karbür, sert fazın ve bağlanma fazının mükemmel özelliklerini birleştirir, böylece bir dizi avantaja sahiptir. Yüksek sertliğe (80-94 HRA) ve aşınma direncine sahiptir, özellikle yüksek sıcaklıklarda yüksek sertlik ve mukavemeti korur. 600°C'de sertliği yüksek hız çeliğinin oda sıcaklığındaki sertliğini aşar ve 1.000°C'de sertliği karbon çeliğinin oda sıcaklığındaki sertliğini aşar, ancak mukavemet hala 300 MPa civarında korunabilir. Tipik olarak 400 ila 700 MPa arasında değişen yüksek bir elastik modüle sahiptir. karbür, ağır yüklere dayanabilen ve şeklini koruyabilen yüksek bir basınç dayanımına sahiptir. Aynı zamanda düşük bir termal genleşme katsayısına sahiptir; genellikle çeliğinkinin 50%'sidir. Ayrıca çeliğe kıyasla iyi kimyasal stabilite ve üstün oksidasyon ve korozyon direnci gösterir. karbür neredeyse tüm endüstriyel sektörlerde ve gelişen teknolojik alanlarda takımlama ve yapısal uygulamalar için vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiştir.

Karbür üzerinde derin kriyojenik işlem nasıl gerçekleştirilir? 2

Isıl işlem nedir?

Isıl işlem, malzemelerin yapısal özelliklerinin iyileştirilmesinde önemli bir yöntemdir. Geleneksel ısıl işlem proseslerinin bir uzantısı ve ilerlemesi olan derin kriyojenik işlem, 20. yüzyılın ortalarından itibaren malzeme ısıl işlemi alanında yaygın olarak uygulanmaktadır. Geleneksel çelik malzemeler için derin kriyojenik işlem artık osteniti dönüştürebilir, iş parçasının sertliğini artırabilir ve boyutlarını stabilize edebilir. İş parçasının aşınma direncini artırarak ultra ince karbürleri çökeltebilir. Takımların ve kalıpların darbe dayanıklılığını artırarak tane yapısını iyileştirebilir. Ayrıca martensitik paslanmaz çeliğin korozyon direncini artırabilir ve iş parçasının parlatma performansını artırabilir. Sıvı nitrojen soğutma teknolojisinin ve izolasyon tekniklerinin daha da gelişmesi ve olgunlaşmasıyla birlikte, karbürün derin kriyojenik işlemi de hem yurt içinde hem de yurt dışında endüstriyel işletmelerin dikkatini çekmiştir.

Derin Kriyojenik Arıtma Sürecinin Güncel Durumu

Derin kriyojenik işlem tipik olarak sıcaklığı -190°C'nin altına getirebilen sıvı nitrojen kullanılarak iş parçasının soğutulmasını içerir. İşlenen malzemenin mikro yapısı, düşük sıcaklıktaki bir ortamda değişikliklere uğrar ve bu da gelişmiş özelliklerle sonuçlanır. Derin kriyojenik tedavi ilk olarak 1939'da Sovyetler tarafından önerildi, ancak Amerika Birleşik Devletleri'nin teknolojiyi sanayileştirmesi ve öncelikle havacılık alanında uygulamaya başlaması 1960'lara kadar değildi. 1970'li yıllarda uygulama alanı mekanik imalat sektörüne doğru genişledi.

Kriyojenik arıtma proses yöntemleri

Soğutma yaklaşımına dayalı iki farklı yöntem vardır: sıvı bazlı ve gaz bazlı yöntemler. Sıvı bazlı yöntem, malzemeyi veya iş parçasını doğrudan sıvı nitrojene batırmayı, hızlı bir şekilde sıvı nitrojenin sıcaklığına kadar soğutmayı ve ardından sıcaklığı istenen seviyeye yükseltmeden önce belirli bir süre bu sıcaklıkta tutmayı içerir. Bu yöntemin soğutma ve ısıtma hızlarını kontrol etmede zorlukları vardır ve termal şoklardan dolayı iş parçasında potansiyel hasara neden olabileceğine inanılmaktadır. Sıvı bazlı derin kriyojenik arıtma için kullanılan ekipmanlar, sıvı nitrojen tankları gibi nispeten basittir.

