یاتاقان کامپوزیت دو فلزی HZ-800: ویژگی ها، داده های بار و سایش

یاتاقان کامپوزیت دو فلزی HZ-800 یک آلیاژ برنز متخلخل پشتی است، نه یک بوش جامد ریخته گری

را بلبرینگ کامپوزیت دو فلزی HZ-800 یک یاتاقان ساده مهندسی شده با دقت است که با تف جوشی پودر آلیاژ برنز مشخص شده به طور مستقیم بر روی یک نوار پشتی فولاد کم کربن، سپس نورد و ماشینکاری کامپوزیت به شکل بلبرینگ نهایی ساخته شده است. پشتی فولادی استحکام مکانیکی و پایداری ابعادی را برای حفظ پرس مناسب در سوراخ محفظه فراهم می کند، در حالی که لایه برنز متخلخل - معمولاً یک آلیاژ CuSn10Pb10 با ضخامت اسمی 0.25 تا 0.40 میلی متر روی دیوار استاندارد HZ-800 - به عنوان سطح باربر واقعی عمل می کند. . تخلخل لایه برنز متخلخل، که عمداً در 15٪ تا 25٪ حجم کنترل می شود، به عنوان یک مخزن برای روان کننده عمل می کند. هنگامی که یاتاقان در حین ساخت آغشته به روغن است، شبکه منافذ به هم پیوسته روان کننده ای را ذخیره می کند که توسط انبساط حرارتی و عمل مویرگی در حین کار به سطح یاتاقان کشیده می شود و یک اثر خود روانکاری ارائه می دهد که نیاز به گریس مجدد خارجی را در بسیاری از کاربردها کاهش می دهد یا حذف می کند. نام HZ-800 خود به فرمولاسیون آلیاژ خاص و پارامترهای فرآیند تولید اشاره دارد، با پوشش فولادی تقریباً 70٪ تا 80٪ از ضخامت دیواره و لایه برنز باقیمانده را تشکیل می دهد. این ساختار اساساً با یک بوش برنز جامد متفاوت است که دارای مواد یکسان در سراسر دیواره است و فاقد استحکام ساختاری فولاد و مخزن روان کننده با تخلخل کنترل شده است.

ترکیب مواد و پیوند متالورژیکی در رابط

را HZ-800 bearing achieves its performance through a specific material system. The steel backing is typically a فولاد کم کربن منطبق با SAE 1010 یا معادل آن، انتخاب شده به دلیل شکل پذیری و توانایی آن در ایجاد پیوند انتشار با پودر برنز در حین پخت . پودر آلیاژ برنز، یک پودر کروی یا نامنظم با توزیع اندازه ذرات معمولاً بین 45 تا 150 میکرون، در یک لایه کنترل‌شده روی نوار فولادی پخش می‌شود و از یک کوره تف جوشی در دمای تقریبی 800 تا 850 درجه سانتی‌گراد در یک جو کاهنده عبور می‌کند. در این دما، ذرات مس و قلع تا حدی ذوب می‌شوند و به یکدیگر و به زیرلایه فولادی ذوب می‌شوند و یک پیوند متالورژیکی ایجاد می‌کنند که حتی تحت تنش‌های برشی ایجاد شده در هنگام فشار دادن یاتاقان به محفظه یا تحت بارهای نوسانی، در برابر لایه‌لایه شدن مقاومت می‌کند. خود آلیاژ برنز - معمولاً حاوی 10% قلع و 10% سرب وزنی - ترکیبی از استحکام از املاح قلع در ماتریس مس و قابلیت جاسازی از ذرات سرب گسسته پراکنده در سراسر ساختار را فراهم می کند. فاز سرب یک عملکرد حیاتی را ایفا می کند: یک ماده نرم و قابل برش را فراهم می کند که به ذرات آلاینده سخت اجازه می دهد تا در سطح یاتاقان به جای نمره دادن به ژورنال شفت، جاسازی شوند. این قابلیت جاسازی یکی از دلایل اصلی تعیین یاتاقان دو فلزی بر روی مواد سخت‌تر مانند یاتاقان‌های غلتشی برای کاربردهایی است که شامل محیط‌های عملیاتی کثیف یا آلوده است.

