Знание - Sanxin

В областта на машиностроенето, умората на метала е като „хронично заболяване“ в материалния свят – частите постепенно развиват пукнатини под многократно натоварване и в крайна сметка внезапно се чупят. Този вид повреда често се случва, когато материалът изглежда непокътнат, така че подобряването на якостта на умора е от решаващо значение за осигуряване на инженерна безопасност.

 

Наскоро изследователски екип, ръководен от професор Джефенг Джан от Института за изследване на металите към Китайската академия на науките, в сътрудничество с екипа на академик Дианджонг Ли, постигна сериозен пробив в оптимизирането на устойчивостта на умора на лагерната стомана, откривайки нови пътища за решаване на този вековен проблем. Резултатите бяха публикувани в Acta Materialia и JMST, установявайки систематична теоретична рамка на „контрол на включванията - съчетаване на якостта и жилавостта - оптимизация на интерфейса“ и откривайки нови пътища за разработване на висококачествени лагерни материали в аерокосмическата индустрия, железопътния транспорт и други области.

И така, какви проблеми е решило това изследване? Нека да разгледаме заедно.

 

01

Капани на стреса

В отговор на дългогодишния проблем, че якостта на умора на високоякостната стомана е ограничена от концентрацията на напрежение при включванията, екипът систематично разкри механизма, чрез който включванията влияят на дълготрайността на умората, и установи, че коефициентът на увреждане от умора на Al₂O₃ е с 30% по-висок от този на TiN, което осигурява теоретична основа за прецизен контрол на азота и кислорода по време на процеса на топене.

Включенията в металните материали действат като „микроскопични усилватели на напрежението“. Изследователският екип установи, че за същия размер, ефектът на концентрация на напрежение от включванията Al₂O₃ (алуминиев оксид) е с 30% по-висок от този на TiN (титанов нитрид). Това е еквивалентно на вграждане на микроостриета с различна „острота“ в материала. Това обяснява защо съдържанието на азотни и кислородни елементи в стоманата трябва да бъде прецизно контролирано: намаляването на образуването на включвания е еквивалентно на притъпяване на „невидимите остриета“ в материала.

 

02

Създаване на „Телефонна линия за предупреждение за умора“

Екипът новаторски предложи „Критичен критерий за размер на включванията при напукване от умора“, установявайки количествена връзка между якостта на опън, жилавостта на разрушаване и размера на включванията, постигайки координирана оптимизация на якостта и жилавостта. Чрез технология за модифициране на редкоземни елементи, размерът на включванията беше значително намален и капацитетът на деформация на интерфейса беше подобрен. В комбинация с оптимизация на термичната обработка, якостта на умора при опън-опън и опън-натиск на лагерната стомана GCr15 беше успешно увеличена съответно до 1600 MPa и 1103 MPa. 1600 MPa е приблизително еквивалентно на налягането, упражнявано от вода на дълбочина 160,000 1103 метра върху площ от един квадратен метър; 4 MPa е еквивалентно на налягането в основата на връх Еверест. Тези две постижения представляват съответно 10% и XNUMX% увеличение спрямо съществуващите световни рекорди за якост на умора, отбелязвайки скок в производителността при умора.

Това е като сеизмичния дизайн на сгради: изисква както здравината на стоманените пръти, така и здравината на бетона, и двете трябва да бъдат прецизно балансирани.

 

03

„Интерфейсната революция“, модифицирана от редкоземни елементи

Три пробива са постигнати чрез добавяне на редкоземни елементи:

1. Отслабване чрез включване: Средният размер е намален с приблизително 40%.

2. Омекотяване на интерфейса: Образува се деформируем интерфейсен слой (подобен на гумено уплътнение).

3. Буфериране на напрежението: Локалната концентрация на напрежение е намалена с около 25%.

Това е еквивалентно на това да се осигури на всеки малък дефект „буферен защитен костюм“.

Съобщава се, че този пробив не само пренаписва границата на якост на умора на високоякостната стомана, но и установява систематична методология за „контрол на дефектите - проектиране на интерфейса - оптимизация на производителността“, осигурявайки материална основа за независимото разработване на ключови компоненти като лагери за високоскоростни релси и авиационни двигатели. В бъдеще се очаква тази технология за „редактиране на гени на материали“ да бъде разширена до повече сплавни системи, насърчавайки производството на висококачествено оборудване в Китай в ерата на „ултра дълъг режим на готовност“.

 

Вигор има повече от 20 години опит и професионален екип в производството на отливки, изковки и CNC обработени части. Ние знаем как да подобрим производителността на металните части от различни материали и различни структурни метални части. Ако имате някакви въпроси или е необходимо да се разработят някакви части, моля, не се колебайте да се свържете с нас на info@castings-forging.com