HZ-800 bimetallikomposiittilaakeri: Ominaisuudet, kuormitus- ja kulumistiedot

HZ-800 bimetallikomposiittilaakeri on taustasintrattu pronssiseos, ei valettu kiinteä holkki

The HZ-800 bimetallikomposiittilaakeri on tarkkuussuunniteltu liukulaakeri, joka on valmistettu sintraamalla tietty pronssiseosjauhe suoraan vähähiiliselle terästukinauhalle ja sitten valssaamalla ja koneistamalla komposiitti valmiiksi laakerin muotoon. Terästausta tarjoaa mekaanisen lujuuden ja mittavakauden, jotta se säilyttää puristussovituksen kotelon reiässä, kun taas Sintrattu pronssikerros – tyypillisesti CuSn10Pb10-seos, jonka nimellispaksuus on 0,25–0,40 millimetriä tavallisessa HZ-800-seinässä – toimii varsinaisena tukipinnana . Sintratun pronssikerroksen huokoisuus, joka on tarkoituksella säädetty 15-25 tilavuusprosenttiin, toimii voiteluaineen säiliönä. Kun laakeri on öljykyllästetty valmistuksen aikana, toisiinsa yhdistetty huokosverkko varastoi voiteluainetta, joka imeytyy laakerin pintaan lämpölaajenemisen ja kapillaaritoiminnan avulla käytön aikana, mikä tarjoaa itsevoitelevan vaikutuksen, joka vähentää tai eliminoi ulkoisen uudelleenrasvauksen tarpeen monissa sovelluksissa. HZ-800-nimitys itsessään viittaa erityiseen seoskoostumukseen ja valmistusprosessin parametreihin, ja terästaustan osuus on noin 70–80 % seinämän kokonaispaksuudesta ja pronssikerros muodostaa loput. Tämä rakenne eroaa pohjimmiltaan kiinteästä pronssisesta holkista, jonka seinässä on sama materiaali ja josta puuttuu sekä teräksen rakenteellinen jäykkyys että säädellyn huokoisuuden voiteluainesäiliö.

Materiaalin koostumus ja metallurginen sidos rajapinnassa

HZ-800-laakeri saavuttaa suorituskykynsä tietyn materiaalijärjestelmän avulla. Terästausta on tyypillisesti a SAE 1010:n tai vastaavan vaatimukset täyttävä vähähiilinen teräs, joka on valittu muovattavuuden ja kyvyn muodostaa diffuusiosidos pronssijauheen kanssa sintrauksen aikana . Pronssiseosjauhe, pallomainen tai epäsäännöllinen jauhe, jonka hiukkaskokojakauma on tyypillisesti 45-150 mikronia, levitetään teräsnauhalle kontrolloidussa kerroksessa ja johdetaan sintrausuunin läpi lämpötilassa noin 800-850 celsiusastetta pelkistävässä ilmakehässä. Tässä lämpötilassa kupari- ja tinahiukkaset osittain sulavat ja sulautuvat toisiinsa ja teräsalustaan ​​muodostaen metallurgisen sidoksen, joka vastustaa irtoamista jopa leikkausjännityksen alaisena, joka syntyy, kun laakerit puristetaan koteloon tai altistetaan vaihtelevalle kuormitukselle. Itse pronssiseos – sisältää tyypillisesti 10 % tinaa ja 10 % lyijyä painosta - tarjoaa yhdistelmän lujuutta kuparimatriisiin liuenneesta tinasta ja upotettavuutta koko rakenteeseen hajallaan olevista erillisistä lyijypartikkeleista. Lyijyfaasi palvelee kriittistä tehtävää: se tarjoaa pehmeän, leikattavan ainesosan, joka sallii kovien saastehiukkasten uppoamisen laakerin pintaan sen sijaan, että naarmuuntuisi akselitappia. Tämä upotettavuus on yksi tärkeimmistä syistä, miksi bimetallilaakeri on määritelty kovemman materiaalin, kuten vierintälaakerin, päälle sovelluksissa, joihin liittyy likaisia ​​tai saastuneita käyttöympäristöjä.