را Sintering Atmosphere and Its Effect on Bond Integrity

را sintering process that bonds the bronze layer to the steel backing must be performed in a اتمسفر کاهنده کنترل شده، معمولاً مخلوطی از نیتروژن و هیدروژن یا یک جو آمونیاک ترک خورده با نقطه شبنم زیر 40- درجه سانتیگراد . گاز کاهنده از اکسید شدن پودر برنز در حین تف جوشی جلوگیری می کند و هرگونه لایه اکسیدی موجود بر روی سطح فولاد را که مانع از تشکیل یک پیوند متالورژیکی تمیز می شود، کاهش می دهد. اگر در طول تولید، نقطه شبنم اتمسفر بالاتر از حد مشخص شود، استحکام پیوند در سطح مشترک دو فلزی به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد، و یاتاقان زمانی که تحت فشارهای تداخلی نصب پرس قرار می‌گیرد، مستعد لایه‌برداری می‌شود. یک یاتاقان HZ-800 که به درستی زینتر شده است باید a را نشان دهد استحکام برشی پیوند بیش از 80 مگاپاسکال هنگام آزمایش مطابق با ISO 4386-2 و سطح شکست باید به جای شکست چسب در سطح مشترک فولاد و برنز، شکست منسجمی را در لایه برنز نشان دهد.

ظرفیت بار و حد PV که پوشش عملیاتی را تعیین می کند

را performance envelope of an HZ-800 bimetal composite bearing is defined primarily by its PV limit—the product of the bearing pressure in MPa and the surface velocity in meters per second at which the bearing can operate continuously without exceeding its thermal and wear limits. Under در شرایط مرزی روغن کاری، بلبرینگ HZ-800 معمولاً حد PV 3.0 تا 3.6 MPa·m/s را نشان می دهد. . در شرایط هیدرودینامیکی که یک لایه روغن کامل یاتاقان را از شفت جدا می کند، ظرفیت PV به طور قابل توجهی افزایش می یابد زیرا سطح برنزی در تماس مستقیم با شفت نیست. ظرفیت بار استاتیک لایه برنز به دمای یاتاقان بستگی دارد: در دمای اتاق، آلیاژ CuSn10Pb10 می تواند تنش های فشاری را تا حداکثر تحمل کند. 140 مگاپاسکال بدون تغییر شکل قابل توجه پلاستیک، اما این مقدار در دمای 150 درجه سانتیگراد به 90 مگاپاسکال کاهش می یابد. به دلیل نرم شدن حرارتی ماتریس برنز. ظرفیت بار نیز تابعی از نسبت طول به قطر بلبرینگ است. یک یاتاقان با نسبت L/D کمتر از 0.5 غلظت تنش بارگذاری لبه را نشان می دهد که ظرفیت بار موثر را تا 30٪ در مقایسه با یاتاقانی با L/D 1.0 در همان منطقه پیش بینی شده کاهش می دهد.