Öte yandan, gaz bazlı yöntem, soğutmayı sağlamak için sıvı nitrojenin gizli buharlaşma ısısını (yaklaşık 199,54 kJ/kg) ve düşük sıcaklıktaki nitrojen gazının ısı emilimini kullanır. Bu yöntem -190°C derin kriyojenik sıcaklığa ulaşabilir. İş parçasının düşük sıcaklıktaki nitrojen gazıyla temas ettirilmesini ve daha sonra konveksiyonla ısı transferi yoluyla dolaşmasını içerir. Nitrojen gazı, iş parçasını soğutmak için düşük sıcaklıktaki nitrojen gazının gizli buharlaşma ısısı ve ısı emiliminden yararlanılarak, derin bir kriyojenik oda içindeki bir ağızlıktan püskürtüldükten sonra buharlaştırılır. Soğutma hızı, sıvı nitrojen girişi ayarlanarak kontrol edilebilir, bu da derin kriyojenik işlem sıcaklığının otomatik ve hassas kontrolüne olanak tanır. Bu yöntem daha az termal şok uygular ve çatlama olasılığını azaltır. Şu anda, gaz bazlı yöntem bu alandaki araştırmacılar tarafından geniş çapta kabul görmektedir ve soğutma ekipmanı esas olarak sıcaklık kontrollü programlanabilir derin kriyojenik odalardan oluşmaktadır.

Derin kriyojenik işlem, demirli metaller, demir dışı metaller ve metal alaşımları gibi malzemelerin servis ömrünü, aşınma direncini ve boyutsal stabilitesini önemli ölçüde artırabilir. Önemli ekonomik faydalar ve pazar beklentileri sunar.

Karbür üzerinde derin kriyojenik işlem nasıl gerçekleştirilir? 3

Derin kriyojenik teknolojinin gelişim tarihi

Derin kriyojenik teknolojinin karbüre uygulanması ilk olarak 1980'lerde ve 1990'larda rapor edildi. 1981'de Japonya'nın “Mekanik Teknolojisi” ve 1992'de ABD'nin “Modern Makine Atölyesi” karbürün derin kriyojenik işleminden sonra performansta önemli gelişmeler olduğunu bildirdi. 1970'lerden bu yana, derin kriyojenik işleme ilişkin yabancı araştırmalar son derece verimli olmuştur; eski Sovyetler Birliği, Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya gibi ülkeler, takımların servis ömrünü, aşınma direncini ve boyutsal stabilitesini arttırmak için derin kriyojenik işlemi başarıyla kullanmıştır. iş parçaları. ABD'li bir işleme şirketi tarafından derin kriyojenik işlemin pratik uygulaması, işlenmiş karbür bıçakların servis ömrünün 2 ila 8 kat arttığını, karbür tel çekme kalıplarının yenileme döngüsünün ise birkaç haftadan birkaç aya kadar uzadığını gösterdi.

1990'lı yıllarda Çin'de karbür için derin kriyojenik teknoloji üzerine araştırmalar başlatıldı ve belirli araştırma sonuçlarına ulaşıldı. Ancak genel olarak karbürün derin kriyojenik arıtımı konusunda nispeten sınırlı ve parçalı araştırmalar yapılmıştır. Mevcut araştırmalardan elde edilen sonuçlar da tutarsızdır; bu da araştırmacıların daha derinlemesine araştırmaya ihtiyaç duyduğunu göstermektedir. Mevcut araştırma verilerine dayanarak, derin kriyojenik işlemin öncelikle karbürün aşınma direncini ve hizmet ömrünü iyileştirdiği ve fiziksel özellikleri üzerinde daha az fark edilebilir etki sağladığı açıktır.