Sintrausilmapiiri ja sen vaikutus sidoksen eheyteen

Sintrausprosessi, joka sitoo pronssikerroksen terästaustaan, on suoritettava a kontrolloitu pelkistävä ilmakehä, tyypillisesti typen ja vedyn seos tai krakattu ammoniakkiatmosfääri, jonka kastepiste on alle -40 celsiusastetta . Pelkistävä kaasu estää pronssijauheen hapettumisen sintrauksen aikana ja pelkistää teräksen pinnalla olevat oksidikalvot, jotka estäisivät puhtaan metallurgisen sidoksen muodostumisen. Jos ilmakehän kastepiste poikkeaa määritellyn yläpuolelle tuotannon aikana, sidoslujuus bimetallirajapinnassa heikkenee merkittävästi ja laakeri on alttiina delaminaatiolle, kun se altistuu puristusliitosasennuksen aiheuttamille häiriörasituksille. Oikein sintratussa HZ-800 laakerissa tulee olla a sidoksen leikkauslujuus yli 80 MPa testattaessa standardin ISO 4386-2 mukaisesti , ja murtumapinnan tulisi osoittaa koheesiovauriota pronssikerroksen sisällä eikä liimavaurioita teräksen ja pronssin rajapinnassa.

Kuormituskapasiteetti ja PV-raja, joka määrittää toimintakuoren

HZ-800 bimetallikomposiittilaakerin suorituskyvyn määrittää ensisijaisesti sen PV-raja - laakerin paineen MPa ja pintanopeuden tulo metreinä sekunnissa, jolla laakeri voi toimia jatkuvasti ylittämättä lämpö- ja kulumisrajojaan. Under rajavoiteluolosuhteissa HZ-800-laakerin PV-raja on tyypillisesti 3,0-3,6 MPa·m/s . Hydrodynaamisissa olosuhteissa, joissa täysi öljykalvo erottaa laakerin akselista, PV-kapasiteetti kasvaa huomattavasti, koska pronssipinta ei ole suorassa kosketuksessa akseliin. Pronssikerroksen staattinen kantavuus riippuu laakerin lämpötilasta: huoneenlämmössä CuSn10Pb10-seos voi kestää puristusjännitykset jopa 140 MPa ilman merkittävää plastista muodonmuutosta, mutta tämä arvo laskee noin 90 MPa:iin 150 celsiusasteessa pronssimatriisin lämpöpehmenemisen vuoksi. Kantavuus riippuu myös laakerin pituus-halkaisija-suhteesta; laakerissa, jonka L/D-suhde on alle 0,5, on reunakuormitusjännitys, joka vähentää tehollista kuormitettavuutta jopa 30 % verrattuna laakeriin, jonka L/D on 1,0 samalla projisoidulla alueella.

Öljykyllästys ja itsevoitelumekanismi

HZ-800-laakeri toimitetaan tyypillisesti öljyllä kyllästetyssä kunnossa. Öljykyllästysprosessi sisältää valmiin laakerin upottaminen kuumennettuun mineraaliöljyyn, jonka lämpötila on noin 60-80 celsiusastetta tyhjiössä, mikä poistaa ilman huokoisesta pronssirakenteesta ja antaa öljyn täyttää toisiinsa liitetyn huokosverkoston kokonaan . Oikein kyllästetyn HZ-800 laakerin öljytilavuus on 12-18%. Käytön aikana kitkakuumennus saa huokosissa olevan öljyn laajenemaan ja öljyn lämpölaajenemiskerroin – noin 7 × 10⁻⁴ celsiusastetta kohden – ylittää pronssirakenteen, mikä pakottaa öljyn erittymään huokosaukoista laakerin pinnalle. Kun toiminta pysähtyy ja laakeri jäähtyy, öljy supistuu ja vetäytyy takaisin huokosiin kapillaarin vaikutuksesta. Tämä lämpöpumppumekanismi tarjoaa jatkuvan voiteluaineen syötön laakerin rajapintaan ilman ulkoista öljynsyöttöä. Sovelluksissa, joissa käyttölämpötila on korkea, vakiomineraaliöljy voidaan korvata a synteettinen esteri- tai perfluoripolyeetteriöljy, jolla on korkeampi lämpöstabiilisuusraja , laajentaa laakerin itsevoitelukykyä yli 200 celsiusasteen lämpötiloihin, jolloin mineraaliöljy hapettuisi ja hiiltyisi huokosrakenteessa.

