Як забезпечити корозійну стійкість сировини для роликових ланцюгів?
1. Вибір матеріалу
1.1 Виберіть сталь з високою стійкістю до корозії
Сталь є основною сировиною для роликових ланцюгів, а її корозійна стійкість безпосередньо впливає на термін служби та продуктивність роликових ланцюгів. Вибір сталі з високою корозійною стійкістю є першим кроком до забезпечення корозійної стійкості.роликові ланцюги.
Застосування матеріалів з нержавіючої сталі: Нержавіюча сталь є однією з поширених корозійностійких сталей. Вона містить певну частку хрому, який може утворювати на поверхні щільну плівку оксиду хрому, запобігаючи контакту корозійного середовища з внутрішньою частиною сталі. Наприклад, вміст хрому в нержавіючій сталі 304 становить близько 18%, що забезпечує добру корозійну стійкість і підходить для загальних корозійних середовищ. У деяких спеціальних середовищах, таких як морська вода з високим вмістом іонів хлориду, нержавіюча сталь 316 має сильнішу стійкість до точкової корозивності завдяки додаванню молібдену, а її корозійна стійкість приблизно на 30% вища, ніж у нержавіючої сталі 304.
Корозійна стійкість легованої сталі: Легована сталь може значно покращити корозійну стійкість сталі шляхом додавання різноманітних легуючих елементів, таких як нікель, мідь, титан тощо. Наприклад, додавання нікелю може покращити стабільність пасиваційної плівки сталі, а мідь може покращити корозійну стійкість сталі в атмосферному середовищі. Після належної термічної обробки деякі високоміцні леговані сталі можуть утворювати на поверхні рівномірну оксидну плівку, що ще більше підвищує їхню корозійну стійкість. Візьмемо, наприклад, леговану сталь, що містить нікель і мідь, її швидкість корозії в промисловому атмосферному середовищі становить лише 1/5 від швидкості корозії звичайної вуглецевої сталі.
Вплив обробки поверхні сталі на корозійну стійкість: Окрім вибору відповідної сталі, обробка поверхні також є важливим засобом для покращення корозійної стійкості сталі. Наприклад, шар цинку, нікелю та інших металів наноситься на поверхню сталі за допомогою технології покриття, щоб утворити фізичний бар'єр, що запобігає контакту агресивних середовищ зі сталлю. Оцинкований шар має хорошу корозійну стійкість в атмосферному середовищі, а термін його корозійної стійкості може сягати десятиліть. Нікельований шар має вищу твердість і кращу зносостійкість, а також може ефективно покращити корозійну стійкість сталі. Крім того, хімічна конверсійна плівка, така як фосфатування, може утворювати хімічну конверсійну плівку на поверхні сталі для покращення корозійної стійкості та адгезії покриття сталі.
2. Обробка поверхні
2.1 Оцинкування
Оцинкування є одним з важливих методів обробки поверхні сталі роликових ланцюгів. Покриття сталевої поверхні шаром цинку може ефективно покращити її корозійну стійкість.
Принцип захисту оцинкованого шару: Цинк утворює щільну плівку оксиду цинку в атмосферному середовищі, яка може запобігти контакту агресивного середовища зі сталлю. Коли оцинкований шар пошкоджений, цинк також діє як жертовний анод для захисту сталі від корозії. Дослідження показали, що корозійна стійкість оцинкованого шару може сягати десятиліть, а його швидкість корозії в загальному атмосферному середовищі становить лише близько 1/10 від швидкості корозії звичайної сталі.
Вплив процесу цинкування на стійкість до корозії: поширені процеси цинкування включають гаряче цинкування, електроцинкування тощо. Цинковий шар, утворений гарячим цинкуванням, товщий і має кращу стійкість до корозії, але на поверхні можуть виникати деякі нерівності. Електроцинкування може контролювати товщину цинкового шару, щоб зробити поверхню більш рівномірною та гладкою. Наприклад, за допомогою процесу електроцинкування товщину цинкового шару можна контролювати в межах 5-15 мкм, а його стійкість до корозії порівнянна з гарячим цинкуванням, а якість поверхні краща, що підходить для виробів з роликовими ланцюгами з високими вимогами до поверхні.
