一 ، ساختار پوشش: بازی دوگانه سختی و سختی
1. پوشش های سنتی: نقص طبیعی ناشی از تفکیک کاربیدهای طبیعی
فولاد باستانی Uzi هند (با محتوای کربن 1.5 {3- 2.0 ٪) از طریق فرآیند ساخت فولاد قابل Crucible تولید شد ، که منجر به تشکیل ساختارهای تفکیک طبیعی آهن کربن شفاف (خطوط روشن روشن) ، آهن آستنیت و مروارید (خطوط تاریک سخت) شد. پوشش این "فولاد الگوی ریخته گری" در واقع توزیع غیر یکنواخت کاربیدها در ماتریس فلزی است ، با سختی HRC65 یا بالاتر ، اما به میزان قابل توجهی کمتری نسبت به فولادهای کامپوزیت مدرن است.
مکانیسم خطر: ذرات کاربید ، به عنوان فازهای سخت ، در هنگام قرار گرفتن در معرض بارهای ضربه ، مستعد تبدیل شدن منابع ترک هستند. آزمایشات انجام شده در دانشگاه تهران در ایران نشان داده است که وقتی اندازه کاربیدها از 5 میکرومتر فراتر رود ، میزان انتشار ترک 300 ٪ افزایش می یابد. نسبت شکستگی شکننده ناشی از تجمع کاربید در استفاده از ابزارهای برش فولاد باستانی اوزی در میدان نبرد 42 ٪ است.
2. پوشش های مدرن: بهینه سازی ساختاری چند- forging forging کامپوزیت
چاقوهای دمشق مدرن اغلب از یک ساختار کامپوزیت با هسته فولادی با سختی بالا (مانند 1095 فولاد کربن بالا ، HRC60-62) استفاده می کنند که با یک لایه فولادی سخت (مانند فولاد 15N20 نیکل ، HRC45-50) و یک پوشش سمی نانو (مانند قلع ، با ضخامت 2-3 میکروموخته) از طریق Physication Veapration (Physepyly) استفاده می شود) این طرح از طریق چیدمان متناوب "مراحل سخت سخت" به مکانیسم دوگانه جذب انرژی و انحراف ترک می رسد.
اصل مقاومت در برابر ترک:
طراحی سختی شیب: سختی ناحیه تیغه HRC60 است و سختی ناحیه پشتی HRC50 است و یک منطقه بافر شیب سختی را تشکیل می دهد. طبق آزمایشات انجام شده توسط موسسه مواد فلزی ژاپن ، ساختارهای شیب می توانند 60 ٪ انتشار ترک را کاهش دهند.
سخت شدن نانوذرات: ساختار کریستال ستونی در پوشش های PVD می تواند انشعاب ترک را القا کند. آزمایشات در آزمایشگاه ملی اوک ریج در ایالات متحده نشان داده است که پوشش های قلع 5 بار باعث افزایش عمر خستگی بستر می شود.
2 ، نقص پوشش: سه منبع اصلی ریسک برای از دست دادن فرآیند کنترل
1. قدرت پیوند بین لایه ای کافی
در فرآیند جعل لایه multi- ، اگر مقیاس اکسید بین لایه به طور کامل برداشته نشود یا دمای جعل از دمای تبلور مجدد پایین تر باشد (معمولاً بیشتر از یا مساوی 950 درجه) ، منجر به کاهش مقاومت پیوند لایه ای می شود. طبق استانداردهای انجمن چاقوهای آلمان ، قدرت برشی لایه باید از یا مساوی 300MPa باشد ، اما برخی از محصولات نهایی- کم فقط به 150MPa می رسند.
مورد: در سال 2023 ، یک مارک خاص از چاقوی آشپزخانه دمشق در هنگام برش گوشت یخ زده ، لایه برداری لایه لایه را تجربه کرد. پس از آزمایش ، مشخص شد که دمای جعل تنها 850 درجه است و ضخامت اکسید بین لایه به 0.2 میلی متر رسیده است ، بسیار فراتر از مقدار استاندارد 0.05 میلی متر.
2. ضخامت پوشش کنترل نشده
Excessive thickness (>5 میکرومتر) پوشش PVD می تواند منجر به تجمع استرس داخلی شود ، در حالی که ضخامت بیش از حد (<1 μ m) cannot form a complete protective film. A study by Swedish company Sandvik found that when the coating thickness increased from 2 μ m to 8 μ m, the bending strength of the substrate decreased from 1200MPa to 800MPa.
