Procesado aditivo por fricción-agitación: Técnicas avanzadas de modificación y reparación de superficies

Descubra el potencial del procesamiento aditivo por agitación y fricción (AFSP) para la modificación y reparación de superficies. Explore los procesos clave, los beneficios y las aplicaciones emergentes del AFSP en la creación de materiales robustos y de alto rendimiento.

Frente a las estrategias de ensamblaje convencionales, la manipulación de mezclas por frotamiento ofrece ventajas cruciales como curso libre de contaminación y energéticamente eficiente para la mezcla de materiales de superficie de vanguardia. Este artículo intenta examinar el estado en curso y las puertas abiertas valiosas manejadas el coste de por una variación emanante de la manipulación de la mezcla del contacto conocida como manipulación de la mezcla de la rejilla de la sustancia añadida, o proceso del stir de la fricción del aditivo. Se esboza de forma concisa el sistema AFSP y se introducen en primer lugar las normas básicas.

Procesado aditivo por fricción-agitación: Modificación y reparación de superficies

El artículo comienza con una Introducción que ofrece una visión general del procesamiento aditivo por agitación de fricción (AFSP) y su importancia en la ingeniería de superficies de materiales. A continuación, detalla la técnica de agitación por fricción aditiva, cubriendo el procedimiento de procesado, los límites clave del proceso y el diseño de la herramienta. A continuación, el enfoque se desplaza al refinamiento de la microestructura, discutiendo el refinamiento del grano en la zona procesada, el impacto de los límites de interacción en los granos y el papel de la geometría de la herramienta.

La manipulación de mezclas de rejilla es una estrategia de creación de estados fuertes de alto nivel que se utiliza progresivamente para aplicaciones de diseño de superficies de materiales. sta técnica innovadora mejora las microestructuras, integra refuerzos compuestos y ofrece una resistencia superior al desgaste para diversas aplicaciones en aeroespacial y automoción industrias. Al aprovechar los estándares de deformación plástica extrema restringida a temperaturas elevadas, el manejo de la mezcla de rejilla permite el ajuste designado de microestructuras de superficies cercanas junto con la dispersión de partículas de soporte. Esto permite crear novedosas capas compuestas que confieren propiedades aerodinámicas a las superficies metálicas.

A continuación, se inspeccionan las perspectivas clave que influyen en el refinamiento microestructural junto con las metodologías para la unión de soportes compuestos. Se pasa revista a las estructuras fabricadas mediante procesamiento aditivo por fricción-agitación que contienen compuestos metálicos soportados con partículas cerámicas y de carbono. Por último, se presentan aplicaciones en desarrollo centradas en la alteración de superficies y la fijación de materiales en las que el manejo de mezclas de rejilla con sustancias añadidas muestra un potencial prometedor.

Sustancia añadida Estrategia de manejo de la mezcla triturada

Procedimiento de manipulación

El procesamiento por agitación y fricción de aditivos (AFSP) es un método de manipulación de estado fuerte a la luz de las normas de mezcla de rejilla técnicas de soldadura. En la AFSP, un dispositivo no consumible con un pasador y un hombro se gira y se sumerge en el material a manipular. Se produce una intensidad de fricción en el punto de interacción entre el hombro giratorio y la pieza de trabajo, lo que provoca una plastificación restringida del material. El pasador del instrumento mezcla el material plastificado para lograr la mezcla y la dispersión de cualquier partícula de soporte.

Esta manipulación se produce por debajo del punto de disolución del material, por lo que se evitan los impactos no deseados relacionados con los ciclos de la etapa de fluido, por ejemplo, la porosidad y las tensiones persistentes. El AFSP ofrece ventajas sobre los métodos convencionales de ajuste de superficies, por ejemplo, un control preciso de la entrada de calor sin cambios de etapa. El dispositivo puede cruzarse sobre el sustrato en ejemplos hasta tal punto que determinadas regiones reciben un tratamiento focalizado. Esto permite otorgar acabado y diseño a las superficies del material.

Límites del proceso

Las propiedades y cualidades del manipulado acabado de superficies dependen inequívocamente de los límites utilizados durante el procesamiento aditivo por agitación y fricción. Los límites controlables clave incorporan la velocidad de pivote del aparato, la velocidad transversal del instrumento, la fuerza de cubo aplicada, el punto de inclinación del aparato y la profundidad de inmersión del pasador del aparato. Estos límites influyen en la edad de la intensidad en la interfaz de la pieza de trabajo del instrumento y en el ritmo de Ning de deformación del material. La velocidad de giro influye en la edad de intensidad por fricción, mientras que la velocidad de cruce controla la dispersión del calor y la velocidad de flujo del material. La fuerza del cubo mantiene el instrumento inmóvil contra el sustrato. El ajuste adecuado de estos límites es esencial para lograr superficies sin imperfecciones con propiedades avanzadas.