Догляд та запобіжні заходи щодо оцинкованого шару: Оцинкований шар необхідно підтримувати в належному стані під час використання, щоб уникнути механічних пошкоджень. Якщо оцинкований шар пошкоджено, його слід вчасно відремонтувати, щоб запобігти впливу агресивного середовища на сталь. Крім того, в деяких особливих середовищах, таких як сильні кислотні або лужні середовища, корозійна стійкість оцинкованого шару певною мірою знижується, тому необхідно вибрати відповідний процес цинкування та подальші захисні заходи відповідно до конкретного середовища.
2.2 Обробка нікелюванням
Нікелювання – ще один ефективний метод покращення корозійної стійкості сталі роликових ланцюгів. Шар нікелювання має добру корозійну стійкість та зносостійкість.
Корозійна стійкість нікелювання: Нікель має стабільні електрохімічні властивості та може утворювати стабільну пасиваційну плівку в багатьох агресивних середовищах, тим самим ефективно запобігаючи контакту агресивного середовища зі сталлю. Корозійна стійкість нікелевого шару краща, ніж у цинкового, особливо в середовищі, що містить іони хлориду, а його стійкість до точкової корозії сильніша. Наприклад, у морському середовищі, що містить іони хлориду, термін служби корозійної стійкості нікелевого шару в 3-5 разів вищий, ніж у цинкового.
Процес нікелювання та його вплив на продуктивність: Поширені процеси нікелювання включають гальванічне та хімічне нікелювання. Електролізований нікелевий шар має високу твердість і добру зносостійкість, але до нього пред'являються високі вимоги до площинності поверхні підкладки. Хімічне нікелювання може утворювати рівномірне покриття на поверхні непровідної підкладки, а товщину та склад покриття можна регулювати за допомогою параметрів процесу. Наприклад, за допомогою процесу хімічного нікелювання на поверхні сталі роликового ланцюга можна утворити шар нікелювання товщиною 10-20 мкм, твердість якого може досягати понад HV700, що забезпечує не тільки добру корозійну стійкість, але й добру зносостійкість.
Застосування та обмеження нікелювання: Нікелювання широко використовується у виробах роликових ланцюгів з високими вимогами до корозійної стійкості та зносостійкості, таких як хімічна промисловість, харчова промисловість та інші галузі промисловості. Однак процес нікелювання є відносно складним і дорогим, а в деяких сильних кислотних і сильних лужних середовищах корозійна стійкість шару нікелювання також буде певною мірою обмежена. Крім того, стічні води, що утворюються під час процесу нікелювання, потребують ретельного очищення, щоб уникнути забруднення навколишнього середовища.
3. Процес термічної обробки
3.1 Загартування та відпуск
Гартування та відпуск є ключовим процесом термічної обробки сировини для роликових ланцюгів. Завдяки поєднанню гартування та високотемпературного відпуску можна значно покращити комплексні характеристики сталі, тим самим підвищуючи її корозійну стійкість.
Роль гартування та вибір параметрів: гартування може швидко охолодити сталь, сформувати високоміцні структури, такі як мартенсит, та покращити твердість і міцність сталі. Для сировини для роликових ланцюгів зазвичай використовуються гартувальні середовища, такі як олія та вода. Наприклад, для деяких середньовуглецевих легованих сталей гартування в олії може запобігти утворенню гартівних тріщин та отримати вищу твердість. Вибір температури гартування має вирішальне значення, зазвичай вона знаходиться в межах від 800℃ до 900℃, а твердість після гартування може досягати HRC45-55. Хоча твердість загартованої сталі висока, внутрішні залишкові напруження великі, а в'язкість низька, тому для покращення цих властивостей необхідне високотемпературне відпуск.
Оптимізація високотемпературного відпуску: Високотемпературний відпуск зазвичай проводиться при температурі 500℃-650℃, а час відпуску зазвичай становить 2-4 години. Під час процесу відпуску залишкові напруження в сталі знімаються, твердість дещо знижується, але в'язкість значно покращується, і може бути сформована стабільна відпущена трооститна структура, яка має добрі комплексні механічні властивості та корозійну стійкість. Дослідження показали, що корозійна стійкість сталі після гартування та відпуску може бути покращена на 30%-50%. Наприклад, у промисловому атмосферному середовищі швидкість корозії сировини роликових ланцюгів, які пройшли гартування та відпуск, становить лише близько 1/3 від швидкості корозії необробленої сталі. Крім того, гартування та відпуск також можуть покращити стійкість сталі до втоми, що має велике значення для тривалого використання роликових ланцюгів під динамічними навантаженнями.