Karbürde derin kriyojenik işlem nasıl gerçekleştirilir? 4

Derin kriyojenik arıtmanın güçlendirme mekanizmaları

Faz dönüşümü güçlendirmesi

karbür, kobaltın (Co) iki kristal yapısını içerir: yüzey merkezli kübik (α-fazı) ve altıgen sıkı paketlenmiş (ε-fazı). ε-fazı, α-fazına kıyasla daha küçük bir sürtünme katsayısına ve daha iyi aşınma direncine sahiptir. 417°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, α-fazının serbest enerjisi daha düşüktür, dolayısıyla Co, α-fazı formunda bulunur. 417°C'nin altında, ε-fazı daha düşük serbest enerjiye sahiptir ve yüksek sıcaklıkta kararlı α-fazı, enerji açısından tercih edilen ε-fazına dönüşür. Bununla birlikte, a-fazında WC parçacıklarının ve çözünen atomların varlığı nedeniyle, faz dönüşümü üzerinde önemli kısıtlamalar vardır ve bu da α-fazından ε-fazına dönüşümü daha da zorlaştırır. Derin kriyojenik işlem, α ve ε fazları arasındaki serbest enerji farkını arttırır, faz dönüşümü itici gücünü arttırır ve ε-faz dönüşümü miktarını arttırır. Derin kriyojenik işlem, Co'da çözünen bazı atomların çözünürlüğünün azalması nedeniyle bileşik halinde çökelmesine neden olur, Co matrisindeki sert fazı arttırır, dislokasyon hareketini engeller ve ikinci faz parçacık etkisi ile güçlendirme sağlar.

Yüzey artık gerilim güçlendirmesi

Çalışmalar, derin kriyojenik işlemin yüzey katmanındaki artık basınç gerilimini arttırdığını göstermiştir. Birçok araştırmacı, yüzey katmanında belirli bir düzeyde artık basınç geriliminin varlığının, karbürün servis ömrünü önemli ölçüde artırdığına inanmaktadır. Sinterleme sonrası soğutma işlemi sırasında bağlayıcı faz Co çekme gerilimine maruz kalırken, WC parçacıkları basınç gerilimine maruz kalır. Çekme gerilimi Co bağlayıcıya zarar verebilir. Bu nedenle bazı araştırmacılar, derin kriyojenik işlemin neden olduğu yüzey basınç gerilimindeki artışın, bağlayıcı fazda sinterleme sonrasında soğutma işlemi sırasında oluşan çekme gerilimini hafifletebileceğine veya kısmen dengeleyebileceğine ve hatta bunu basınç gerilimine göre ayarlayarak mikro çatlak oluşumunu azaltabileceğine inanıyor. .

Diğer güçlendirme mekanizmaları

Derin kriyojenik işlemden sonra matriste WC parçacıklarıyla birlikte η fazı parçacıklarının oluşumunun matrisi daha yoğun ve daha sağlam hale getirdiğine inanılmaktadır. η-fazının oluşumu aynı zamanda matristeki Co'yu da tüketir. Bağlayıcı fazdaki Co içeriğinin azalması malzemenin genel termal iletkenliğini arttırır. Karbür partikül boyutunun ve bitişikliğinin büyümesi aynı zamanda matrisin termal iletkenliğini de arttırır. Artırılmış termal iletkenlik, takımın kesme kenarında daha hızlı ısı dağılımına olanak tanır, aşınma direncini ve yüksek sıcaklıkta sertliği artırır. Ek olarak, derin kriyojenik işlem sırasında Co'nun büzülmesi ve yoğunlaşması, Co'nun WC parçacıkları üzerindeki tutuşunu güçlendirir. Fizikçiler, derin kriyojenik işlemin metalin atomik ve moleküler yapısını değiştirdiğine ve bunun da özelliklerin iyileştirilmesine yol açtığına inanıyor.

Genel olarak, derin kriyojenik işlem, öncelikle faz dönüşümünü güçlendirme ve yüzey artık gerilimini güçlendirme mekanizmaları yoluyla karbürün aşınma direncini ve hizmet ömrünü artırırken, fiziksel özellikler üzerindeki etkisi daha az belirgindir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir