La profondità della durezza sulla resistenza all'usura della boccola
Come indice di resistenza del materiale alla deformazione plastica locale, la durezza ha una forte correlazione con la resistenza all'usura della boccola, ma la relazione tra i due non è semplice lineare, ma mediante meccanismo di abrasione, condizioni di lavoro, microstruttura materiale e altri fattori .
Innanzitutto, il principio di base della durezza e della resistenza all'usura
1. Effetto inibitorio della durezza sul meccanismo di usura
(1) Controllo abrasivo di usura
Controllo abrasivo di usura:Quando le particelle dure (come i limature di ferro e la polvere) sono incorporate nella superficie della boccola, il materiale ad alta durezza (E . g . hrc 60+ cuscinetto) resiste al rientro delle particelle, in modo che le particelle abrasive producano solo frutti di superficie piuttosto che tagli profondi .
Supporto dati:45 # Steel (HB200) nell'ambiente di lubrificazione contenente particelle di siO₂ (durezza Hv1000), la velocità di usura di 0 . 5mg / h; e tasso di usura GCR15 (HRC62) fino a 0,05 mg / h, un calo del 90%.
(2) inibizione dell'usura adesiva
Processo microscopico:Materiali a bassa durezza (come lega di alluminio) in attrito ad alta velocità, il metallo superficiale è facile da ammorbidire a causa dell'aumento della temperatura locale e del verificarsi di "saldatura fredda", la formazione di noduli adesivi; Materiali ad alta durezza (come acciaio estinto) picchi di superficie ad alta resistenza, i noduli non sono facili da strappare, ridurre la migrazione del materiale .
Caso tipico:Buglia in acciaio da 20# senza costi (HB140) dopo 100 ore di funzionamento senza lubrificazione, sulla superficie sono apparse ovvie fosse di adesione evidenti; Dopo il carburi e la tempra a HRC58, la profondità delle fosse è diminuita da 0 . 15mm a 0,02 mm.
2. Effetto sinergico della durezza e della microstruttura superficiale
Rafforzamento per raffinatezza del grano:I materiali ad alta durezza sono spesso accompagnati da un'organizzazione a grana fine (e . g . dimensione del grano martensite <5μm in acciaio portando l'acciaio dopo tempra) e l'effetto ostacolo dei confini del grano sul movimento della dislocazione è migliorato, il che rende più difficile produrre usura di usura sulla superficie.}
Il ruolo delle particelle di seconda fase:Boccole in carburo cementate (come WC-CO) nella distribuzione diffusa di particelle WC (durezza Hv2000) come "armatura microscopica", quando la durezza della matrice (HRC65) e la seconda fase da abbinare, l'usura può essere ridotta del 70% rispetto a un singolo metallo .}
Secondo . durezza quantitativa - relazione di resistenza all'usura e soglie critiche
1. intervallo di correlazione lineare (condizione di attrito a secco a temperatura ambiente)
| Durezza materiale (HRC) |
|
Scenari di applicazione tipici | ||
| 20-30 | 15-20 | Boccole per macchinari agricoli a bassa velocità | ||
| 40-50 | 5-8 | Manica dell'asse intermedio per trasmissione automobilistica | ||
| 60-65 | 0.5-1 | Boccola per mandrino con macchina per macchine per precisione |
NOTA: dati basati sul test di usura dello scorrimento a secco (carico 50N, velocità 0,5 m/s)
2. fenomeno di transizione non lineare (dopo aver superato la durezza critica)
Rischio di abbigliamento fragile:Quando la durezza supera hrc68 (e . g . boccole ceramica), la durezza della frattura del materiale (KIC<5MPa/m¹/²) decreases considerably, microcracking occurs under impact loading and the wear rate rises. For example:
Le boccole in ceramica SI3N4 (HRC75) hanno un tasso di usura 3 volte superiore rispetto all'acciaio cuscinetto HRC62 in condizioni di impatto non bludrizzate .
Gamma di durezza ottimale: The optimum hardness for wear resistance of most metal-based bushings is between HRC55-62, where the Vickers hardness (HV) and the logarithm of the wear rate are linearly negatively correlated (R²>0.92).
In terzo luogo, la modulazione delle condizioni di lavoro sulla relazione di resistenza all'usura
1. l'influenza dello stato di lubrificazione
Lubrificazione del confine:Nel film petrolifero è incompleto (come la curva Stribeck della zona di lubrificazione mista), l'elevata durezza (HRC 60 +) le boccole possono perforare lo strato di ossidazione nel film dell'olio, per mantenere la stabilità del film al contorno, la velocità di usura rispetto alla bassa durezza del materiale è inferiore al 40%.