Механізм впливу гартування та відпуску на корозійну стійкість: гартування та відпуск покращують мікроструктуру сталі, підвищують її поверхневу твердість та в'язкість, і таким чином підвищують її здатність протистояти ерозії, спричиненій агресивними середовищами. З одного боку, вища твердість може зменшити механічний знос агресивного середовища на поверхні сталі та знизити швидкість корозії; з іншого боку, стабільна організаційна структура може уповільнити швидкість дифузії агресивного середовища та затримати виникнення корозійних реакцій. Водночас гартування та відпуск також можуть покращити стійкість сталі до водневого окрихчення. У деяких агресивних середовищах, що містять іони водню, це може ефективно запобігти передчасному руйнуванню сталі внаслідок водневого окрихчення.
4. Перевірка якості
4.1 Метод випробування на корозійну стійкість
Випробування на корозійну стійкість сировини для роликового ланцюга є ключовою ланкою у забезпеченні його якості. За допомогою наукових та обґрунтованих методів випробувань можна точно оцінити корозійну стійкість матеріалу в різних середовищах, тим самим гарантуючи надійність продукту.
1. Тест у сольовому тумані
Випробування в сольовому тумані – це метод прискореного випробування на корозію, який імітує океан або вологе середовище та широко використовується для оцінки корозійної стійкості металевих матеріалів.
Принцип випробування: Зразок роликового ланцюга поміщають у випробувальну камеру з сольовим туманом таким чином, щоб поверхня зразка постійно піддавалася впливу певної концентрації сольового туману. Іони хлориду в сольовому тумані прискорюють корозійну реакцію металевої поверхні. Корозійну стійкість зразка оцінюють, спостерігаючи за ступенем корозії зразка протягом певного періоду часу. Наприклад, відповідно до міжнародного стандарту ISO 9227, випробування в нейтральному сольовому тумані проводиться з концентрацією сольового туману 5% розчину NaCl, температурою, що контролюється на рівні близько 35°C, та часом випробування зазвичай 96 годин.
Оцінка результатів: Корозійна стійкість оцінюється на основі таких показників, як продукти корозії, глибина точкової корозії та швидкість корозії на поверхні зразка. Для роликових ланцюгів з нержавіючої сталі після 96-годинного випробування в сольовому тумані глибина поверхневої точкової корозії повинна бути менше 0,1 мм, а швидкість корозії повинна бути менше 0,1 мм/рік, щоб відповідати вимогам використання в загальних промислових умовах. Для роликових ланцюгів з легованої сталі після цинкування або нікелювання результати випробування в сольовому тумані повинні відповідати вищим стандартам. Наприклад, після 96-годинного випробування в сольовому тумані нікельований роликовий ланцюг не має помітної корозії на поверхні, а глибина точкової корозії менше 0,05 мм.
2. Електрохімічний тест
Електрохімічні випробування можуть забезпечити глибше розуміння корозійної стійкості матеріалів шляхом вимірювання електрохімічної поведінки металів в агресивних середовищах.
Випробування кривої поляризації: Зразок роликового ланцюга використовується як робочий електрод і занурюється в агресивне середовище (наприклад, 3,5% розчин NaCl або 0,1 моль/л розчин H₂SO₄), а його крива поляризації записується електрохімічною робочою станцією. Крива поляризації може відображати такі параметри, як густина струму корозії та потенціал корозії матеріалу. Наприклад, для роликового ланцюга з нержавіючої сталі 316 густина струму корозії в 3,5% розчині NaCl повинна бути менше 1 мкА/см², а потенціал корозії повинен бути близьким до -0,5 В (відносно насиченого каломельного електрода), що свідчить про його добру стійкість до корозії.
Випробування електрохімічною імпедансною спектроскопією (EIS): Випробування EIS може вимірювати імпеданс переносу заряду та імпеданс дифузії матеріалу в агресивному середовищі для оцінки цілісності та стабільності його поверхневої плівки. Корозійну стійкість матеріалу можна оцінити, аналізуючи такі параметри, як ємнісна дуга та стала часу в спектрі імпедансу. Наприклад, імпеданс переносу заряду сталі роликового ланцюга, яка пройшла гартування та відпуск, повинен бути більше 10⁴Ω·см² у випробуванні EIS, що свідчить про те, що її поверхнева плівка має хороший захисний ефект.
