Избор на материјал за ролери во средини со висока температура

Избор на материјал за ролери во средини со висока температура

Во индустриски услови како што се металуршката термичка обработка, печењето храна и петрохемикалијата,ролер синџири, како компоненти на основниот пренос, често работат континуирано во средини над 150°C. Екстремните температури можат да предизвикаат омекнување, оксидација, кородирање и неможност за подмачкување на конвенционалните ланци. Индустриските податоци покажуваат дека неправилно избраните ролер ланци може да го намалат животниот век за повеќе од 50% во услови на висока температура, дури и да доведат до застој на опремата. Оваа статија се фокусира на барањата за перформанси на ролер ланци во средини со висока температура, систематски анализирајќи ги карактеристиките и логиката на селекција на различни материјали за основно ниво за да им помогне на индустриските професионалци да постигнат стабилни надградби на нивните системи за пренос.

I. Основни предизвици на средини со висока температура за ролерските ланци

Штетата на валчестите ланци предизвикана од средини со висока температура е повеќедимензионална. Основните предизвици лежат во два аспекта: деградација на перформансите на материјалот и намалена структурна стабилност. Ова се и техничките тесни грла што мора да ги надмине изборот на материјал:

- Деградација на механичките својства на материјалот: Обичниот јаглероден челик значително омекнува над 300℃, при што цврстината на истегнување се намалува за 30%-50%, што доведува до кршење на плочата на ланецот, деформација на клинот и други дефекти. Од друга страна, нисколегираниот челик доживува дополнително забрзано абење поради меѓугрануларна оксидација на високи температури, што предизвикува издолжување на ланецот да ги надмине дозволените граници.

- Зголемена оксидација и корозија: Кислородот, водената пареа и индустриските медиуми (како што се кисели гасови и масти) во средини со висока температура ја забрзуваат корозијата на површината на ланецот. Добиениот оксиден бигор може да предизвика заглавување на шарките, додека производите од корозија го намалуваат подмачкувањето.

- Дефект на системот за подмачкување: Конвенционалното минерално масло за подмачкување испарува и карбонизира над 120℃, губејќи го својот ефект на подмачкување. Ова доведува до зголемување на коефициентот на триење помеѓу ролерите и клиновите, зголемувајќи ја стапката на абење за 4-6 пати.

- Предизвик за усогласување на термичкото ширење: Ако коефициентите на термичко ширење на компонентите на ланецот (плочки на ланецот, иглички, ролери) значително се разликуваат, празнините може да се зголемат или ланецот може да се заглави за време на температурното циклирање, што влијае на точноста на преносот.

II. Видови основни материјали и анализа на перформансите на високотемпературни валчести ланци

Поради посебните карактеристики на условите за работа на високи температури, материјалите за ролерскиот ланец формирале три главни системи: не'рѓосувачки челик, челик отпорен на топлина и легури на база на никел. Секој материјал има свои предности во однос на отпорноста на високи температури, цврстината и отпорноста на корозија, што бара прецизно усогласување врз основа на специфичните услови за работа.

1. Серија од не'рѓосувачки челик: Економичен избор за работни услови на средна и висока температура

Нерѓосувачкиот челик, со својата одлична отпорност на оксидација и отпорност на корозија, стана префериран материјал за средни и високи температури под 400℃. Меѓу нив, 304, 316 и 310S се најшироко користени во производството на валчести ланци. Разликите во перформансите главно произлегуваат од односот на содржината на хром и никел.

Треба да се напомене дека синџирите од не'рѓосувачки челик не се „непогрешливи“. Не'рѓосувачкиот челик 304 покажува сензибилизација над 450℃, што доведува до меѓугрануларна корозија. Иако 310S е отпорен на топлина, неговата цена е приближно 2,5 пати поголема од онаа на 304, што бара сеопфатно разгледување на барањата за животниот век.

2. Серија челици отпорни на топлина: Лидери во цврстината при екстремни температури

Кога работните температури надминуваат 800℃, цврстината на обичниот не'рѓосувачки челик значително се намалува. Во овој момент, челик отпорен на топлина со поголема содржина на хром и никел станува избор на јадро. Овие материјали, преку прилагодувања на односите на легурните елементи, формираат стабилен оксиден филм на високи температури, додека одржуваат добра цврстина на ползење:

- 2520 Челик отпорен на топлина (Cr25Ni20Si2): Како најчесто користен материјал за високи температури, неговата долгорочна работна температура може да достигне 950℃, покажувајќи одлични перформанси во атмосфери за карбурирање. По третманот со површинска дифузија на хром, отпорноста на корозија може дополнително да се подобри за 40%. Најчесто се користи во повеќенаменски транспортери со синџир на печки и системи за транспортери со печки пред оксидација со запчаници. Неговата цврстина на истегнување ≥520MPa и издолжување ≥40% ефикасно се спротивставуваат на структурната деформација на високи температури.

