تحليل كلال الأجزاء المعدنية وقياس زيادة قوة الكلال

خلاصة:تم تحليل الأسباب التي تؤثر على تلف الكلال للأجزاء المعدنية. من خلال التجارب تبين أن تلف الأجزاء المعدنية المعرضة للأحمال الديناميكية يحدث بسبب حالتين: التآكل والتعب. وعلى هذا الأساس، تم اقتراح ستة تدابير لتحسين قوة التعب.

الكلمات الدالة:قطع معدنية؛ ضغط؛ تعب؛ يقيس

1. الأسباب المؤثرة على تلف كلال الأجزاء المعدنية

يوجد تلف الكلال للأجزاء بشكل رئيسي في نقاط تركيز الضغط العالي. بشكل عام، تحت تأثير الإجهاد المتناوب، يتم إنشاء شقوق صغيرة بعد التشوهات البلاستيكية المتعددة للمادة. هذه الشقوق الصغيرة هي الأسباب الأولية لتلف الأجزاء بسبب الإجهاد. بشكل عام، هناك سببان لتلف الأجزاء المعدنية المعرضة للأحمال الديناميكية: التآكل والتعب. تتعرض أذرع الخلط، والتروس المفتوحة، والمحامل، وبراميل الرفع في خلاطات الخرسانة لضغوط متناوبة مختلفة، والتي يمكن أن تسبب التعب والتآكل بدرجات متفاوتة. وفقًا للبيانات الإحصائية، فإن حوالي 80% من كسور المكونات ناتجة عن إجهاد المواد، كما أن مقاومة إجهاد المكونات لها أهمية كبيرة في عمر الخدمة. تختلف أسباب التعب بشكل كبير. ولذلك، فمن الضروري فهم حدوث التعب وإجراء العلاج العلمي في الوقت المناسب ومعقول لزيادة تحسين مقاومة التعب للأجزاء.

1.1 ظروف العمل

1.1.1 آثار تكرار الإجهاد بالتناوب

وفقًا للتجربة، إذا كان تكرار الإجهاد المتناوب أعلى من 104 مرات/دقيقة، فإن حد الكلال لمادة الجزء يزداد مع زيادة التردد. بالنسبة للأجزاء التي تعمل عادةً بترددات إجهاد متناوبة ضمن نطاق 3000-10000 دورة/دقيقة، فإن التردد المتناوب ليس له تأثير كبير على حد الكلال للمادة. ومع ذلك، عندما يكون التردد المتناوب أقل من 60 مرة/دقيقة، فإن حد الكلال للمادة ينخفض ​​فعليًا.

تحت تأثير الإجهاد المتناوب، يجب أن يخضع الجزء لعدد معين من دورات الإجهاد قبل حدوث فشل التعب. كلما زاد الحد الأقصى لقيمة الإجهاد المتناوب في دورة الإجهاد تحت نفس الخصائص الدورية، قل عدد الدورات التي سيخضع لها الجزء قبل حدوث الضرر؛ على العكس من ذلك، كلما كانت قيمة الإجهاد المتناوب القصوى في دورة الإجهاد تحت نفس الخصائص الدورية أصغر، كلما زاد عدد الدورات التي سيخضع لها الجزء قبل حدوث الضرر. تحت قيمة حرجة أقل من الحد الأقصى للإجهاد، يمكن للجزء أن يخضع لدورات إجهاد متعددة دون فشل الكلال، والذي يشار إليه غالبًا باسم حد التحمل للمادة أو حد الكلال.

1.1.2 تأثير الحمل الزائد والحمل الثانوي

في الآلات الهندسية، غالبًا ما تعمل العديد من الأجزاء في حالة أعلى من حد الكلال لفترة قصيرة من الزمن، مثل البدء المفاجئ للبراميل شديدة التحمل، والتحميل المفاجئ للخلاطات، والتحميل المفاجئ للتروس، والتحميل الزائد في بعض الأحيان. يُستخدم حد التحميل الزائد بشكل عام لقياس تأثير تجاوز حد الكلال على تلف الكلال.

يتم تحديد حد الضرر الزائد للمواد من خلال التجارب. أولاً، احصل على منحنى التعب الكامل وحدد حد التعب σ{{0}}. ثم استخدم العينة لقياس أي قيمة أعلى من σ- قم بإجراء اختبارات الكلال تحت ضغط 1. بعد عدد معين من الدورات، قم بالعمل عند إجهاد حد الكلال ولاحظ ما إذا كان يؤثر على عمر الكلال N0. إذا لم يؤثر على العمر الافتراضي، فهذا يشير إلى أن الحمل المتناوب لم يسبب أي ضرر. كما هو موضح في الشكل 1، تحت كل إجهاد حمل زائد، يتم الحصول على حد ضرر الحمل الزائد من خلال البحث عن النقاط a، b، c، وما إلى ذلك التي تبدأ في إظهار الضرر بعد دورات مختلفة N، ونقاط التوصيل a، b، c، إلخ.