3. Тест занурення
Випробування зануренням – це метод корозійних випробувань, який імітує реальні умови використання. Зразок роликового ланцюга занурюють у специфічне корозійне середовище на тривалий час, щоб спостерігати за його корозійною поведінкою та змінами в робочих характеристиках.
Умови випробування: Виберіть відповідне агресивне середовище відповідно до фактичного середовища використання роликового ланцюга, таке як кислий розчин (сірчана кислота, соляна кислота тощо), лужний розчин (гідроксид натрію тощо) або нейтральний розчин (наприклад, морська вода). Температура випробування зазвичай контролюється на рівні кімнатної температури або фактичного діапазону температур використання, а час випробування зазвичай становить від кількох тижнів до кількох місяців. Наприклад, роликові ланцюги, що використовуються в хімічному середовищі, занурюють у 3% розчин H₂SO₄ при температурі 40°C на 30 днів.
Аналіз результатів: Корозійну стійкість оцінюють шляхом вимірювання таких показників, як втрата маси, зміна розмірів та зміна механічних властивостей зразка. Втрата маси є важливим показником для вимірювання ступеня корозії. Для роликових ланцюгів з нержавіючої сталі втрата маси після 30 днів випробування зануренням повинна бути менше 0,5%. Для роликових ланцюгів з легованої сталі втрата маси після обробки поверхні повинна бути менше 0,2%. Крім того, слід також перевірити зміни механічних властивостей, таких як міцність на розрив та твердість зразка, щоб переконатися, що він все ще може відповідати вимогам використання в агресивному середовищі.
4. Випробування на підвішування на місці
Випробування на підвішування на місці полягає у безпосередньому впливі зразка роликового ланцюга на фактичне середовище використання та оцінці корозійної стійкості шляхом спостереження за його корозією протягом тривалого часу.
Схема випробувань: Виберіть репрезентативне фактичне середовище використання, таке як хімічний цех, морська платформа, харчовий завод тощо, та підвішуйте або закріплюйте зразок роликового ланцюга на обладнанні через певні проміжки часу. Час випробувань зазвичай становить від кількох місяців до кількох років, щоб забезпечити повне спостереження за корозійною поведінкою зразка в фактичному середовищі.
Запис та аналіз результатів: Регулярно спостерігайте та випробовуйте зразки, а також записуйте таку інформацію, як поверхнева корозія та морфологія продуктів корозії. Наприклад, у хімічному цеху після 1 року випробувань на висячому стані на поверхні нікельованого роликового ланцюга немає помітних слідів корозії, тоді як на поверхні оцинкованого роликового ланцюга може з'явитися невелика кількість точкової корозії. Порівнюючи корозію зразків різних матеріалів та процесів обробки в реальних умовах, можна точніше оцінити їхню корозійну стійкість, що є важливою основою для вибору матеріалу та проектування виробу.
5. Підсумок
Забезпечення корозійної стійкості сировини для роликових ланцюгів – це систематичний проект, що включає кілька ланок, таких як вибір матеріалу, обробка поверхні, процес термічної обробки та суворий контроль якості. Вибираючи відповідні сталеві матеріали з високою корозійною стійкістю, такі як нержавіюча сталь та легована сталь, та поєднуючи процеси обробки поверхні, такі як цинкування та нікелювання, можна значно покращити корозійну стійкість роликових ланцюгів. Гартування та відпуск у процесі термічної обробки додатково підвищують комплексні характеристики сталі, оптимізуючи параметри гартування та відпуску, завдяки чому вона має кращу корозійну стійкість та механічні властивості в складних середовищах.
Що стосується контролю якості, застосування різних методів випробувань, таких як випробування в сольовому тумані, електрохімічні випробування, випробування зануренням та випробування на підвішування на місці, забезпечує наукову основу для комплексної оцінки корозійної стійкості сировини для роликових ланцюгів. Ці методи випробувань можуть імітувати різні реальні умови використання та точно виявляти корозійну поведінку та зміни експлуатаційних характеристик матеріалів за різних умов, тим самим забезпечуючи надійність та довговічність продукту в реальних умовах застосування.
Загалом, завдяки скоординованій оптимізації вищезазначених ланок, можна ефективно покращити корозійну стійкість сировини для роликових ланцюгів, подовжити термін їх служби та задовольнити вимоги використання в різних промислових середовищах.
Час публікації: 16 квітня 2025 р.