- Челик отпорен на топлина Cr20Ni14Si2: Со содржина на никел малку пониска од 2520, нуди поекономична опција. Неговата континуирана работна температура може да достигне 850℃, што го прави погоден за апликации со висока температура кои се чувствителни на трошоци, како што се производство на стакло и транспорт на огноотпорни материјали. Неговата клучна карактеристика е неговиот стабилен коефициент на термичка експанзија, што резултира со подобра компатибилност со материјалите на запчаниците и намален шок на менувачот.

3. Серија легури на база на никел: Најдоброто решение за сурови работни услови

Во екстремни услови што надминуваат 1000℃ или во присуство на високо корозивни медиуми (како што е термичка обработка на воздухопловни компоненти и опрема за нуклеарна индустрија), легурите на база на никел се незаменливи материјали поради нивните супериорни перформанси на високи температури. Легурите на база на никел, како што е Inconel 718, содржат 50%-55% никел и се зајакнати со елементи како што се ниобиум и молибден, одржувајќи одлични механички својства дури и на 1200℃.

Основните предности на валјачките синџири од легури на база на никел се: ① Јачината на ползење е повеќе од три пати поголема од онаа на нерѓосувачкиот челик 310S; по 1000 часа континуирана работа на 1000℃, трајната деформација е ≤0,5%; ② Исклучително силна отпорност на корозија, способна да издржи силни корозивни медиуми како што се сулфурна киселина и азотна киселина; ③ Одлични перформанси на замор на висока температура, погодни за чести услови на температурни циклуси. Сепак, нивната цена е 5-8 пати поголема од онаа на нерѓосувачкиот челик 310S и тие обично се користат во висококвалитетни прецизни системи за пренос.

4. Помошни материјали и технологија за површинска обработка

Освен изборот на подлога, технологијата за површинска обработка е клучна за подобрување на перформансите на високи температури. Во моментов, главните процеси вклучуваат: ① Инфилтрација на хром: формирање на оксиден филм Cr2O3 на површината на ланецот, подобрувајќи ја отпорноста на корозија за 40%, погодно за хемиски средини на високи температури; ② Спреј премачкување од легури на база на никел: за лесно абење делови како што се иглички и ролери, тврдоста на премазот може да достигне HRC60 или повисока, продолжувајќи го работниот век за 2-3 пати; ③ Керамички премаз: се користи во услови над 1200℃, ефикасно изолирајќи ја оксидацијата на високи температури, погодно за металуршката индустрија.

III. Логика на избор на материјал и практични предлози за валчести ланци на висока температура

Изборот на материјал не е само за следење на принципот „колку е поголема отпорноста на температурата, толку подобро“, туку бара воспоставување систем за евалуација четири-во-едно на „температура-оптоварување-средна цена“. Следните се практични предлози за избор во различни сценарија:

1. Разјаснување на основните оперативни параметри

Пред изборот, треба точно да се соберат три клучни параметри: ① Температурен опсег (континуирана работна температура, врвна температура и фреквенција на циклус); ② Услови на оптоварување (номинална моќност, коефициент на ударно оптоварување); ③ Средина на животната средина (присуство на водена пареа, кисели гасови, маснотии итн.). На пример, во прехранбената индустрија за печење, покрај тоа што можат да издржат високи температури од 200-300℃, ланците мора да ги исполнуваат и хигиенските стандарди на FDA. Затоа, не'рѓосувачкиот челик 304 или 316 е претпочитан избор, а треба да се избегнуваат премази што содржат олово.

2. Избор според температурен опсег

- Среден температурен опсег (150-400℃): Нерѓосувачки челик 304 е претпочитан избор; доколку се појави мала корозија, надградете на не'рѓосувачки челик 316. Употребата на маст за високи температури, погодна за прехранбена индустрија, или маст на база на графит (погодна за индустриски апликации), може да го продолжи животниот век на ланецот за повеќе од три пати повеќе од оној на обичните ланци.

