La profundidad de la dureza en la resistencia al desgaste del buje
Como un índice de resistencia material a la deformación plástica local, la dureza tiene una fuerte correlación con la resistencia al desgaste del buje, pero la relación entre los dos no es lineal simple, sino por el mecanismo de abrasión, las condiciones de trabajo, la microestructura de material y otros factores . el siguiente análisis del papel del principio, la ley de influencia, las condiciones límite:
Primero, el principio básico de dureza y resistencia al desgaste
1. Efecto inhibitorio de la dureza en el mecanismo de desgaste
(1) Control de desgaste abrasivo
Control de desgaste abrasivo:Cuando las partículas duras (como las archivos de hierro y el polvo) están incrustadas en la superficie del buje, el material de alta dureza (E . g . Hrc 60+ acero de rodamiento) resiste la hundación de partículas, de modo que los abrasivos solo producen peloteros superficiales en lugar de cortes profundos .}}
Soporte de datos:45 # acero (HB200) En el entorno de lubricación que contiene partículas sio₂ (dureza HV1000), la tasa de desgaste de 0 . 5mg / h; y la tasa de desgaste GCR15 (HRC62) hasta 0.05 mg / h, una caída del 90%.
(2) inhibición del desgaste adhesivo
Proceso microscópico:Materiales de baja dureza (como aleación de aluminio) en fricción de alta velocidad, el metal superficial es fácil de ablandar debido al aumento de la temperatura local y la aparición de "soldadura en frío", la formación de nódulos adhesivos; Materiales de alta dureza (como acero apagado) picos de superficie de alta resistencia, los nódulos no son fáciles de desgarrar, reducen la migración de material .
Caso típico:CUBO DE ACERO DE 20# sin duda (HB140) Después de 100 horas de operación sin lubricación, aparecieron pozos de adhesión obvios en la superficie; Después de carburar y enfriar a HRC58, la profundidad de los pozos disminuyó de 0 . 15 mm a 0.02 mm.
2. Efecto sinérgico de la dureza y la microestructura de la superficie
Fortalecimiento por refinamiento de grano:Los materiales de alta dureza a menudo van acompañados de una organización de grano fino (e . g . tamaño de grano de martensita <5 μm en el acero del rodamiento después del enfriamiento), y el efecto obstaculizado de los límites de grano en el movimiento de dislocación se mejora, lo que hace que sea más difícil producir surcos en la superficie .}
El papel de las partículas de la segunda fase:Los bujes de carburo cementados (como WC-Co) en la distribución difusa de las partículas de WC (dureza HV2000) como una "armadura microscópica", cuando la dureza de la matriz (HRC65) y la segunda fase para coincidir, el desgaste puede reducirse en un 70% en comparación con un metal único {}}}
Segundo . Dureza cuantitativa - Relación de resistencia al desgaste y umbrales críticos
1. intervalo de correlación lineal (condición de fricción seca a temperatura ambiente)
| Dureza del material (HRC) |
|
Escenarios de aplicación típicos | ||
| 20-30 | 15-20 | Bujes de maquinaria agrícola de baja velocidad | ||
| 40-50 | 5-8 | Manga intermedia del eje para la transmisión del automóvil | ||
| 60-65 | 0.5-1 | PRECISION Machine Tool Husillo de buje |
Nota: Datos basados en la prueba de desgaste deslizante de fricción seca (carga 50n, velocidad 0.5m/s)
2. fenómeno de transición no lineal (después de exceder la dureza crítica)
Riesgo de desgaste quebradizo:Cuando la dureza excede hrc68 (e . g . bujes de cerámica), la resistencia a la fractura del material (kic<5MPa/m¹/²) decreases considerably, microcracking occurs under impact loading and the wear rate rises. For example:
Los bujes de cerámica SI3N4 (HRC75) tienen una velocidad de desgaste 3 veces más alta que el acero HRC62 con condiciones de impacto no subsubricadas .
Rango de dureza óptimo: 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).
Tercero, la modulación de las condiciones de trabajo sobre la dureza: la relación de resistencia al desgaste
1. La influencia del estado de lubricación
Lubricación límite:En la película de aceite, es incompleta (como la curva Stribeck de la zona de lubricación mixta), los bujes de alta dureza (HRC 60 +) pueden perforar la capa de oxidación en la película de aceite, para mantener la estabilidad de la película límite, la tasa de desgaste que la baja dureza del material es inferior a 40%.
