La profondeur de la dureté sur la résistance à l'usure de la bague

La profondeur de la dureté sur la résistance à l'usure de la bague

En tant qu'indice de résistance au matériau à la déformation plastique locale, la dureté a une forte corrélation avec la résistance à l'usure de la bague, mais la relation entre les deux n'est pas simple linéaire, mais par le mécanisme d'abrasion, les conditions de travail, la microstructure matérielle et d'autres facteurs . L'analyse suivante du rôle du principe, de la loi d'influence, des conditions limites: conditions limites:

Tout d'abord, le principe de base de la dureté et de la résistance à l'usure

1. Effet inhibiteur de la dureté sur le mécanisme d'usure
(1) Contrôle de l'usure abrasif
Contrôle de l'usure abrasive:Lorsque les particules dures (comme les limants de fer et la poussière) sont intégrées à la surface de la bague, le matériau de dureté élevé (e .} g . HRC 60+ portant de l'acier) résiste à l'indentation des particules, de sorte que les particules abrasives ne produisent que des foules de surface plutôt que des coupes profondes .
Prise en charge des données:45 # Steel (HB200) Dans l'environnement de lubrification contenant des particules SiO₂ (dureté HV1000), la vitesse d'usure de 0 . 5 mg / h; et le taux d'usure GCR15 (HRC62) à 0,05 mg / h, une baisse de 90%.

(2) Inhibition de l'usure adhésive
Processus microscopique:Matériaux de dureté faible (comme l'alliage d'aluminium) En frottement à grande vitesse, le métal de surface est facile à ramollir en raison de l'élévation de la température locale et de la survenue de "soudage à froid", la formation de nodules adhésifs; MATÉRIAUX DE DURENCES élevés (tels que l'acier éteint) Péx de surface de haute résistance, les nodules ne sont pas faciles à déchirer, à réduire la migration des matériaux .
Cas typique:Bouchage en acier 20 # non (HB140) après 100 heures de fonctionnement sans lubrification, des puits d'adhésion évidents sont apparus à la surface; Après carburisation et éteinte à HRC58, la profondeur des stands a diminué de 0 . 15 mm à 0,02 mm.

2. Effet synergique de la dureté et de la microstructure de surface
Renforcement par raffinement des grains:Les matériaux de dureté élevée sont souvent accompagnés d'une organisation à grains fins (e . g . Taille des grains de martensite <5μm en acier de roulement après extinction), et l'effet finissant des limites des grains sur le mouvement de luxation est améliorée, ce qui rend plus difficile de produire des rainures d'usure sur la surface.}
Le rôle des particules de deuxième phase:Les bagues en carbure cimentées (telles que WC-Co) dans la distribution diffuse des particules WC (dureté HV2000) comme "armure microscopique", lorsque la dureté matricielle (HRC65) et la deuxième phase correspondant, l'usure peut être réduite de 70% par rapport à un seul métal .

Deuxième . dureté quantitative - relation de résistance à l'usure et seuils critiques
1. Intervalle de corrélation linéaire (condition de frottement sec à température ambiante)

Remarque: Données basées sur le test d'usure coulissante à friction sec (charge 50N, vitesse 0,5 m / s)

2. phénomène de transition non linéaire (après avoir dépassé la dureté critique)

Risque d'usure fragile:Lorsque la dureté dépasse HRC68 (E . G . Corguss en céramique), la ténacité de fracture du matériau (KIC<5MPa/m¹/²) decreases considerably, microcracking occurs under impact loading and the wear rate rises. For example:

Les bagues en céramique SI3N4 (HRC75) ont un taux d'usure 3 fois plus élevé que l'acier de roulement HRC62 dans des conditions d'impact nonbrifiées .

Plage de dureté optimale: 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).

Troisièmement, la modulation des conditions de travail sur la relation de résistance à la dureté - usure

1. L'influence de l'état de lubrification

Lubrification des limites:Dans le film pétrolier est incomplet (comme la courbe Stribeck de la zone de lubrification mixte), les bagues élevées de dureté (HRC 60 +) peuvent perforer la couche d'oxydation dans le film d'huile, pour maintenir la stabilité du film limite, le taux d'usure que la faible dureté du matériau est inférieur à 40% .