Lubrificazione a film completo:When the oil film thickness (h>1μm) copre completamente la rugosità superficiale, l'impatto della durezza è indebolito ., ad esempio, la differenza nella velocità di usura tra una boccola in lega di rame (HB120) e una boccola in acciaio con cuscinetti (HRC62) sotto lubrificazione a pressione dinamica è <5%.}}}}}}}}}
2. Effetto di accoppiamento di temperatura e velocità
Ammorbidimento ad alta temperatura:45 # Steel (HRC40) a 200 gradi quando la durezza scende a HB180, la velocità di usura della temperatura ambiente aumenta 2 . 5 volte; e acciaio resistente al calore (come 1Cr13, HRC50) a 300 gradi quando il tasso di ritenzione di durezza> 90%.
Effetto termico ad alta velocità:Quando la velocità lineare> 10 m/s, materiali ad alta durezza (ceramica con bassa conducibilità termica) a causa dell'accumulo di calore attrito che porta alla ricottura della superficie, il tasso di usura può essere invertito per superare il metallo a media deroga (come bronzo) .
In quarto luogo, strategia di ottimizzazione della durezza nelle applicazioni ingegneristiche
1. Design della durezza
Processo di indurimento superficiale:L'uso di nitriding (durezza dello strato di infiltrazione Hv 900-1200), quenching laser (Surface hrc 65-70) e altre tecnologie, in modo che la superficie della bushing hard core ha duro . per esempio:
Dopo che la boccola dell'albero a camme del motore automobilistico è nitrided ionico, l'usura della superficie è ridotta del 60% rispetto a quella dell'intera parte indurita e, allo stesso tempo, la frattura fragile del nucleo viene evitata .
2. corrispondenza di durezza e altre proprietà
Durezza - Equilibrio di durezza:Boccole per macchinari per costruzioni (e . g . boscaglia dell'albero del bucket di scavatore) devono essere indurite a HRC 45-50, dove la tenacità di impatto (maggiore o uguale a 25J/cm²) impedisce di scappare a causa dell'impatto della roccia e estende la vita delle boscaglia di 1 {}} rispetto a HRC60 a Bushings.
Durezza - coordinazione della resistenza alla corrosione:Selezione della boccola per boccola di boccola di acqua di mare di acciaio inossidabile 316L (HRC 28-32), sebbene la durezza sia inferiore all'acciaio cuscinetto, ma la resistenza alla corrosione del film di passivitazioni in modo che la vita completa (8000 ore) rispetto all'acciaio cromata (HRC60, vita di 5000 ore) più lunga .
Cinque, tipici casi di fallimento e analisi di correlazione della durezza
1. fallimento di usura abrasiva (macchinari minerari)
Fenomeno di fallimento:Una boccola per mandrino del frantoio (45 # acciaio, HB220) in esecuzione 3 mesi dopo l'usura del diametro interno supera 0 . 3mm, molto più del valore consentito di 0,1 mm.
Attribuzione della durezza: Ore Dust (durezza Hv 800-1200) ha superato di gran lunga la durezza superficiale della boccola, ed è stato consigliato di utilizzare GCR15 cuscinetto acciaio con HRC 58-62, che si prevede che estendesse la durata del servizio a oltre 1 anno . 2.}
2. Errore di usura adesiva (compressore)
Fenomeno di fallimento: la boccola in lega di alluminio (HB90) è stata aggrappata all'avvio senza lubrificazione e le tracce di trasferimento di metallo sono apparse sulla superficie .
Misure di miglioramento: la placcatura cromata dura (HV1000) sulla superficie ha aumentato la durezza di 10 volte e la velocità critica dell'adesione è stata aumentata da 2m/s a 8m/s, che ha risolto con successo il problema di attaccare .
Riepilogo:L'influenza della durezza sulla resistenza all'usura della boccola segue la legge di "correlazione positiva nell'intervallo effettivo, non lineare dopo aver superato il valore di soglia" . nella progettazione ingegneristica, è necessario combinare il tipo di usura (abrasiva/adesione/fatica), parametri di condizione di lavoro (carico/velocità) e materiale di abbinamento per controllare la durezza ottimali per il tipo di usura (abrasiva (abrasiva/adesione/fatica), parametri di condizione di lavoro (carico/velocità) e materiale abbinamento per controllare la durezza per controllare la gamma ottimale (abrasiva (abrasiva/adesione) Hrc 45-62) e per ottimizzare le prestazioni di "durezza esterna e tenacità interiore" attraverso la tecnologia di rafforzamento della superficie, in modo da massimizzare la durata dell'usura della boccola .
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