- Висок температурен опсег (400-800℃): Изборот на јадро е нерѓосувачки челик 310S или челик отпорен на топлина Cr20Ni14Si2. Препорачливо е ланецот да се хромира и да се користи графитна маст за високи температури (отпорност на температура ≥1000℃), со дополнување на подмачкувањето на секои 5000 циклуси.

- Екстремно висок температурен опсег (над 800℃): Изберете челик отпорен на топлина 2520 (средна до висока крајност) или легура на база на никел Inconel 718 (висока крајност) врз основа на буџетот за трошоци. Во овој случај, потребен е дизајн без подмачкување или цврст лубрикант (како што е премаз од молибден дисулфид) за да се избегне дефект на подмачкувањето.

3. Нагласете го совпаѓањето на материјалите и структурата

Конзистентноста на термичката експанзија на сите компоненти на ланецот е клучна при високи температури. На пример, кога се користат плочи за ланецот од не'рѓосувачки челик 310S, игличките треба да бидат направени од ист материјал или да имаат сличен коефициент на термичка експанзија како челикот отпорен на топлина 2520 за да се избегне абнормален клиренс предизвикан од промени во температурата. Истовремено, треба да се изберат цврсти ролери и задебелени структури на плочите на ланецот за да се подобри отпорноста на деформација при високи температури.

4. Формула за исплатливост за балансирање на перформансите и трошоците

Во неекстремни услови на работа, нема потреба слепо да се избираат материјали од висока класа. На пример, кај конвенционалните печки за термичка обработка во металуршката индустрија (температура 500℃, без силна корозија), цената на користење на синџири од не'рѓосувачки челик 310S е приближно 60% од онаа на челикот отпорен на топлина 2520, но животниот век е намален само за 20%, што резултира со поголема вкупна исплатливост. Исплатливоста може да се пресмета со множење на цената на материјалот со коефициентот на животен век, давајќи приоритет на опцијата со најниска цена по единица време.

IV. Чести заблуди за селекцијата и одговори на често поставувани прашања

1. Заблуда: Доколку материјалот е отпорен на топлина, ланецот секогаш ќе биде соодветен?

Неточно. Материјалот е само основата. Структурниот дизајн на ланецот (како што се големината на празнината и каналите за подмачкување), процесот на термичка обработка (како што е третман во раствор за подобрување на отпорноста на висока температура) и прецизноста на инсталацијата влијаат на перформансите на висока температура. На пример, ланецот од не'рѓосувачки челик 310S ќе ја намали својата отпорност на висока температура за 30% ако не е подложен на третман во раствор на 1030-1180℃.

2. Прашање: Како да се реши заглавувањето на ланецот во средини со висока температура со прилагодување на материјалите?

Вилицата најчесто е предизвикана од лупење на оксидниот бигор или нерамномерна термичка експанзија. Решенија: ① Ако станува збор за проблем со оксидација, надградете го нерѓосувачкиот челик 304 со 310S или извршете третман со хромирање; ② Ако станува збор за проблем со термичка експанзија, обединете ги материјалите на сите компоненти на ланецот или изберете иглички од легура на никел со помал коефициент на термичка експанзија.

3. Прашање: Како можат синџирите за високи температури во прехранбената индустрија да ја балансираат отпорноста на високи температури и хигиенските барања?

Дајте предност на не'рѓосувачки челик 304 или 316L, избегнувајќи премази што содржат тешки метали; користете дизајн без жлебови за лесно чистење; користете масло за подмачкување на високи температури сертифицирано од FDA или самоподмачкувачка структура (како што се ланци што содржат PTFE лубрикант).

V. Резиме: Од избор на материјал до сигурност на системот

Изборот на материјали за ролери за високотемпературни средини во суштина вклучува наоѓање на оптимално решение помеѓу екстремни работни услови и индустриски трошоци. Од економската практичност на нерѓосувачкиот челик 304, до рамнотежата на перформансите на нерѓосувачкиот челик 310S, а потоа до врвниот пробив на легури на база на никел, секој материјал одговара на специфични барања за работни услови. Во иднина, со развојот на технологијата на материјали, новите легирани материјали што комбинираат цврстина на високи температури и ниска цена ќе станат тренд. Сепак, во сегашната фаза, точното собирање на работните параметри и воспоставувањето научен систем за евалуација се основните предуслови за постигнување стабилни и сигурни системи за пренос.