Plan de instrumentos

El plano del instrumento de procesamiento aditivo por fricción-agitación, especialmente el hombro y el pasador, influye igualmente en los resultados de la manipulación. Las distancias más grandes entre hombros aumentan la región de contacto para el envejecimiento térmico, pero también pueden reducir las tensiones del aparato. Los perfiles de los pasadores, incluidos los planos estriados, acanalados o con características, funcionan con un vehículo de material más desarrollado en contraste con los pasadores sencillos en forma de barril. Los hombros de los instrumentos pueden planificarse con perfiles, por ejemplo, pergaminos o ejemplos en espiral para concentrar las tensiones. Los materiales de los instrumentos con alta resistencia, robustez a la rotura y obstrucción al desgaste, como el acero H13 o el carburo de tungsteno, permiten manipular materiales más problemáticos. La configuración del instrumento se racionaliza en función de las propiedades del material del sustrato y de los aumentos del soporte, si los hubiera.

Refinamiento de la microestructura

Refinamiento del grano en la zona manipulada

Durante el procesamiento aditivo por fricción-agitación, la extrema Variantes de plástico se confiere al material de la pieza de trabajo bajo el hombro del dispositivo. A medida que el material se expone a esta deformidad plástica extrema a temperaturas elevadas experimentadas cerca de la interfaz de la pieza de trabajo del dispositivo, se produce la recristalización dinámica de los granos. Esto provoca el cambio de la microestructura de grano grueso subyacente a una mejor estructura de grano equiaxial en la zona de mezcla. El ritmo de la distorsión plástica extrema y la edad de la intensidad pueden controlarse a través de los límites del AFSP para lograr diversos grados de refinamiento de la microestructura. Los ritmos de rotación, las cargas pivotantes y las velocidades transversales más elevadas favorecen una recristalización única más notable debido a la mejora del vehículo de material y a las mayores temperaturas homólogas logradas.

Impacto de los límites de interacción en los granos

El tamaño de grano logrado en la zona de mezcla depende inequívocamente de los límites de AFSP elegidos. Los estudios han demostrado que las velocidades de giro del dispositivo más elevadas, al crear una mayor intensidad de fricción, dan lugar a granos recristalizados más grandes debido a la mayor posibilidad de desarrollo del grano a temperaturas más elevadas. A la inversa, velocidades de cruce del dispositivo más elevadas conducen a velocidades de enfriamiento más rápidas y obligan al desarrollo del grano, con lo que se obtienen granos de mejor tamaño. Además, factores del proceso como la fuerza del buje, el perfil del perno y el número de pasadas influyen adicionalmente en el grado de plastificación y recristalización y, en consecuencia, en los últimos atributos del grano en las superficies tratadas con AFSP.

Trabajo de Hardware Matemático

La matemática de procesamiento aditivo por agitación y fricción del dispositivo v repercute por completo en la estructura del grano lograda, debido a sus consecuencias para la edad del calor y la conducción de la corriente de material. Una mayor distancia entre los hombros aumenta la superficie de contacto para la entrada de calor durante la manipulación. No obstante, esto también puede agravar a veces el desarrollo de deformaciones. Las clavijas para instrumentos incluidos con perfiles como los de cuerda o viento madera trabajan con mejor vehículo de material plastificado en contraste con las clavijas básicas en forma de tubo, mejorando la recristalización. Numerosas pasadas con un instrumento pueden afinar adicionalmente los granos debido a la torsión grave del plástico recogido con cada pasada. En general, la configuración aerodinámica del dispositivo, adaptada a la medida del marco sustrato-soporte concreto, es básica para comprender el grado máximo de cambio de microestructura durante el AFSP.

Alteración de superficies y fabricación de compuestos

Técnicas fusibles de apoyo

Para la creación de compuestos superficiales mediante el procesamiento aditivo por fricción-agitación, las partículas de soporte deben presentarse y diseminarse en el interior del material del sustrato. Las técnicas habituales incluyen el relleno de ranuras mecanizadas en el sustrato procesos de acabado de superficies con el soporte de partículas antes de su manipulación. Por otro lado, se puede cargar con fortificaciones una organización de aberturas u hoyuelos con deficiencias visuales. La técnica de relleno de surcos permite la medida más notable de expansión del soporte, ya que la muesca rellenada se mezcla y se cierra durante el AFSP. Pegar o salpicar directamente revestimientos de soporte sobre la superficie del sustrato es otra metodología, pero lograr una dispersión uniforme puede suponer un reto. El método de fusión del soporte utilizado depende de factores como los aspectos de la muesca, las cualidades de la molécula y las propiedades del compuesto designado.

Marcos creados

Se ha fabricado un amplio surtido de armazones de sustrato-soporte en materiales compuestos de superficie utilizando el procesamiento aditivo por fricción-agitación. Los compuestos de magnesio y aluminio suelen utilizarse como sustratos por su ligereza y sus propiedades mecánicas. Las fortificaciones incorporan óxidos cocidos como la alúmina y el sílice que mejoran la dureza y la obstrucción al desgaste. Los carburos como el carburo de silicio y los carburos metálicos de cambio incrementan la resistencia. Las partículas de tierras no comunes en combinaciones de magnesio refinan los granos de la estructura. Las nanoestructuras de carbono como el grafeno y los nanotubos de carbono confieren una fuerte conductividad petrolífera y eléctrica. También se están investigando las mezclas cruzadas de diversas fortificaciones.