اشباع روغن و مکانیزم خود روان کننده

را HZ-800 bearing is typically supplied in an oil-impregnated condition. The oil impregnation process involves غوطه ور کردن یاتاقان تمام شده در روغن معدنی گرم شده در دمای تقریبی 60 تا 80 درجه سانتیگراد تحت خلاء، که هوا را از ساختار برنز متخلخل تخلیه می کند و به روغن اجازه می دهد تا شبکه منافذ به هم پیوسته را به طور کامل پر کند. . محتوای روغن بر حسب حجم یک یاتاقان HZ-800 که به درستی آغشته شده است 12 تا 18 درصد است. در حین کار، گرمایش اصطکاکی باعث می شود که روغن در منافذ منبسط شود و ضریب انبساط حرارتی روغن - تقریباً 7 × 10-4 در هر درجه سانتیگراد - از ساختار برنزی فراتر می رود و روغن را مجبور می کند از منافذ منافذ به سطح یاتاقان تراوش کند. هنگامی که عملیات متوقف می شود و یاتاقان سرد می شود، روغن منقبض می شود و با عمل مویرگی به داخل منافذ باز می گردد. این مکانیزم پمپاژ حرارتی بدون نیاز به تغذیه روغن خارجی، عرضه مداوم روان کننده به رابط یاتاقان را فراهم می کند. برای کاربردهایی با دمای عملیاتی بالا، روغن معدنی استاندارد را می توان با a جایگزین کرد استر مصنوعی یا روغن پرفلوئوروپلی اتر با حد پایداری حرارتی بالاتر ، قابلیت خود روانکاری بلبرینگ را تا دمای بالای 200 درجه سانتیگراد گسترش می دهد که در آن روغن معدنی در ساختار منافذ اکسید و کربن می شود.

کمک هزینه ماشینکاری و بعد حفره نهایی پس از پرس فیت

یک یاتاقان کامپوزیت دو فلزی HZ-800 معمولاً با یک تداخل پرس مناسب در حفره محفظه آماده نصب می شود و این تداخل باعث می شود که سوراخ یاتاقان به مقدار قابل پیش بینی بسته شود. را بسته شدن سوراخ تقریباً 80٪ تا 90٪ تداخل قطری است - به این معنی که یاتاقان فشار داده شده در محفظه ای با تداخل 0.050 میلی متری کاهش قطر سوراخ 0.040 تا 0.045 میلی متر را تجربه می کند. این بسته شدن باید یا با تعیین یک یاتاقان با سوراخ بزرگ که در هنگام نصب به فاصله در حال اجرا مورد نظر بسته می شود، یا با ماشینکاری سوراخ یاتاقان پس از نصب برای دستیابی به فاصله زمانی نهایی در نظر گرفته شود. فاصله در حال اجرا برای یاتاقان HZ-800 معمولا است 0.001 تا 0.0025 برابر قطر شفت برای کاربردهای دقیق و 0.002 تا 0.004 برابر برای مصارف صنعتی عمومی . اگر قرار است سوراخ یاتاقان پس از نصب ماشینکاری شود، مقدار اضافی ماشینکاری - ضخامت برنز اضافی که برای برداشتن ارائه می شود - معمولاً بسته به اندازه یاتاقان، قطر 0.05 تا 0.15 میلی متر است. ماشینکاری باید با یک ابزار تیز تک نقطه ای با شعاع دماغه حداقل 0.4 میلی متر انجام شود تا از لکه دار شدن سطح برنزی و بسته شدن منافذی که برای عملکرد خود روانکاری ضروری هستند جلوگیری شود. ریمینگ برای اندازه گیری نهایی بر حفاری ترجیح داده می شود زیرا ریمر سطحی را ایجاد می کند که باز بودن منافذ را حفظ می کند، در حالی که یک ابزار خسته کننده فرسوده یا کند می تواند برنز را لکه دار کرده و منافذ را ببندد.

الزامات تحمل حفره و گرد بودن مسکن

را housing bore into which the HZ-800 bearing is pressed must meet specific tolerance and roundness requirements to ensure uniform interference around the bearing circumference. The housing bore tolerance for a typical HZ-800 bearing installation is H7 بر اساس ISO 286، با انحراف گردی بیش از 0.01 میلی‌متر برای یاتاقان‌های تا قطر خارجی 50 میلی‌متر . یک سوراخ محفظه خارج از گرد، تداخل پرس مناسب را در نقاط بلند محفظه متمرکز می کند، و نقاط بالا مربوطه را روی سوراخ یاتاقان ایجاد می کند که فاصله دویدن را به صورت موضعی کاهش می دهد و می تواند باعث تماس فلز به فلز بین یاتاقان و شفت در طول عملیات اولیه شود. این تماس، حتی اگر کوتاه باشد، می تواند سطح یاتاقان را لکه دار کند و توانایی تشکیل لایه روغن را برای باقیمانده عمر بلبرینگ به خطر بیندازد. روکش سطح سوراخ محفظه باید 1.6 تا 3.2 میکرون رادیوم باشد - به اندازه ای صاف که بتواند پشتیبانی ثابتی داشته باشد بدون اینکه آنقدر صاف باشد که یاتاقان بتواند تحت ارتعاش از محفظه خارج شود.