Työstövarat ja lopullinen porausmitta puristussovituksen jälkeen

HZ-800 bimetallikomposiittilaakeri asennetaan tyypillisesti puristussovitetulla häiriöllä valmisteltuun kotelon reikään, ja tämä häiriö saa laakerin reiän sulkeutumaan ennustettavasti. The reiän sulkeutuminen on noin 80-90 % diametraalisesta häiriöstä -tarkoittaa, että 0,050 millimetrin häiriöllä koteloon puristettu laakeri kokee reiän halkaisijan pienenemisen 0,040 - 0,045 millimetriä. Tämä sulkeutuminen on otettava huomioon joko määrittämällä laakeri, jossa on ylisuuri reikä, joka sulkeutuu haluttuun kulkuvälykseen asennuksen yhteydessä, tai työstämällä laakerin reikä asennuksen jälkeen lopullisen kulkuvälyksen saavuttamiseksi. HZ-800 laakerin kulkuvälys on tyypillisesti 0,001 - 0,0025 kertaa akselin halkaisija tarkkuussovelluksissa ja 0,002 - 0,004 kertaa yleisessä teollisuuskäytössä . Jos laakerin poraus on koneistettava asennuksen jälkeen, työstövara – poistoon tarkoitettu ylimääräinen pronssin paksuus – on tyypillisesti 0,05-0,15 millimetriä halkaisijaltaan laakerin koosta riippuen. Työstö tulee suorittaa terävällä yksikärkisellä työkalulla, jonka kärjen säde on vähintään 0,4 millimetriä, jotta vältetään pronssipinnan tahriintuminen ja itsevoitelutoiminnon kannalta välttämättömien huokosten sulkeutuminen. Kalvointa suositellaan poraamisen sijaan lopullisessa mitoituksessa, koska kalvin tuottaa pintakäsittelyn, joka säilyttää huokosten avoimuuden, kun taas kulunut tai tylsä ​​poraustyökalu voi tahrata pronssin ja tiivistää huokosaukot.

Kotelon reiän toleranssi ja pyöreysvaatimukset

Kotelon reiän, johon HZ-800-laakeri painetaan, on täytettävä erityiset toleranssi- ja pyöreysvaatimukset tasaisen häiriön varmistamiseksi laakerin kehän ympärillä. Tyypillisen HZ-800-laakeriasennuksen kotelon reiän toleranssi on H7 per ISO 286, pyöreyden poikkeama enintään 0,01 millimetriä laakereille, joiden ulkohalkaisija on enintään 50 millimetriä . Epäpyöreä kotelon reikä keskittää puristussovituksen häiriöt kotelon korkeisiin kohtiin, jolloin laakerin poraukseen syntyy vastaavia korkeita kohtia, jotka vähentävät kulkuvälystä paikallisesti ja voivat aiheuttaa metallin välisen kosketuksen laakerin ja akselin välillä alkukäytön aikana. Tämä kosketus, vaikka se olisi lyhyt, voi tahrata laakerin pinnan ja vaarantaa öljykalvon muodostumiskyvyn laakerin jäljellä olevan käyttöiän ajan. Kotelon reiän pinnan viimeistelyn tulee olla Ra 1,6–3,2 mikronia – riittävän sileä tarjotakseen tasaisen tuen ilman, että laakeri voi kävellä ulos kotelosta tärinän alaisena.