Lubrification à couches complètes:When the oil film thickness (h>1 μm) couvre complètement la rugosité de surface, l'impact de la dureté est affaibli . Par exemple, la différence de taux d'usure entre une bague en alliage de cuivre (HB120) et une bague en acier portant (HRC62) sous la lubrification de pression dynamique est <5% .

2. Effet de couplage de température et de vitesse

Coussin à haute température:45 # Steel (HRC40) En 200 degrés lorsque la dureté tombe à HB180, le taux d'usure que la température ambiante augmente 2 . 5 fois; et l'acier résistant à la chaleur (comme 1CR13, HRC50) à 300 degrés lorsque le taux de rétention de dureté> 90%.

Effet thermique à grande vitesse:Lorsque la vitesse linéaire> 10 m / s, des matériaux de dureté élevée (céramique à faible conductivité thermique) en raison de l'accumulation de chaleur par friction conduisant au recuit de surface, le taux d'usure peut être inversé pour dépasser le métal moyen-dure (comme le bronze) .

Quatrièmement, stratégie d'optimisation de la dureté dans les applications d'ingénierie

1. Conception de dureté de gradient

Processus de durcissement de la surface:L'utilisation de nitrative (dureté de la couche d'infiltration hv 900-1200), de la trempe laser (surface HRC 65-70) et d'autres technologies, de sorte que la surface du carot dur de la brousse . par exemple: par exemple:

Une fois la bague d'arbre à cames du moteur automobile nitride, l'usure de surface est réduite de 60% par rapport à celle de la partie durcie, et en même temps, la fracture fragile du noyau est évitée .

2. correspondant de dureté et d'autres propriétés

DURNESSE - Équilibre de la ténacité:Les bagues de machines de construction (e . g . Les bagues d'arbre de godet de fouille) doivent être durcies en HRC 45-50, où la dureté d'impact (supérieure à ou égal à 25J / cm²) empêche l'échappement en raison de l'impact de la roche et prolonge la durée de vie des bagues par 1 .} 8 fois comparés.

DURNESSE - Coordination de la résistance à la corrosion:Sélection de la bague de pompe d'eau de mer d'acier inoxydable 316L (HRC 28-32), bien que la dureté soit inférieure à celle de l'acier de roulement, mais la résistance à la corrosion du film de passivation (HRC60, durée de vie complète de 5000 heures) plus longtemps .

Cinq, cas d'échec typiques et analyse de corrélation de dureté

1. défaillance de l'usure abrasive (machinerie minieuse)

Phénomène d'échec:Une bague de broche de broyeur (45 # en acier, HB220) fonctionnant 3 mois après l'usure du diamètre intérieur dépasse 0 . 3 mm, bien plus que la valeur autorisée de 0,1 mm.

Attribution de dureté: Du poussière (dureté HV 800-1200) a dépassé de loin la dureté de surface de la bague, et il a été recommandé d'utiliser GCR15 en acier de roulement avec HRC 58-62, qui devait prolonger la durée de vie à plus d'un an . 2.

2. Échec de l'usure de l'adhésif (compresseur)

Phénomène de défaillance: La bague en alliage en aluminium (HB90) a été serrée au démarrage sans lubrification, et des traces de transfert de métal sont apparues à la surface .

Mesures d'amélioration: le placage chromé dur (HV1000) à la surface a augmenté la dureté de 10 fois, et la vitesse critique de l'adhésion a été augmentée de 2 m / s à 8 m / s, ce qui a résolu avec succès le problème du collage .

Résumé:L'influence de la dureté sur la résistance à l'usure de la rigue HRC 45-62), et pour optimiser les performances de "dureté extérieure et de la ténacité intérieure" par la technologie de renforcement de la surface, afin de maximiser la durée de vie de la bague .

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