الزامات شفت و جفت شدن مواد سطحی

را shaft running in an HZ-800 bimetal composite bearing must meet specific hardness, surface finish, and material requirements to achieve the bearing's design life. The shaft journal should have a حداقل سختی سطح 55 HRC برای کاربردهایی با آلودگی ساینده و 45 HRC برای شرایط روغن کاری تمیز ; شفت نرم‌تری توسط سطح یاتاقان سربی-برنز مشخص می‌شود، به‌ویژه در حین عملیات استارت-استاپ زمانی که لایه روغن به طور کامل ثابت نشده است. پرداخت سطح شفت باید باشد Ra 0.2 تا 0.4 میکرون - ظریف‌تر از خود سطح یاتاقان - برای جلوگیری از عملکرد نازک شفت به عنوان یک ابزار برش بر روی برنز نرم‌تر. جفت شدن مواد شفت با برنز CuSn10Pb10 برای اکثر فولادها مطلوب است، از جمله 1045 سخت شده القایی، 8620 سخت شده با بدنه و 4140 نیترید شده. یک یاتاقان HZ-800 باید با روکش کروم سخت باشد یا تحت درمان سطحی مانند نیتریدینگ پلاسما قرار گیرد تا سازگاری تریبولوژیکی بهبود یابد. پخ سرب در شفت نیز حیاتی است - a پخ 15 تا 20 درجه با سطح پرداخت شده از تراشیدن مواد برنزی لبه شافت از سوراخ یاتاقان در هنگام مونتاژ جلوگیری می کند، که این امر باعث وارد شدن ذرات فلزی به طور مستقیم به فضای خالی یاتاقان می شود.

ویژگی های پوشیدن و سه مرحله زندگی باربری

را wear behavior of an HZ-800 bearing follows a predictable three-stage pattern that can be monitored to schedule bearing replacement before catastrophic failure occurs. The مرحله اجرا اولیه در چند ساعت اول کار رخ می دهد و شامل حذف بالاترین انحراف از سطح یاتاقان و ایجاد یک هندسه تماس منسجم با شفت است. در طی این مرحله، عمق سایش قابل اندازه گیری 5 تا 15 میکرون طبیعی و مورد انتظار است و با افزایش سطح تماس، سرعت سایش به سرعت کاهش می یابد. را مرحله سایش حالت ثابت با نرخ سایش پایین و ثابت مشخص می شود - معمولاً 0.1 تا 0.5 میکرون در هر 100 ساعت کارکرد تحت شرایط روانکاری خوب در محدوده PV - و نشان دهنده عمر مفید یاتاقان است. را مرحله سایش تسریع شده زمانی شروع می شود که لایه باربر برنز به پشت فولادی ساییده شود یا زمانی که مخزن نفت در ساختار متخلخل بیش از توانایی آن برای تامین روان کننده به سطح تخلیه شده است. در این مرحله، نرخ سایش به میزان 10 یا بیشتر افزایش می‌یابد و پشتی فولادی شروع به سایش مستقیم ژورنال شفت می‌کند. در یک برنامه خوب طراحی شده با روغن کاری مناسب، بلبرینگ HZ-800 باید به عمر مفید برسد. 5000 تا 20000 ساعت قبل از شروع سایش سریع، با محدوده تعیین شده توسط بارگذاری PV، تمیزی محیط عملیاتی، و اثربخشی سیستم تامین روانکار.

