning juda singanligini aniqladilar. Mikrostrukturaga yaqin qarash detallarga karbonitridlanish, ya'ni sirtini qattiklashtirish protsessi qo'llanilganligini ko'rsatdi. Yetkazib berish zanjirida olib borilgan keyingi tekshiruv muhim tafsilotni ochib berdi: asosiy po'lat spirallari azotga boy muhitda taviz qilinayotgan edi. Taviz qilish po'latni yuqori aniqlikdagi kesish uchun tayyorlash uchun zarur bo'lsa ham, azotli muhitdan kelib chiqqan azot va 1045 po'tolda donlarni maydalovchi modda sifatida ishlatiladigan aluminiyning birikishi muammo hosil qildi. Bu birikma detal sirtida aluminiy nitridlari hosil qildi.

Alyuminiy nitridlarning hosil bo'lishi sirt qatlamida juda nozik donli tuzilish yaratdi, bu esa keyingi isitish bilan qattiklashish jarayonida po'latning qattiq bo'lish qobiliyatini cheklab qo'ydi. Dastlabki isitish orqali qattiq qiluvchi ushbu muammoni yanada jadal karbonitridlanish jarayonidan foydalanish orqali hal etishga harakat qilgan bo'lishi ehtimol, lekin bu faqat sirt qavatini qattiq qilib, asosiy qattiklikni oshirishga erisha olmadi. Muammo yetkazib berish zanjiri davomida foydalanilgan material kimyosi va aniq ishlash bosqichlari o'rtasidagi asosiy mos kelmaslikdan kelib chiqqan edi.

Sababni aniqlagan holda, yechim chiroyli va samarali bo'ldi. Davlat zavodida tavizlash muhitini o'zgartirish amalga oshirilmasligi sababli, guruh materialning o'ziga o'zgartirish kiritishni taklif qildi. Ular 1045-lik po'latga xromning mayda miqdorini qo'shishni tavsiya etdilar. Xrom po'latning qattiq bo'lish qobiliyatini sezilarli darajada oshiradigan kuchli qotishma elementidir. Bu qo'shimcha, alyuminiy nitridlar tufayli vujudga kelgan nozik donli tuzilishni kompensatsiya qildi va VVT plastinkalariga standart qattiq sanoq jarayoni orqali butunlay tekis qattiqlikka erishish imkonini berdi, shu bilan birga silliq bo'lib qolmadi. Yechim juda muvaffaqiyatli bo'ldi va trishlar muammosini butunlay bartaraf etdi. Bu holat ishlab chiqarish jarayonining umumiy ko'rinishining ahamiyatini ta'kidlidi va maxsus yetkazib beruvchi bilan hamkorlik qilish ushbu turdagi muammolarni oldini olishi mumkinligini ko'rsatadi. Masalan, sifatli avtomashina komponentlariga e'tibor qaratadigan kompaniyalar, masalan, shaoyi Metal Technology tomonidan taklif etiladigan moslashtirilgan pichoqlash xizmatlari , odatda material va jarayon butunligini boshidan oxirigacha ta'minlash uchun vertikal integratsiyalangan jarayonlarni va IATF16949 sertifikatini saqlab turadi.

Ishlov berilgan komponentlarning ishdan chiqishida sabablar tahlili: keng tarqalgan omillar

Ishlov berilgan komponentlarning ishdan chiqishi deyarli doim uchta asosiy sohaning biriga bog'liq bo'ladi: material yetishmovchiligi, jarayon tufayli vujudga kelgan nuqsonlar yoki dizayn va foydalanish sharoitiga oid muammolar. Bunday xilolatning asl sababini aniqlash uchun ushbu ehtimoliy omillarning har birini chuqur tahlil qilish talab etiladi. Aniq sababni aniqlash samarali hamda barqaror to'g'rilovchi chora-tadbirlarni joriy etish uchun zarur.

Materialdagi kamchiliklar forging uchun ishlatiladigan asosiy materialga xosdir. Bu erda quyidagilar mavjud: alovli elementlarning belgilangan chegaradan tashqari bo'lishi yoki sulfat va fosfor kabi ortiqcha aralashmalar mavjudligi, bu esa materialning qattiqroq bo'lib qolishiga olib keladi. Ryoxsiz oksidlar va silikatlar kabi noorganik aralashmalar boshqa katta muammo hisoblanadi. Ushbu mikroskopik zarralar troshchanlikni kamaytirish va komponentning chidamlilik muddatini ancha pasaytiruvchi, g'ildirak hosil bo'lishining dastlabki joylari sifatida xizmat qilishi mumkin. H13 matritsalarning tahlilida aytib o'tilganidek, po'latning tozaligi materialning troshchanligi va bir xilligiga bevosita ta'sir qiladi.

Jarayon tug'ilgan nuqsonlar ulot va keyingi issiqlik bilan ishlash kabi ishlab chiqarish bosqichlarida kiritiladi. Ulot jarayonida noto'g'ri material oqimi lap va buklanish kabi nuqsonlarga olib keladi. Noto'g'ri ulot harorati juda qizib ketish (agar juda qiziq bo'lsa) yoki sirti treshinakka (agar juda sovuq bo'lsa) sabab bo'ladi. Issiqlik bilan ishlash xavfli xatoliklar sodir bo'lishi mumkin bo'lgan yana bir muhim bosqichdir. Soplo tezligining noto'g'riligi tashqariga chiqish yoki quench treshinaklariga olib kelishi mumkin, to'g'ri bo'lmagan sharob harorati esa nozik tuzilmani singanoq qiladi. H13 matritsa bo'yicha o'tkazilgan tadqiqot ko'rsatib berdi-ki, templat martensitning singanoqligini oldini oluvchi haroratga yaqinroq bo'lgan yuqori haroratda sharoblanish sinish chidamliligini sezilarli darajada yaxshilagan.

Dizayn va foydalanish sharoiti qism qanday shakllanganligi va qanday ishlatilayotgani bilan bog'liq. Kuchlanishni jamlashga olib keladigan o'tkir burchaklar, yetarli bo'lmagan fillet radiuslari yoki kesimning qalinligidagi keskin o'zgarishlar kabi dizayn kamchiliklari fatik treshiniklarning tabiiy boshlanish nuqtalari vazifasini o'taydi. Shuningdek, aslida foydalanish sharoitlari loyiha taxminlaridan xuddi ham oshib ketishi mumkin. Ortiqcha yuk, yuqori ta'sir hodisalari yoki korroziyaga olib keluvchi muhitga ta'sir etish barchasi dastlabki muddatdan oldinroq buzilishga olib keladi. Siklik isish va sovish tufayli vujudga keladigan issiqlikdan kelib chiqadigan charchash — formpa (tokar) shablonlari va yuqori haroratda foydalaniladigan boshqa komponentlar uchun keng tarqalgan buzilish uslubidir.

Aniq manba sifatida quyidagi jadval ushbu keng tarqalgan buzilish sabablarini umumlashtiradi:

Koʻpincha soʻraladigan savollar