Additive Friction Stir Processing: Técnicas Avançadas de Modificação e Reparo de Superfícies

Descubra o potencial do processamento aditivo de fricção e agitação (AFSP) para modificação e reparo de superfícies. Explore os principais processos, benefícios e aplicações emergentes do AFSP na criação de materiais robustos e de alto desempenho.

Em comparação com as estratégias de montagem convencionais, o manuseio de misturas por fricção oferece benefícios cruciais como um curso livre de contaminação e eficiente em termos de energia para a mistura de materiais de superfície de ponta. Este artigo pretende fazer um levantamento do status atual e das valiosas portas abertas gerenciadas pelo custo de uma variação emanante do manuseio de misturas de contato, conhecida como manuseio de misturas de grade de substâncias adicionadas ou processamento de fricção por fricção aditiva. Um esboço conciso do sistema AFSP é apresentado inicialmente aos padrões básicos.

Processamento de Friction Stir com aditivos: Modificação e reparo de superfícies

O artigo começa com uma introdução que oferece uma visão geral do processamento aditivo por fricção (AFSP) e sua importância na engenharia de superfície de materiais. Em seguida, ele detalha a técnica de fricção aditiva, abrangendo o procedimento de processamento, os principais limites do processo e o projeto da ferramenta. Em seguida, o foco passa para o refinamento da microestrutura, discutindo o refinamento de grãos na zona processada, o impacto dos limites de interação nos grãos e a função da geometria da ferramenta.

O manuseio da mistura de grades é uma estratégia de criação de estado forte de alto nível que está sendo progressivamente utilizada para aplicações de design de superfícies de materiais. Essa técnica inovadora aprimora as microestruturas, integra reforços compostos e oferece resistência superior ao desgaste para várias aplicações em aeroespacial e automotivo indústrias. Aproveitando os padrões de deformação plástica extrema restrita a temperaturas elevadas, o manuseio da mistura de grades permite o ajuste designado de microestruturas de superfície próximas, juntamente com a dispersão de partículas de suporte. Isso permite a criação de novas camadas compostas que conferem propriedades otimizadas às superfícies metálicas.

Em seguida, as principais perspectivas que afetam o refinamento microestrutural são inspecionadas juntamente com as metodologias de união de suporte composto. As estruturas fabricadas por meio do processamento aditivo de fricção e agitação contendo compostos metálicos com suporte de partículas de cerâmica e carbono são apresentadas em uma visão geral. Por fim, são apresentadas as aplicações em desenvolvimento que se concentram na alteração da superfície e na fixação do material, em que o manuseio de misturas de grades de substâncias adicionadas apresenta um potencial promissor.

Substância adicionada Estratégia de manuseio do Grinding Mix

Procedimento de manuseio

O processamento por fricção e agitação de aditivos para manuseio de misturas de moagem de substâncias adicionadas (AFSP) é um método de manuseio de estado forte à luz dos padrões de mistura de moagem técnicas de soldagem. No AFSP, um dispositivo não consumível com um pino e um ombro é girado e mergulhado no material a ser manuseado. A intensidade do atrito é produzida no ponto de interação entre o ombro giratório e a peça de trabalho, provocando a plastificação restrita do material. O pino do instrumento mistura o material plastificado para obter a mistura e a dispersão de quaisquer partículas de suporte.

Esse manuseio ocorre abaixo do ponto de dissolução do material, de modo que os impactos indesejados relacionados aos ciclos de estágio do fluido, por exemplo, porosidade e tensões persistentes, são evitados. O AFSP oferece vantagens em relação aos métodos convencionais de ajuste de superfície, por exemplo, o controle preciso da entrada de calor sem mudanças de estágio. O dispositivo pode ser cruzado sobre o substrato, por exemplo, de tal forma que regiões específicas recebam um tratamento focado. Isso permite que o acabamento e o design sejam feitos nas superfícies do material.

Limites do processo

As propriedades e qualidades do manuseio acabamento de superfície dependem inequivocamente dos limites utilizados durante o processamento aditivo por fricção e agitação. Os principais limites controláveis incorporam a velocidade do pivô do dispositivo, a velocidade de cruzamento do instrumento, a força do cubo aplicada, o ponto de inclinação do aparelho e a profundidade de mergulho do pino do dispositivo. Esses limites afetam a intensidade da idade na interface da peça de trabalho do instrumento e o ritmo da deformação do material Ning. A velocidade de giro influencia a intensidade de atrito, enquanto a velocidade de cruzamento controla a dispersão de calor e a taxa de fluxo de material. A força do cubo mantém o instrumento imóvel contra o substrato. O ajuste adequado desses limites é essencial para obter superfícies livres de imperfeições com propriedades avançadas.

