Rullīšu ķēžu materiālu izvēle augstas temperatūras vidē

Rullīšu ķēžu materiālu izvēle augstas temperatūras vidē

Rūpnieciskos apstākļos, piemēram, metalurģiskajā termiskajā apstrādē, pārtikas cepšanā un naftas ķīmijas rūpniecībā,rullīšu ķēdes, kā galvenie transmisijas komponenti, bieži darbojas nepārtraukti vidē, kas pārsniedz 150 °C. Ekstremālas temperatūras var izraisīt parasto ķēžu mīkstināšanu, oksidēšanos, korodēšanu un eļļošanas traucējumus. Rūpnieciskie dati liecina, ka nepareizi izvēlētu rullīšu ķēžu kalpošanas laiks augstas temperatūras apstākļos var saīsināties par vairāk nekā 50%, kas pat var izraisīt iekārtu dīkstāvi. Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta rullīšu ķēžu veiktspējas prasībām augstas temperatūras vidē, sistemātiski analizējot dažādu galveno materiālu īpašības un izvēles loģiku, lai palīdzētu rūpniecības speciālistiem panākt stabilus transmisijas sistēmu uzlabojumus.

I. Augstas temperatūras vides galvenās problēmas rullīšu ķēdēm

Augstas temperatūras radītie rullīšu ķēžu bojājumi ir daudzdimensionāli. Galvenās problēmas ir saistītas ar diviem aspektiem: materiāla veiktspējas pasliktināšanos un samazinātu konstrukcijas stabilitāti. Tās ir arī tehniskās problēmas, kas jāpārvar, izvēloties materiālu:

- Materiāla mehānisko īpašību pasliktināšanās: Parastais oglekļa tērauds ievērojami mīkstina virs 300 ℃, un tā stiepes izturība samazinās par 30–50 %, izraisot ķēdes plāksnes lūzumu, tapas deformāciju un citus bojājumus. Savukārt mazleģētais tērauds augstās temperatūrās piedzīvo vēl paātrinātu nodilumu starpkristālu oksidēšanās dēļ, kā rezultātā ķēdes pagarinājums pārsniedz pieļaujamās robežas.

- Paaugstināta oksidēšanās un korozija: skābeklis, ūdens tvaiki un rūpnieciskās vides (piemēram, skābas gāzes un smērvielas) augstas temperatūras vidē paātrina ķēdes virsmas koroziju. Iegūtās oksīda nogulsnes var izraisīt eņģu iesprūšanu, savukārt korozijas produkti samazina eļļošanu.

- Eļļošanas sistēmas atteice: Parastā minerālā smēreļļa iztvaiko un karbonizējas virs 120 ℃, zaudējot savu eļļošanas efektu. Tas izraisa berzes koeficienta palielināšanos starp veltņiem un tapām, palielinot nodiluma ātrumu 4–6 reizes.

- Termiskās izplešanās saskaņošanas izaicinājums: ja ķēdes sastāvdaļu (ķēdes plākšņu, tapu, veltņu) termiskās izplešanās koeficienti ievērojami atšķiras, temperatūras cikla laikā var palielināties spraugas vai ķēde var iesprūst, ietekmējot pārraides precizitāti.

II. Augstas temperatūras rullīšu ķēžu pamatmateriālu veidi un veiktspējas analīze

Augstas temperatūras ekspluatācijas apstākļu īpašo raksturlielumu dēļ galvenie veltņu ķēžu materiāli ir izveidojuši trīs galvenās sistēmas: nerūsējošo tēraudu, karstumizturīgo tēraudu un niķeļa sakausējumus. Katram materiālam ir savas stiprās puses augstas temperatūras izturības, stiprības un korozijas izturības ziņā, un tas prasa precīzu saskaņošanu, pamatojoties uz konkrētiem ekspluatācijas apstākļiem.

1. Nerūsējošā tērauda sērija: izmaksu ziņā efektīva izvēle vidējas un augstas temperatūras darba apstākļiem

Nerūsējošais tērauds, pateicoties tā izcilajai oksidēšanās un korozijas izturībai, ir kļuvis par iecienītāko materiālu vidējai un augstai temperatūrai zem 400 ℃. No tiem 304, 316 un 310S markas ir visplašāk izmantotās rullīšu ķēžu ražošanā. Veiktspējas atšķirības galvenokārt izriet no hroma un niķeļa satura attiecības.