تشخیص شکست و تمایز بین سایش چسب و ساینده

هنگامی که یک یاتاقان HZ-800 برای معاینه از سرویس خارج می شود، الگوی سایش روی سطح یاتاقان اطلاعات تشخیصی را در مورد شرایط عملیاتی که باعث شده یاتاقان به پایان عمر خود برسد ارائه می دهد. سایش چسب به صورت برنز آغشته شده، انتقال مواد یاتاقان به شفت و یک سطح یاتاقان پاره شده و ناهموار ظاهر می شود. این نشان می دهد که لایه روغن شکسته شده و امکان تماس فلز با فلز را فراهم می کند و علت اصلی آن معمولاً اضافه بار، ترخیص ناکافی یا گرسنگی روان کننده است. سایش ساینده به عنوان نمره محیطی روی سطح یاتاقان با شیارهای لبه تیز که با جهت قرارگیری سطح شفت مطابقت دارد ظاهر می شود. این نشان دهنده آلودگی ذرات سخت در روان کننده یا سطح شفت است. پوشیدن خستگی به صورت ترک خوردگی، پوسته شدن، یا ترک های متصل به سطح در لایه برنز ظاهر می شود و نشان می دهد که بارگذاری چرخه ای از حد خستگی آلیاژ برنز فراتر رفته است. خستگی اغلب حالت خرابی مرحله پایانی یاتاقان هایی است که در طول عمر طراحی خود به درستی عمل کرده اند و به حد طبیعی یکپارچگی مکانیکی لایه برنز می رسند. تمایز بین این حالت‌های سایش در طول معاینه پس از کشتار برای تعیین اینکه آیا بلبرینگ جایگزین می‌تواند بدون تغییرات سیستم نصب شود یا اینکه پارامترهای کاربرد بلبرینگ - بار، سرعت، فاصله، یا روان‌کاری - باید تغییر کنند، ضروری است.

تمایز HZ-800 از سایر درجات بلبرینگ دو فلزی در خانواده محصولات مشابه

را HZ-800 bimetal composite bearing is one member of a broader family of bimetal bearings that are differentiated by their bronze alloy composition and their intended application range. A designation such as HZ-800 به طور معمول آلیاژ مس-قلع-سرب با نسبت قلع به سرب خاص و محدوده سختی خاص را نشان می دهد - معمولاً 60 تا 80 HB در مقیاس برینل برای لایه برنز. . یک گرید مرتبط با نام متفاوت، مانند یک با محتوای قلع بالاتر و بدون سرب، ظرفیت بار بالاتر و سختی بالاتر اما قابلیت جابجایی کمتر را نشان می‌دهد، که آن را برای شرایط تمیز روغن کاری مناسب اما برای محیط‌های آلوده که در آن ذرات ساینده باید جاسازی شوند، نامناسب است. درجه ای با محتوای سرب بالاتر قابلیت جاسازی و سازگاری بهتری را نشان می دهد اما ظرفیت بارگذاری کمتر و حداکثر دمای عملیاتی کمتری را نشان می دهد زیرا فاز سرب در دماهای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد نرم می شود. آلیاژ خاص HZ-800 برای توازن خواص مناسب برای کاربردهای عمومی صنعتی فرموله شده است: استحکام کافی برای بارهای متوسط ​​تا زیاد، محتوای سرب کافی برای قابلیت جاسازی در محیط های با آلودگی خفیف، و فرآیند تف جوشی که تخلخل کنترل شده لازم برای خود روانکاری آغشته به روغن را ایجاد می کند. هنگام تعیین یک یاتاقان جایگزین، نام باید دقیقاً مطابقت داشته باشد، زیرا یک یاتاقان با ابعاد صحیح اما با نام آلیاژی متفاوت ویژگی‌های سایش، بار و دمای متفاوتی دارد که ممکن است با کاربرد سازگار نباشد.