Plano de instrumentos

O plano do instrumento de processamento de fricção por agitação aditiva, especialmente o ombro e o pino, também influencia os resultados do manuseio. Distâncias maiores entre os ombros aumentam a região de contato para o aquecimento, mas também podem reduzir as tensões do aparelho. Os perfis de pinos, incluindo planos com cordas, canelados ou com características, trabalham com veículos de materiais mais desenvolvidos, em comparação com pinos simples em forma de barril. Os ombros dos instrumentos podem ser planejados com perfis, por exemplo, exemplos de pergaminho ou espiral para concentrar as tensões. Os materiais do instrumento com alta resistência, resistência à ruptura e obstrução ao desgaste, como aço H13 ou carboneto de tungstênio, permitem o manuseio de outros materiais problemáticos. A configuração do instrumento é simplificada em função das propriedades do material do substrato e dos aumentos de suporte, se houver.

Refinamento da microestrutura

Refinamento de grãos na zona manipulada

Durante o processamento aditivo por fricção e agitação, os Variantes de plástico é conferido ao material da peça de trabalho sob o ombro do dispositivo. À medida que o material é exposto a essa deformidade plástica extrema em temperaturas elevadas, que ocorrem perto da interface da peça de trabalho do dispositivo, ocorre a recristalização dinâmica dos grãos. Isso provoca a mudança da microestrutura subjacente de granulação grossa para uma estrutura de grãos melhor e equiaxial na zona de mistura. O ritmo da distorção plástica extrema e a intensidade da idade podem ser controlados por meio dos limites do AFSP para atingir vários graus de refinamento da microestrutura. Ritmos rotacionais mais altos, cargas pivotais e velocidades cruzadas favorecem uma recristalização única mais notável devido ao veículo de material aprimorado e às temperaturas homólogas mais altas alcançadas.

Impacto dos limites de interação nos grãos

O tamanho do grão obtido na zona de mistura depende inequivocamente dos limites de AFSP escolhidos. Estudos demonstraram que velocidades mais altas de giro do dispositivo, ao criar mais intensidade de atrito, resultam em grãos recristalizados maiores devido à maior chance de desenvolvimento de grãos em temperaturas mais altas. Por outro lado, velocidades de cruzamento mais altas do dispositivo levam a taxas de resfriamento mais rápidas e obrigam o desenvolvimento de grãos, o que, consequentemente, resulta em tamanhos de grãos melhores. Além disso, os fatores do processo, como a força do cubo, o perfil do pino e o número de passes, também influenciam o grau de plastificação e recristalização e, consequentemente, os últimos atributos dos grãos nas superfícies manipuladas por AFSP.

Trabalho de matemática de hardware

A matemática de processamento de fricção aditiva do dispositivo v afeta totalmente a estrutura de grãos obtida, o que pode ser atribuído às suas consequências para o envelhecimento do calor e a condução do fluxo de material. Uma distância maior entre os ombros aumenta a superfície de contato para a entrada de calor durante o manuseio. No entanto, isso também pode, às vezes, agravar o desenvolvimento de deformidades. Os pinos de instrumentos incluídos com perfis como cordas ou sopros de madeira trabalham com melhor veículo de material plastificado em comparação com os pinos básicos em forma de tubo, melhorando a recristalização. Além disso, várias passagens com um instrumento podem refinar os grãos devido à grande torção do plástico coletado a cada passagem. De modo geral, a configuração simplificada do dispositivo, ajustada de forma personalizada para a estrutura específica do substrato-suporte, é fundamental para compreender o grau máximo de alteração da microestrutura durante o AFSP.

Alteração de superfície e fabricação de compostos

Técnicas de fusíveis de suporte

Para a criação de compostos de superfície utilizando o processamento aditivo de fricção por agitação, as partículas de suporte devem ser apresentadas e disseminadas dentro do material do substrato. As técnicas normais incluem o preenchimento de ranhuras usinadas no substrato processos de acabamento de superfície com o suporte de partículas antes do manuseio. Por outro lado, uma organização de aberturas ou covinhas com deficiência visual pode ser carregada com fortificações. A técnica de preenchimento de sulcos permite a medida mais notável de expansão do suporte, pois o entalhe preenchido é, portanto, misturado e fechado durante o AFSP. Colar ou respingar revestimentos de suporte diretamente na superfície do substrato é outra metodologia, mas conseguir uma dispersão uniforme pode ser um desafio. O método de fusível de suporte utilizado depende de fatores como aspectos do entalhe, qualidades da molécula e propriedades do composto designado.