Lubricación de película completa:When the oil film thickness (h>1 μm) cubre completamente la rugosidad de la superficie, el impacto de la dureza se debilita . Por ejemplo, la diferencia en la tasa de desgaste entre un buje de aleación de cobre (HB120) y un buje de acero de rodamiento (HRC62) bajo lubricación de presión dinámica es <5%.}
2. Efecto de acoplamiento de temperatura y velocidad
Afirmación de alta temperatura:45 # acero (HRC40) en 200 grados cuando la dureza cae a HB180, la velocidad de desgaste que la temperatura ambiente aumenta 2 . 5 veces; y acero resistente al calor (como 1CR13, HRC50) en 300 grados cuando la tasa de retención de dureza> 90%.
Efecto térmico de alta velocidad:Cuando la velocidad lineal> 10m/s, los materiales de alta dureza (cerámica con baja conductividad térmica) debido a la acumulación de calor por fricción que conduce al recocido de superficie, la velocidad de desgaste puede revertirse para exceder el metal de endurecimiento media (como el bronce) .
Cuarto, Estrategia de optimización de dureza en aplicaciones de ingeniería
1. Diseño de dureza de gradiente
Proceso de endurecimiento de la superficie:El uso de nitruración (dureza de la capa de infiltración HV 900-1200), enfriamiento láser (superficie hrc 65-70) y otras tecnologías, de modo que la superficie del buje dura núcleo duro . por ejemplo:
Después de que el buje del árbol de levas del motor de automóvil es iónico nitrurado, el desgaste de la superficie se reduce en un 60% en comparación con el de toda la parte endurecida, y al mismo tiempo, se evita la fractura frágil del núcleo .
2. coincidencia de dureza y otras propiedades
Dureza - equilibrio de dureza:Los bujes de maquinaria de construcción (E . g . excavadoras de bujes de cubo) deben endurecerse a HRC 45-50, donde la dureza de impacto (mayor o igual a 25J/cm²) evita el ataques debido al impacto de los rupuras y extiende la vida de los buugados por 1 .}} 8 veces en comparación con Hrc60 Hrc60 Hrc60.
Dureza - Coordinación de resistencia a la corrosión:Selección de buje de la bomba de agua de mar de acero inoxidable 316L (HRC 28-32), aunque la dureza es menor que el acero del rodamiento, pero la resistencia a la corrosión de la película de pasivación para que la vida completa (8000 horas) que el acero cromado (HRC60, vida de 5000 horas) más larga {}}}
Cinco casos de falla típicos y análisis de correlación de dureza
1. Falla de desgaste abrasivo (maquinaria minera)
Fenómeno de falla:Un buje de husillo de trituradores (45 # acero, HB220) que se ejecuta 3 meses después del desgaste del diámetro interno excede 0 . 3 mm, mucho más que el valor permitido de 0.1 mm.
Atribución de dureza: Ore Dust (Dureza HV 800-1200) excedió con creces la dureza de la superficie del buje, y se recomendó usar GCR15 con acero con HRC 58-62, que se esperaba que extendiera la vida útil a más de 1 año . 2.
2. Falla de desgaste adhesivo (compresor)
Fenómeno de falla: el buje de aleación de aluminio (HB90) se aferró al arranque sin lubricación, y las trazas de transferencia de metal aparecieron en la superficie .
Medidas de mejora: el enchapado cromado duro (HV1000) en la superficie aumentó la dureza en 10 veces, y la velocidad crítica de adhesión aumentó de 2M/s a 8 m/s, lo que resolvió con éxito el problema de pegar .
Resumen:The influence of hardness on the wear resistance of the bushing follows the law of "positive correlation within the effective interval, non-linear after exceeding the threshold value". In engineering design, it is necessary to combine the type of wear (abrasive/adhesion/fatigue), working condition parameters (load/speed/temperature) and material matching to control the hardness in the optimal range (usually HRC 45-62), y para optimizar el rendimiento de la "dureza externa y dureza interna" a través de la tecnología de fortalecimiento de la superficie, a fin de maximizar la vida útil del buje .
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