Jāatzīmē, ka nerūsējošā tērauda ķēdes nav “nekļūdas”. 304 nerūsējošais tērauds izraisa sensibilizāciju virs 450 ℃, izraisot starpkristālu koroziju. Lai gan 310S ir karstumizturīgs, tā izmaksas ir aptuveni 2,5 reizes lielākas nekā 304, tāpēc ir nepieciešams visaptveroši apsvērt kalpošanas laika prasības.

2. Karstumizturīga tērauda sērija: izturības līderi ekstremālās temperatūrās

Kad darba temperatūra pārsniedz 800 ℃, parastā nerūsējošā tērauda izturība ievērojami samazinās. Šajā brīdī galvenā izvēle kļūst par karstumizturīgu tēraudu ar augstāku hroma un niķeļa saturu. Šie materiāli, pielāgojot sakausējuma elementu attiecības, veido stabilu oksīda plēvi augstās temperatūrās, vienlaikus saglabājot labu šļūdes izturību:

- 2520 Karstumizturīgs tērauds (Cr25Ni20Si2): Kā plaši izmantots augstas temperatūras materiāls, tā ilgtermiņa darba temperatūra var sasniegt 950 ℃, uzrādot izcilu veiktspēju cementēšanas atmosfērā. Pēc virsmas hroma difūzijas apstrādes korozijas izturību var vēl uzlabot par 40%. To parasti izmanto daudzfunkcionālās krāsns ķēdes konveijeros un zobratu preoksidācijas krāsns konveijeru sistēmās. Tā stiepes izturība ≥520 MPa un pagarinājums ≥40% efektīvi pretojas konstrukcijas deformācijai augstās temperatūrās.

- Karstumizturīgs Cr20Ni14Si2 tērauds: ar nedaudz zemāku niķeļa saturu par 2520, tas piedāvā izmaksu ziņā efektīvāku variantu. Tā nepārtrauktas darba temperatūra var sasniegt 850 ℃, padarot to piemērotu izmaksu ziņā jutīgiem augstas temperatūras pielietojumiem, piemēram, stikla ražošanai un ugunsizturīgu materiālu transportēšanai. Tā galvenā iezīme ir stabils termiskās izplešanās koeficients, kas nodrošina labāku saderību ar zobratu materiāliem un samazina pārvades triecienus.

3. Niķeļa sakausējumu sērija: labākais risinājums skarbiem ekspluatācijas apstākļiem

Ekstremālos apstākļos, kas pārsniedz 1000 ℃, vai ļoti korozīvu materiālu klātbūtnē (piemēram, kosmosa komponentu un kodolrūpniecības iekārtu termiskā apstrāde), niķeļa sakausējumi ir neaizstājami materiāli, pateicoties to izcilajām augstas temperatūras īpašībām. Niķeļa sakausējumi, piemēram, Inconel 718, satur 50–55 % niķeļa un ir pastiprināti ar tādiem elementiem kā niobijs un molibdēns, saglabājot lieliskas mehāniskās īpašības pat 1200 ℃ temperatūrā.

Niķeļa sakausējuma rullīšu ķēžu galvenās priekšrocības ir: ① Šļūdes izturība ir vairāk nekā trīs reizes lielāka nekā 310S nerūsējošajam tēraudam; pēc 1000 nepārtrauktas darbības stundām 1000 ℃ temperatūrā paliekošā deformācija ir ≤0,5%; ② Īpaši spēcīga izturība pret koroziju, spēj izturēt spēcīgus kodīgus materiālus, piemēram, sērskābi un slāpekļskābi; ③ Lieliska noguruma izturība augstā temperatūrā, piemērota biežiem temperatūras cikla apstākļiem. Tomēr to izmaksas ir 5–8 reizes lielākas nekā 310S nerūsējošajam tēraudam, un tās parasti izmanto augstas klases precīzās transmisijas sistēmās.