Akselivaatimukset ja vastapinnan materiaalipari

HZ-800 bimetallikomposiittilaakerissa käytettävän akselin on täytettävä tietyt kovuus-, pintakäsittely- ja materiaalivaatimukset, jotta laakerin käyttöikä saavutetaan. Akselitapin tulee olla a vähimmäispinnan kovuus 55 HRC sovelluksissa, joissa on hankaavaa epäpuhtautta ja 45 HRC puhtaissa voideltuissa olosuhteissa ; lyijy-pronssilaakeripinta tekee pehmeämmän akselin, erityisesti käynnistys-pysäytystoiminnon aikana, kun öljykalvo ei ole täysin muodostunut. Akselin pinnan viimeistelyn tulee olla Ra 0,2 - 0,4 mikronia —hienompi kuin itse laakeripinta — jotta akselin epäpuhtaudet eivät toimisi pehmeämmän pronssin leikkaustyökaluna. Akselin materiaalipari CuSn10Pb10-pronssin kanssa on suotuisa useimmille teräksille, mukaan lukien induktiokarkaistu 1045, kotelokarkaistu 8620 ja nitridoitu 4140. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut akselit vaativat varovaisuutta: ruostumattoman teräksen päällä oleva passiivinen kromioksidikerros, juokseva pronssi ja voiteleva akseli muodostavat huonon rajan akselille. HZ-800 laakerin tulee olla kovakromattu tai pintakäsittely, kuten plasmanitridaus, parantaa tribologista yhteensopivuutta. Myös akselin sisäänvientiviiste on kriittinen – a 15-20 asteen viiste kiillotetulla pinnalla estää terävää akselin reunaa irrottamasta pronssimateriaalia laakerin reiästä asennuksen aikana, mikä johtaisi metallisia roskia suoraan laakerin kulkuvälykseen.

Kulutusominaisuudet ja laakerin käyttöiän kolme vaihetta

HZ-800-laakerin kulumiskäyttäytyminen noudattaa ennustettavaa kolmivaiheista mallia, jota voidaan seurata laakerin vaihdon ajoittamiseksi ennen katastrofaalista vikaa. The ensimmäinen sisäänajovaihe tapahtuu muutaman ensimmäisen käyttötunnin aikana, ja siihen kuuluu korkeimpien epäpuhtauksien poistaminen laakerin pinnasta ja mukautuvan kosketusgeometrian luominen akselin kanssa. Tässä vaiheessa mitattavissa oleva 5-15 mikronin kulumissyvyys on normaali ja odotettu, ja kulumisnopeus laskee nopeasti kosketuspinnan kasvaessa. The vakaan tilan kulumisvaihe sille on ominaista alhainen, tasainen kulumisnopeus – tyypillisesti 0,1-0,5 mikronia 100 käyttötunnissa hyvin voideltuissa olosuhteissa PV-rajan sisällä – ja se edustaa laakerin käyttöikää. The nopeutettu kulumisvaihe alkaa, kun pronssinen laakerikerros on kulunut terästaustalle asti tai kun huokoisen rakenteen öljysäiliö on tyhjentynyt yli sen kyvyn toimittaa voiteluainetta pintaan. Tässä vaiheessa kulumisaste kasvaa kertoimella 10 tai enemmän, ja terästausta alkaa kuluttaa suoraan akselitappia. Hyvin suunnitellussa sovelluksessa, jossa on asianmukainen voitelu, HZ-800-laakerin tulisi saavuttaa käyttöikä 5000-20000 tuntia ennen nopeutetun kulumisen alkamista, PV-kuormituksen, käyttöympäristön puhtauden ja voiteluaineen syöttöjärjestelmän tehokkuuden määräämän alueen.