Estruturas criadas

Uma grande variedade de estruturas de suporte de substrato foi transformada em compostos de superfície utilizando o Additive Friction Stir Processing. Os compostos de magnésio e alumínio são normalmente utilizados como substratos devido ao seu peso leve e às suas propriedades mecânicas. As fortificações incorporam óxidos queimados, como alumina e sílica, que melhoram a dureza e a obstrução ao desgaste. Carbetos como o carbeto de silício e os carbetos de metais modificados aumentam a resistência. Partículas de terras incomuns em combinações de magnésio refinam os grãos da estrutura. As nanoestruturas de carbono, como o grafeno e os nanotubos de carbono, conferem forte condutividade elétrica e de óleo. Da mesma forma, estão sendo investigadas misturas cruzadas de várias fortificações.

Propriedades dos compósitos que estão por vir

As propriedades dos compósitos de superfície de processamento por fricção aditiva e agitação são fortemente afetadas pelo refinamento de grãos realizado na microestrutura do substrato, juntamente com a dispersão e a retenção uniformes das partículas de suporte. Grãos melhores e mais homogêneos, juntamente com menos agrupamento de partículas ou abandono de pontos de conexão, significam maior dureza, resistência e obstrução ao desgaste em comparação com o material de substrato não reforçado. Limites que microestrutura de atualização Mudanças como velocidades mais altas de rotação do dispositivo ou várias passagens de manuseio favorecem, dessa forma, um maior aprimoramento da propriedade. Além disso, o nível de progresso depende das propriedades inerentes e da capacidade de construção das partículas escolhidas.

Material Fix Aplicações

Correção de volume

O manuseio de misturas de grades de substâncias adicionadas mostra a garantia de correção de deformidades volumétricas em projetos e peças metálicas. A compensação de deficiências deixadas por quebras, danos por desgaste ou defeitos apresentados durante ciclos de montagem anteriores pode ajudar a restabelecer a respeitabilidade subjacente. Furos de fechadura e quebras de espessura em combinações básicas de aviões e carros são focos de correção utilizando o processamento aditivo de fricção por agitação. O modo de expansão persistente do material e o comando avançado sobre as vias transversais tornam o processamento de fricção aditiva apropriado para essas aplicações, em comparação com os métodos de reparo baseados em plugues fixos.

Oposição ao desgaste da superfície

O AFSP está sendo progressivamente aplicado para aprimoramento de materiais de metal líquido e superfícies combinadas. As camadas compostas suportadas oferecem proteção contra erosão e pontos raspados dos substratos. Superfícies contendo partículas duras produzidas com o uso do Additive Friction Stir Processing apresentam menor atrito e desgaste em aplicações como câmaras acionadas por pressão e amortecedores de contato para automóveis. A fixação e o revestimento da superfície com AFSP impedem o desgaste da peça, aumentando a vida útil potencial. Isso oferece possibilidades atraentes para aparelhos modernos, motores e fundações expostos a condições tribológicas extremas.

Conclusão

Em suma, o manuseio de mistura de erosão de substância adicionada surgiu como um método de estado forte, flexível e economicamente vantajoso para permitir a mudança controlada de microestruturas de substrato de metal e a criação de camadas de superfície compostas com suporte. Essa variação de ponta do manuseio de mistura de grade usa os benefícios da expansão persistente do material para lidar com dificuldades já imutáveis na correção de campo do projeto de amálgamas e peças.

O aprimoramento dos limites de manuseio relacionados, como a matemática do instrumento, a velocidade de rotação e a alimentação transversal, apresenta chances incríveis de abrir a verdadeira capacidade de processamento de fricção aditiva para ajustar completamente as propriedades da superfície em diferentes estruturas de suporte de substrato. Em geral, as áreas de manuseio de misturas de grades de substâncias adicionadas são fortes para a criação de materiais de superfície vigorosos e de execução superior por meio do abuso de refinamento microestrutural limitado e escalonado e de associações de partículas que só podem ser obtidas por meio de distorção plástica séria e não harmônica.

Perguntas frequentes

P: Qual é a diferença fundamental entre a soldagem da mistura de grades e o manuseio da mistura de fricção?

R: A soldagem por mistura de contato é utilizada para unir materiais comparativos ou únicos, enquanto o manuseio da mistura por erosão altera a microestrutura e as propriedades de um material sem unir.

P: Em que faixa de temperatura ocorre regularmente o manuseio de misturas com erosão de substâncias adicionadas?

R: Para a maioria das combinações de alumínio, o processamento aditivo de fricção por agitação ocorre em uma faixa de 0,6 a 0,9 vezes o ponto de dissolução do material, o que evita problemas relacionados ao manuseio do estágio de fluido, como porosidade e cargas remanescentes.

P: Como ocorre a consolidação do suporte durante o manuseio da mistura de contato com a substância adicionada?

R: As fortificações geralmente são apresentadas por meio do preenchimento de seções ou aberturas usinadas na superfície do substrato antes do manuseio. Quando o instrumento passa, as fortificações são misturadas e espalhadas dentro do material da grade plastificada.