4. Palīgmateriāli un virsmas apstrādes tehnoloģija

Papildus substrāta izvēlei, virsmas apstrādes tehnoloģijai ir izšķiroša nozīme augstas temperatūras veiktspējas uzlabošanā. Pašlaik galvenie procesi ietver: ① Hroma infiltrācija: Cr2O3 oksīda plēves veidošana uz ķēdes virsmas, uzlabojot izturību pret koroziju par 40%, piemērota augstas temperatūras ķīmiskai videi; ② Niķeļa bāzes sakausējuma izsmidzināšanas pārklājums: viegli nodilstošām detaļām, piemēram, tapām un veltņiem, pārklājuma cietība var sasniegt HRC60 vai augstāku, pagarinot kalpošanas laiku 2–3 reizes; ③ Keramikas pārklājums: izmanto apstākļos virs 1200 ℃, efektīvi izolē augstas temperatūras oksidāciju, piemērots metalurģijas rūpniecībai.

III. Materiālu izvēles loģika un praktiski ieteikumi augstas temperatūras rullīšu ķēdēm

Materiālu izvēle nav tikai par to, lai sekotu principam “jo augstāka temperatūras izturība, jo labāk”, bet gan par to, lai izveidotu četru vienā novērtēšanas sistēmu “temperatūra-slodze-vide-izmaksas”. Tālāk sniegti praktiski ieteikumi izvēlei dažādos scenārijos:

1. Precizēt galvenos darbības parametrus

Pirms izvēles veikšanas precīzi jāapkopo trīs galvenie parametri: ① Temperatūras diapazons (nepārtraukta darba temperatūra, maksimālā temperatūra un cikla frekvence); ② Slodzes apstākļi (nominālā jauda, ​​trieciena slodzes koeficients); ③ Vides vide (ūdens tvaiku, skābu gāzu, tauku u. c. klātbūtne). Piemēram, pārtikas cepšanas nozarē ķēdēm papildus izturībai pret augstu temperatūru 200–300 ℃ ir jāatbilst arī FDA higiēnas standartiem. Tāpēc priekšroka dodama 304 vai 316 nerūsējošajam tēraudam, un jāizvairās no svinu saturošiem pārklājumiem.

2. Izvēle pēc temperatūras diapazona

- Vidēja temperatūras diapazons (150–400 ℃): priekšroka tiek dota 304 nerūsējošajam tēraudam; ja rodas neliela korozija, ieteicams izmantot 316 nerūsējošo tēraudu. Izmantojot pārtikas kvalitātes augstas temperatūras smērvielu (piemērota pārtikas rūpniecībai) vai grafīta bāzes smērvielu (piemērota rūpnieciskai lietošanai), ķēdes kalpošanas laiks var tikt pagarināts vairāk nekā trīs reizes, salīdzinot ar parastajām ķēdēm.

- Augsta temperatūra (400–800 ℃): Galvenā izvēle ir 310S nerūsējošais tērauds vai karstumizturīgs Cr20Ni14Si2 tērauds. Ieteicams ķēdi hromēt un izmantot augstas temperatūras grafīta smērvielu (temperatūras izturība ≥1000 ℃), papildinot eļļošanu ik pēc 5000 cikliem.

- Īpaši augsts temperatūras diapazons (virs 800 ℃): Izvēlieties 2520 karstumizturīgu tēraudu (vidējai un augstai klasei) vai Inconel 718 niķeļa sakausējumu (augstai klasei), pamatojoties uz izmaksu budžetu. Šajā gadījumā ir nepieciešams dizains bez eļļošanas vai cieta smērviela (piemēram, molibdēna disulfīda pārklājums), lai izvairītos no eļļošanas kļūmēm.

3. Uzsveriet materiālu un struktūras atbilstību

Augstās temperatūrās ļoti svarīga ir visu ķēdes komponentu termiskās izplešanās vienmērība. Piemēram, izmantojot 310S nerūsējošā tērauda ķēdes plāksnes, tapām jābūt izgatavotām no tā paša materiāla vai tām jābūt ar līdzīgu termiskās izplešanās koeficientu kā 2520 karstumizturīgam tēraudam, lai izvairītos no temperatūras izmaiņu izraisītas anomālas klīrensa. Vienlaikus jāizvēlas cietie veltņi un sabiezinātas ķēdes plākšņu struktūras, lai uzlabotu izturību pret deformāciju augstās temperatūrās.