Vikadiagnoosi ja ero liiman ja hankaavan kulumisen välillä

Kun HZ-800-laakeri poistetaan käytöstä tarkastusta varten, laakerin pinnan kulumiskuvio antaa diagnostista tietoa käyttöolosuhteista, jotka aiheuttivat laakerin käyttöiän lopun. Liiman kuluminen näkyy tahraantuneena pronssina, laakerimateriaalin siirtymisenä akselille ja repeytyneenä, karkeana laakeripintana. Se osoittaa, että öljykalvo hajosi, mikä mahdollistaa metallin välisen kosketuksen, ja perimmäinen syy on tyypillisesti ylikuormitus, riittämätön välys tai voiteluaineen nälkä. Hankaavaa kulumista näkyy kehämäisenä uurteena laakerin pinnalla teräväreunaisilla urilla, jotka vastaavat akselin pinnan viimeistelyn asennussuuntaa. Se osoittaa, että voiteluaineessa tai akselin pinnalla on kovia hiukkasia. Väsymys kulumista näkyy pistemäisinä, halkeilevina tai pintaan liittyneinä halkeamia pronssikerroksessa, ja se osoittaa, että syklinen kuormitus ylitti pronssilejeeringin väsymisrajan. Väsymys on usein loppuvaiheen vikatila laakereille, jotka ovat toimineet oikein suunnitteluikänsä ja saavuttavat pronssikerroksen mekaanisen eheyden luonnollisen rajan. Näiden kulumistilojen erottaminen post mortem -tarkastuksen aikana on välttämätöntä sen määrittämiseksi, voidaanko vaihtolaakeri asentaa ilman järjestelmän muutoksia vai onko laakerin käyttöparametreja (kuormitus, nopeus, välys tai voitelu) muutettava.

Erotus HZ-800 muista saman tuoteperheen bimetallilaakerilaaduista

HZ-800 bimetallikomposiittilaakeri on yksi jäsen laajemmasta bimetallilaakeriperheestä, joka erottuu pronssiseoksen koostumuksesta ja käyttöalueesta. Nimitys, kuten HZ-800 tarkoittaa tyypillisesti kupari-tina-lyijy-seosta, jolla on tietty tina-lyijy-suhde ja tietty kovuusalue – tavallisesti 60-80 HB Brinellin asteikolla pronssikerroksen osalta. . Samassa lajikkeessa, jolla on eri nimitys, kuten korkeampi tinapitoisuus ja lyijytön, olisi suurempi kantavuus ja suurempi kovuus, mutta pienempi upotettavuus, mikä tekee siitä sopivan puhtaisiin voideltuihin olosuhteisiin, mutta ei sovellu saastuneisiin ympäristöihin, joihin on upotettava hankaavia hiukkasia. Korkeamman lyijypitoisuuden omaavalla lajikkeella olisi parempi upotettavuus ja mukautuvuus, mutta pienempi kantavuus ja alhaisempi maksimikäyttölämpötila, koska lyijyfaasi pehmenee yli 150 celsiusasteen lämpötiloissa. Erityinen HZ-800-seos on suunniteltu tasapainottamaan ominaisuuksia, jotka sopivat yleisiin teollisiin sovelluksiin: riittävä lujuus kohtalaisiin ja suuriin kuormituksiin, riittävä lyijypitoisuus upotettaviksi lievästi saastuneisiin ympäristöihin ja sintrausprosessi, joka tuottaa säädellyn huokoisuuden, joka tarvitaan öljyllä kyllästetylle itsevoitelulle. Kun määritetään vaihtolaakeri, merkintä on täsmättävä tarkasti, koska laakerilla, jolla on oikeat mitat mutta erilainen seosmerkintä, on erilaiset kulumis-, kuormitus- ja lämpötilaominaisuudet, jotka eivät välttämättä ole yhteensopivia sovelluksen kanssa.