(ساچمه زنی)

ساچمه زنی یا شات پینینگ عبارت است از پاشش ساچمه های شتاب گرفته به سمت یک قطعه برای ایجاد لایه فشرده شده سخت شده  سطحی. ساچمه زنی یک فرایند کارسرد است که خواص سطوح فلزی مختلف را افزایش می دهد. بسیاری از فرایندهای تولید مورد استفاده در صنایع گوناگون نظیر هوافضا، هواپیمایی، خودروسازی، انرژی و صنایع سنگین می توانند سبب ایجاد تنش های کششی بر روی قطعات شوند. این پروسه ها عبارتند از: نورد،دریل کاری، جوشکاری، سنگ زنی شدید، عملیات حرارتی، خمکاری، تراشکاری و شکل دهی. تنش کششی باقیمانده بر روی سطح قطعه، محیطی مناسب برای  شروع ترک خوردگی یا خوردگی تنشی و کاهش عمر این قطعات می باشد.اگر شدت و پوشش ساچمه زنی کافی باشد میتواند منجر به ایجاد نانو کریستال در سطح قطعه فلزی گردد.

این لایه کارسخت شده دارای خواص مهمی برای قطعه است :

۱- چنانچه تغییر فرم پلاستیک شدید در اثر ساچمه زنی ایجاد شود بر روی سطح لایه نانو کریستالی ایجاد میشود. چنانچه دراین مطالعه بررسی گردید این لایه نانومی تواند باعث افزایش خواص خوردگی سایشی گردد.

۲- باعث افزایش ۲۰ تا ۲۵ درصدی خواص خستگی قطعات گردد.

۳-    باعث کور شدن نوک ترکهای سطحی در فرآیند جوش و تولید میگردد .معمولاً ترکهای جوش از سطح شروع وبعد در داخل فلز اشاعه پیدا میکنند.

۴-    باعث تمیز شدن و جدا شدن انواع ناخالصی های سطحی و اکسیدی شده که آماده برای فرآیند های بعدی سطحی مانند رنگ یا پرایمر میباشد.

۵-    چنانچه در سطح فلز لایه نانوایجاد شده باشد نحوه ترکیب فلز پایه و عناصر آلیاژی آن با مواد شیمیایی حاضر در سطح مثل اکسیژن و آب با حالت عادی متفاوت بوده و با کینتیک سریعتری انجام میشود . در صورتیکه یک فیلم  غیر فعال پایدار باشد اهمیت این کار بیشتر مشخص خواهد شد زیرا باعث میشود لایه محافظ سریعتر ایجاد شود.

۶- ساچمه زنی باعث افزایش مقاومت  در برابر ترک های ناشی از خوردگی تنشی (SCC) میگردد.

شکل۱-نمایی از فرایند شات پینینگ.

شات پینینگ از طریق پاشش سریع ساچمه های کروی به سمت قطعه کار انجام می شود. وقتی این ساچمه ها به قطعه برخورد می کنند، فرورفتگی های ریزی ایجاد می شود و سطح قطعه در آن نقطه کشیده می شود. ماده اطراف این فرورفتگی ها در مقابل این کشیدگی مقاومت کرده و یک ناحیه تنش فشاری را ایجاد می کند. وقتی سطح قطعه از این فرورفتگی های ریز پوشیده شده باشد، لایه ای با تنش فشاری بر روی سطح تشکیل می شود. این لایه جایگزین لایه حاوی تنش کششی شده و ترک های خستگی و خوردگی تنشی که منشا تشکیل آنها سطح قطعه می باشد را متوقف می سازد.

ساچمه زنی سالها است که مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه این صنایع کوچک بودند که در گذشته مزایای این روش کار سرد را مشخص ساختند ولی ساچمه زنی مدرن از دهه ۱۹۳۰ گشترش یافته است. در سال ۱۹۴۵ جان آلمن روش اندازه گیری شدت ساچمه زنی را ثبت تجاری  نمود. بسیاری از متخصصین آقای آلمن را پدر ساچمه زنی مدرن می دانند. او از یک تسمه فلزی، که امروزه تسمه آلمن(شکل۲) نامیده می شود، و یک سیستم اندازه گیری قوسی با نام امروزی گیج آلمن(شکل۳) برای اندازه گیری شدت برخورد ساچمه به قطعه بهره گرفت. تسمه آلمن بر روی یک بلوک تخت با ۴ پیچ محکم می شود. زمانیکه تسمه تحت فرایند ساچمه زنی قرار می گیرد، تنش فشاری بر روی سطح ساچمه ایجاد می شود. پس از برداشتن تسمه از روی بلوک، به دلیل عدم تحمل تنش اعمالی توسط این تسمه نازک، قوس بر می دارد. این قوس با گیج آلمن اندازه گیری می شود.

شکل۲- تسمه آلمن

شکل۳-گیج آلمن

ارتفاع این قوس ها بر حسب زمان قرار گرفتن در معرض ساچمه ها  را بر روی نموداری رسم می کنند. نمودار کامل این تست با قرار گرفتن تسمه آلمن در معرض جریانی از ساچمه ها در زمان های مختلف ترسیم می گردد(شکل۴). از روی نمودار می توان شدت جریان ساچمه را با ارزیابی اولین نقطه (یا اولین شدت) بر روی بهترین خط مماس بر نمودار  در نقطه دو برابر شدن زمان بدست آورد که نشان دهنده افزایش ده درصدی در ارتفاع قوس می باشد. این تست به تولیدکنندگان در سطح جهان کمک می کند تا بتوانند یک فرایند ساچمه زنی مشخص را تکرار نمایند.

شکل۴-رابطه میان ارتفاع قوس ها و زمان ساچمه زنی.

 انواع پیاده سازی فرآیند ساچمه زنی

۱- ساچمه زنی بادی

۲- ساچمه زنی سانتریفیوژ یا گریز از مرکز

۳-ساچمه زنی التراسونیک

اگر تفنگ ساچمه زنی که به جای استفاده از ساچمه از میله های سر گرد استفاده میکند را نیز روشی از روش های ساچمه زنی فرض نماییم تعداد روشهای ساچمه زنی به ۴ روش خواهد رسید.در این میان ساچمه زنی بادی از همه قدیمی تر و ساچمه زنی التراسونیک از همه جدید تر است.

متغیر های متعددی روی ساچمه زنی موثر هستند ,شدت برخورد ساچمه ها به قطعه (Intensity) ,میزان پوشانندگی ساچمه ها یا Coverage ,اندازه ساچمه ها ,جنس ساچمه ها ,سختی ساچمه ها و سرعت ساچمه ها از متغیر های اصلی هستند.

دستگاه ساچمه زنی نیز  بایدکالیبره شوند .مطابق استاندارد ترسیم منحنی اشباع به کمک نوار های آلمن و ترسیم قوس آن در مقابل زمان ساچمه زنی خصوصیات  یک دستگاه را مشخص میکند.

عوامل موثر بر ساچمه زنی

• اندازه و نوع ساچمه
• سرعت ساچمه
• سختی سطح قطعه
• زمان ساچمه زنی
• فاصله میان نازل ساچمه زنی و سطح قطعه

برخی از قطعاتی که برای افزایش عمر کاری تحت عملیات شات پینینگ قرار می گیرند، عبارتند از:

• میل لنگ
• میل بادامک
• ارابه فرود هواپیما
• رینگ و دنده هرزگرد
• دنده خاردار
• دیسک های کمپرسور
• دیسک های توربین
• شاتون یا دسته پیستون
• چرخ های هواپیما
• فنرهای پیچشی
• فنرهای تیغه ای