4. Izmaksu efektivitātes formula veiktspējas un izmaksu līdzsvarošanai

Ne ekstremālos ekspluatācijas apstākļos nav nepieciešams akli izvēlēties augstas klases materiālus. Piemēram, metalurģijas rūpniecības tradicionālajās termiskās apstrādes krāsnīs (temperatūra 500 ℃, bez spēcīgas korozijas) 310S nerūsējošā tērauda ķēžu izmantošanas izmaksas ir aptuveni 60% no 2520 karstumizturīgā tērauda izmaksām, bet kalpošanas laiks samazinās tikai par 20%, kā rezultātā kopējā izmaksu efektivitāte ir augstāka. Izmaksu efektivitāti var aprēķināt, reizinot materiāla izmaksas ar kalpošanas laika koeficientu, prioritāri izvēloties variantu ar zemākajām izmaksām laika vienībā.

IV. Bieži uzdotie nepareizie priekšstati par atlasi un atbildes uz bieži uzdotajiem jautājumiem

1. Nepareizs priekšstats: Kamēr materiāls ir karstumizturīgs, ķēde vienmēr būs piemērota?

Nepareizi. Materiāls ir tikai pamats. Ķēdes konstrukcijas dizains (piemēram, spraugas izmērs un eļļošanas kanāli), termiskās apstrādes process (piemēram, šķīduma apstrāde, lai uzlabotu izturību augstā temperatūrā) un uzstādīšanas precizitāte ietekmē veiktspēju augstā temperatūrā. Piemēram, 310S nerūsējošā tērauda ķēdes augstās temperatūras izturība samazināsies par 30%, ja tā nav tikusi pakļauta šķīduma apstrādei 1030–1180 ℃ temperatūrā.

2. Jautājums: Kā, pielāgojot materiālus, atrisināt ķēdes iesprūšanas problēmu augstas temperatūras apstākļos?

Žokļu veidošanos galvenokārt izraisa oksīda nogulšņu lobīšanās vai nevienmērīga termiskā izplešanās. Risinājumi: ① Ja tā ir oksidēšanās problēma, uzlabojiet 304 nerūsējošo tēraudu uz 310S vai veiciet hromēšanas apstrādi; ② Ja tā ir termiskās izplešanās problēma, apvienojiet visu ķēdes komponentu materiālus vai izvēlieties niķeļa sakausējuma tapas ar zemāku termiskās izplešanās koeficientu.

3. Jautājums: Kā pārtikas rūpniecībā izmantojamās augstas temperatūras ķēdes var līdzsvarot izturību pret augstu temperatūru un higiēnas prasības?

Dodiet priekšroku 304 vai 316L nerūsējošajam tēraudam, izvairoties no pārklājumiem, kas satur smagos metālus; izmantojiet bezrievu konstrukciju, lai to būtu viegli tīrīt; izmantojiet FDA sertificētu pārtikas kvalitātes augstas temperatūras smēreļļu vai pašsmērējošu struktūru (piemēram, ķēdes, kas satur PTFE smērvielu).

V. Kopsavilkums: no materiālu izvēles līdz sistēmas uzticamībai

Rullīšu ķēžu materiālu izvēle augstas temperatūras videi būtībā ietver optimāla risinājuma atrašanu starp ekstremāliem ekspluatācijas apstākļiem un rūpnieciskajām izmaksām. Sākot ar 304 nerūsējošā tērauda ekonomisko praktiskumu un 310S nerūsējošā tērauda veiktspējas līdzsvaru, un beidzot ar niķeļa sakausējumu galīgo izrāvienu, katrs materiāls atbilst konkrētām ekspluatācijas apstākļu prasībām. Nākotnē, attīstoties materiālu tehnoloģijai, par tendenci kļūs jauni sakausējumu materiāli, kas apvieno augstas temperatūras izturību un zemas izmaksas. Tomēr pašreizējā posmā precīza ekspluatācijas parametru apkopošana un zinātniskas novērtēšanas sistēmas izveide ir galvenie priekšnoteikumi stabilu un uzticamu transmisijas sistēmu sasniegšanai.