Propiedades de los compuestos próximos

Las propiedades de los compuestos superficiales de procesamiento aditivo por fricción-agitación se ven afectadas de forma enfática por el refinamiento del grano logrado en la microestructura del sustrato junto con la dispersión y sujeción uniformes de las partículas de soporte. Unos granos mejores y más homogéneos junto a una menor agrupación de partículas o abandonos de puntos de conexión significan una mayor dureza, resistencia y obstrucción al desgaste en comparación con el material de sustrato no reforzado. Límites que mejorar la microestructura Un cambio como una mayor velocidad de giro del dispositivo o numerosas pasadas de manipulación favorecen de este modo una mayor mejora de las propiedades. El nivel de progreso depende además de las propiedades inherentes y de la capacidad de acumulación de las partículas elegidas.

Material Fijar Aplicaciones

Corrección del volumen

La manipulación de la mezcla de rejilla de sustancia añadida muestra garantía para la fijación de deformidades volumétricas en diseños y piezas metálicas. La reparación de las deficiencias dejadas por roturas, daños por desgaste o defectos presentados durante ciclos de ensamblaje anteriores puede ayudar a restablecer la respetabilidad subyacente. Los agujeros de chaveta y las roturas a través del espesor en combinaciones básicas de aviones y automóviles son focos de atención para su reparación utilizando el procesamiento aditivo por agitación y fricción. El modo de expansión persistente del material y el dominio avanzado sobre las vías transversales hacen que el procesamiento aditivo por agitación y fricción sea apropiado para este tipo de aplicaciones en contraste con los métodos de fijación basados en tapones fijos.

Oposición al desgaste superficial

El AFSP se está aplicando progresivamente para la mejora de las materiales de metal líquido y superficies combinadas. Las capas compuestas soportadas ofrecen protección contra la erosión y el raspado de los sustratos. Las superficies que contienen partículas duras producidas utilizando el Procesado aditivo por fricción-agitación muestran un menor rozamiento y desgaste en aplicaciones como cámaras accionadas por presión y cojines de contacto de automóviles. La fijación y el recubrimiento de las superficies con AFSP dificultan el desgaste de las piezas, ampliando la vida útil de las ayudas potenciales. Esto ofrece posibilidades muy atractivas para los modernos aparatos, motores y cimientos expuestos a condiciones tribológicas extremas.

Conclusión

En conjunto, la manipulación de mezclas por erosión de sustancias añadidas ha surgido como un método de estado fuerte flexible y monetariamente rentable para potenciar el cambio controlado de microestructuras de sustratos metálicos y la creación de capas superficiales compuestas soportadas. Esta variación vanguardista del manejo de mezclas de rejilla utiliza las ventajas de la expansión persistente del material para abordar dificultades ya inamovibles en el campo de la fijación del diseño de amalgamas y piezas.

La mejora de los límites de manipulación relacionados, como la matemática de los instrumentos, la velocidad de rotación y la alimentación transversal, presenta oportunidades increíbles para abrir el procesamiento aditivo por fricción-agitación verdadera capacidad de ajuste de las propiedades superficiales a través de diferentes marcos de sustrato-soporte completamente. Generalmente, las áreas de manipulación de la mezcla de rejilla de sustancia añadida de la fuerza para las demostraciones para diseñar los materiales superficiales vigorosos, superiores de la ejecución con el abuso del refinamiento microestructural escalado, limitado y de las asociaciones del particulate alcanzables apenas con la distorsión plástica seria de la no-armonía.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la distinción vital entre la soldadura de mezcla por rejilla y la manipulación de mezcla por frotamiento?

R: La soldadura de mezcla por contacto se utiliza para unir materiales comparables o únicos, mientras que la manipulación de mezcla por erosión cambia la microestructura y las propiedades de un material sin unirlo.

P: ¿A qué intervalo de temperatura se manipula habitualmente la mezcla de sustancias añadidas por erosión?

R: Para la mayoría de las combinaciones de aluminio, el procesado por fricción-agitación aditivo se produce en el ámbito de 0,6-0,9 veces el punto de disolución del material, lo que elude los problemas relacionados con la manipulación de la fase fluida como la porosidad y las cargas restantes.

P: ¿Cómo se produce la consolidación del soporte durante la manipulación de la mezcla en contacto con la sustancia añadida?

R: Las fortificaciones suelen presentarse rellenando secciones o aberturas mecanizadas en la superficie del sustrato antes de la manipulación. Al atravesar el instrumento, las fortificaciones se mezclan y se dispersan dentro del material de la rejilla plastificada.