استاندارد صنعت: طبق استاندارد نظامی ایالات متحده MIL-} DTL-83488 ، ضخامت پوشش ابزارهای برش باید در 2-4 میکرومتر کنترل شود و نیروی پیوند با بستر باید بیشتر از یا برابر با 50N باشد.
3. نقص در فرآیند عملیات حرارتی
Excessive quenching temperature (>1050 درجه) می تواند منجر به درشت دانه شود ، در حالی که کم مصرف کافی نیست (<200 ℃) can result in residual internal stress. China Baosteel Group's experiment shows that when the quenching temperature is increased from 1000 ℃ to 1100 ℃, the grain size increases from 15 μ m to 50 μ m, and the impact toughness decreases by 70%.
مورد معمولی: در سال 2024 ، یک محصول کارگاه چاقوی سفارشی ، در اولین استفاده خود به دلیل دمای خاموش کنترل نشده ، ترک های طولی را روی تیغه تجربه کرد. پس از آزمایش ، اندازه دانه به ASTM به سطح 3 (دانه درشت) رسید.
3 ، پیشگیری و کنترل خطر: مدیریت کامل زنجیره ای از انتخاب مواد تا سناریوهای استفاده
1. انتخاب مواد: پیکربندی بهینه سازه های کامپوزیت
مواد هسته ای فولادی: CPM-} S35VN پودر فولاد متالورژی ترجیح داده می شود ، با اندازه کاربید کمتر از یا مساوی 3 میکرومتر و چقرمگی 40 ٪ در مقایسه با فولاد کربن بالا سنتی افزایش یافته است.
مواد ساندویچ: آلیاژهای مبتنی بر نیکل (مانند N690) به عنوان لایه های انتقال استفاده می شوند ، با ضریب انبساط حرارتی که 98 ٪ با هسته فولادی مطابقت دارد ، که می تواند استرس حرارتی را کاهش دهد.
مواد پوشش: پوشش DLC (الماس - مانند کربن) را انتخاب کنید ، که دارای سختی HV4000 و ضریب اصطکاک تنها 0.1 است ، که سه برابر بیشتر از پوشیدن- مقاوم از پوشش قلع است.
2. کنترل فرآیند: مدیریت دقیق پارامترهای کلیدی
فرآیند جعل: از پرس هیدرولیک برای جعل ایزوترمال استفاده می شود ، با نوسانات دما در 5 درجه کنترل می شود. لایه اکسید بین لایه به طور کامل توسط شستشوی اسید (غلظت اسید هیدروکلریک 15 ٪) برداشته می شود.
فرآیند عملیات حرارتی: پلی اتیلن گلیکول به عنوان محیط خاموش انتخاب می شود ، میزان خنک کننده در 50 درجه در ثانیه کنترل می شود ، دمای درجه حرارت در 450 درجه تعیین می شود و زمان عایق 2 ساعت است.
فرآیند پوشش: اتخاذ فناوری آبکاری چند قوس ، میزان رسوب پوشش با 0.5 میکرومتر در دقیقه در دقیقه کنترل می شود و ولتاژ تعصب بستر برای افزایش قدرت پیوند بر روی -100 ولت تنظیم می شود.
سناریوی استفاده: تطبیق علمی شرایط بار
سناریوهای ضربه ای بالا (مانند چاقوهای بقا در فضای باز): یک ساختار کامل را انتخاب کنید ، با ضخامت تیغه بیشتر از یا مساوی 4 میلی متر و ضخامت پوشش در 3 میکرومتر کنترل می شود تا از خرد کردن مکرر اهداف سخت جلوگیری شود.
سناریوهای برش خوب (مانند چاقوهای آشپزخانه): اتخاذ یک ساختار دسته ، با ضخامت تیغه 2.5-3 میلی متر و ضخامت پوشش 2 میکرومتر و به طور مرتب انجام آزمایش یکپارچگی پوشش.
سناریوی مجموعه: محیط ذخیره سازی باید با رطوبت 40 ٪ -50 ٪ و دمای 20-25 درجه کنترل شود و از تماس با مواد اسیدی جلوگیری شود. آزمایش غیر مخرب باید سالی یک بار انجام شود.