تشير منطقة تلف الحمل الزائد إلى عدد الدورات تحت الحمل الزائد التي تقع في هذه المنطقة، مما قد يؤدي إلى تقليل عمر الكلال للجزء. ولذلك، كلما كانت المنطقة أضيق، زادت قدرة المادة على مقاومة الحمل الزائد.

يُسمى الخط القطري على منحنى الكلال بقيمة التحمل الزائد، وهو يمثل الحد الأقصى لعدد دورات الإجهاد التي يمكن تحملها حتى الكسر تحت ضغط يتجاوز حد الكلال. كلما كان الخط أكثر انحدارًا، زادت دورات الضغط التي يمكن أن يتحملها تحت نفس الحمل الزائد، مما يشير إلى قدرة أعلى على مقاومة الحمل الزائد. من خلال التجارب تبين أن حد الكلال للمعادن يزداد بعد التشغيل تحت أو بالقرب من حد الكلال لعدد معين من المرات، وتسمى هذه الظاهرة بتمرين التحميل الفرعي. لذلك، عندما تعمل المكونات أو التجميعات المجمعة لفترة من الوقت تحت عدم التحميل أو التحميل الكامل، من ناحية، يمكن أن يحسن تشغيل الأجزاء المتحركة المختلفة، وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحسن مقاومة التعب الأجزاء وإطالة عمر الخدمة.

الشكل 1: حدود ضرر التعب الزائد

1.1.3 تأثير درجة حرارة الاستخدام

إذا ارتفعت درجة الحرارة، تقل قدرة المعدن على مقاومة التشوه، مما يجعله عرضة لتشققات الكلال ويؤدي إلى انخفاض حد الكلال للمادة. وعلى العكس من ذلك، إذا انخفضت درجة الحرارة، يزداد حد الكلال للمادة.

1.1.4 تأثير الوسائط البيئية

بشكل عام، يمكن تقسيم بيئة العمل التي تؤثر على المكونات الميكانيكية تقريبًا إلى فئتين: الوسائط المسببة للتآكل (المحاليل المائية التي تحتوي على الأحماض والقلويات والأملاح، وما إلى ذلك، والرطبة، وما إلى ذلك، مثل بيئة عمل الخلاطات) والوسائط النشطة ( الوسائط النشطة التي لها تأثيرات امتزاز على السطح ولكن ليس لها تأثيرات تآكل، مثل الشحوم وزيت المحرك الذي يحتوي على كمية صغيرة من الأحماض الدهنية). عندما تعمل الأجزاء في بيئات الوسائط المسببة للتآكل، فإن المواد المعدنية المسببة للتآكل يتم دمجها بسهولة في الأجزاء، مما يتسبب في تركيز الضغط وتقليل حد التعب.

1.2 تأثير عوامل السطح والحجم على الأجزاء

من تحليل عملية الكلال، يمكن ملاحظة أن الانزلاق غير المتساوي للمعادن تحت الأحمال المتناوبة يتركز بشكل أساسي على سطح المعدن، حيث تكون شقوق الكلال عرضة لحدوثها، مما يؤثر على حد الكلال. يمكن أن يؤدي الضرر (علامات السكين والعلامات وما إلى ذلك) والخشونة على سطح الأجزاء إلى تركيز الضغط، مما يؤدي إلى انخفاض حد التعب. كلما زادت خشونة السطح لنفس المادة، زادت جودة معالجة السطح، وقل تركيز الضغط على سطح المعدن، وارتفع حد التعب.

1.3 تأثير تأثير معالجة تقوية السطح

نظرًا لكون سطح الجزء هو المكان الذي يكون فيه عرضة لحدوث تشققات الكلال، وهو أيضًا مكان يحدث فيه تركيز الإجهاد عندما يتعرض الجزء لأحمال الانحناء أو الالتواء المتناوبة. ولذلك، فإن المعالجة السطحية للأجزاء لها أهمية كبيرة في تحسين حد التعب السطحي. تشمل طرق معالجة الأسطح شائعة الاستخدام التشوه البارد للسطح (التقشر بالرصاص، والدحرجة، والتلميع المتدحرج، وما إلى ذلك)، والمعالجة الحرارية السطحية (كربنة السطح، والنيترة، والسيانيد، والتردد العالي للسطح أو إخماد اللهب، وما إلى ذلك)، وطلاء السطح وطلاءه ، إلخ. من خلال المعالجة السطحية للأجزاء، يمكن تحسين قوة الطبقة السطحية، ويمكن تغيير توزيع الضغط السطحي، ويمكن توليد الإجهاد المتبقي على السطح، وبالتالي تقليل إجهاد الشد على السطح تحت الأحمال المتناوبة، ومنع انتشار شقوق التعب، وفي نهاية المطاف تحسين قدرتها على مقاومة حدود التعب.

1.4 تأثير هيكل السبائك

(1) عندما يكون الكربون موجودًا في محلول صلب من المعدن (الصلب)، فإن حد الكلال الخاص به يتناقص مع زيادة محتوى الكربون، مثل المارتينسيت المروي عالي ومتوسط ​​الكربون أو المارتينسيت المقسى بدرجة حرارة منخفضة.

(2) الهيكل المعدني.

أ. حجم الحبوب. يمكن أن يؤدي تكرير حجم الحبوب إلى تقليل درجة الانزلاق غير المستوي تحت الضغط المتناوب، وتأخير توليد نوى صدع التعب، أي أن حدود الحبوب تشكل عائقًا أمام انتشار صدع التعب. لذلك، يمكن أن يؤدي تكرير حجم الحبوب إلى إطالة عمر التعب.

ب. النوع التنظيمي. يختلف حد الكلال للمواد المختلفة، خاصة بعد المعالجة الحرارية، مثل حد الكلال للمارتنسيت المقسى σ- 1. المارتنسيت الأعلى والمروي ليس بنفس جودة المارتنسيت، والمارتنسيت المقسى بدرجة الحرارة العالية σ- 1 أقل من المارتنسيت والمارتنسيت.

(٣) وجود الحطام. الشوائب غير المعدنية في المواد المعدنية تكون عرضة لشقوق الكلال، مما يؤدي إلى انخفاض في حد الكلال.

اتجاه الألياف المعدنية. العلاقة الاتجاهية بين انسيابية المكونات والإجهاد الرئيسي لها تأثير كبير على حد الكلال. عندما يكون الاتجاه الانسيابي للجزء المشكل موازيا لاتجاه الإجهاد الرئيسي، فإن حد الكلال الخاص به يكون أعلى منه عندما يكون متعامدا. ومع زيادة قوة المادة، يصبح هذا الاختلاف أكبر أيضًا.

2. تدابير لتحسين قوة الكلال للأجزاء المعدنية

من أجل تحسين مقاومة الكلال للمكونات الميكانيكية والتعامل بشكل علمي مع خيال الكلال في الأجزاء المعدنية في الوقت المناسب وبطريقة معقولة، فمن المفيد جدًا تحسين عمر خدمة المنتجات الميكانيكية وإنتاجية معدات البناء. ولذلك، يتم اتخاذ التدابير التالية لتحسين مقاومة التعب للمكونات المعدنية.

(1) حدد المواد والأبعاد الخارجية المناسبة بناءً على بيئة العمل وتكرار الأجزاء.

(2) التقليل من تشغيل الأجزاء في مناطق التحميل الزائد قدر الإمكان.

(3) يجب أن تخضع الأجزاء لتدريب حمل ثانوي لتحسين حد الكلال.

(4) ينبغي تجنب الأضرار التي لحقت بسطح الأجزاء، وينبغي تحسين خشونة سطح الأجزاء، وينبغي تقليل تركيز الإجهاد.

(5) إذا لزم الأمر، قم بتقوية سطح الأجزاء لتقليل احتمالية حدوث تشققات بسبب الإجهاد.

(6) الاختيار المعقول للمواد والمعالجة المعدنية المناسبة يمكن أن يحسن الحد العام لمقاومة التعب للأجزاء.

2024 3 مارسأسبوع دبليو بي إم صتوصية المنتج:

معالجة الأجزاء المعدنية غير القياسية:

يمكن لـ Henan Weichuang تقديم خدمة OEM و ODM. يمكننا تخصيص الأجزاء المعدنية غير القياسية وفقًا للرسومات المقدمة من قبل عملائنا، كما نقدم أيضًا المنتجات الأكثر مرونة التي تريدها.

يرجع تصنيع الأجزاء الدقيقة غير القياسية إلى أن الدولة لم تحدد المواصفات القياسية ذات الصلة، ولا يوجد تنظيم للمعلمات ذات الصلة، ويتم التحكم في الملحقات الأخرى ومعالجتها بحرية من قبل المؤسسة. هناك العديد من أنواع الأجزاء غير القياسية.

الأجزاء المعدنية غير القياسية: يقدم العميل الرسومات، وتستخدم الشركة المصنعة المعدات لتصنيع المنتجات المقابلة وفقًا للرسومات. عادة، يتم استخدام معظم القوالب. يتم تحديد جميع متطلبات التسامح والتشطيب من قبل العميل، وليس هناك نموذج معين. يحتاج المنتج من الصب إلى التشطيب بالكامل إلى مراقبة الجودة المقابلة، وتكون العملية معقدة ومتغيرة، والتكلفة أعلى بشكل عام من تكلفة الأجزاء القياسية.