¿Qué impacto tiene la tecnología de autorreparación del desgaste metálico en la vida útil de los rodamientos?
El método de fortalecimiento de superficies se ha convertido en una forma eficaz de lograr una larga vida útil en el país y en el extranjero. Este proceso se basa en tecnologías de superficie como láser, haz de electrones y haz de iones desarrollados en los últimos años, y explora materiales de grupos mixtos multifuncionales a nanoescala en la superficie del rodamiento para lograr un coeficiente de fricción bajo, antioxidante y anticorrosión. , alta dureza y resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia al impacto y otra tecnología de ingeniería de superficies de rendimiento integral.
La tecnología de autorreparación del desgaste del metal (en lo sucesivo, ART) puede lograr simultáneamente una tecnología de ingeniería de superficies con un excelente rendimiento integral. Es un polvo submicrónico con un mecanismo de acción dinámico a nanoescala. Se trata de una nueva tecnología revolucionaria de autorreparación inteligente en el campo de la ingeniería de superficies. Brindará nuevas oportunidades para mejorar la vida útil y el valor de confiabilidad de los rodamientos y contribuirá a mejorar la solidez integral de la industria de fabricación de equipos.
1. Introducción a la tecnología ART
1-1: La tecnología ART es una tecnología patentada con derechos de propiedad intelectual independientes
La tecnología ART es un tipo de hidroxisilicato A combinación de polvos minerales submicrónicos compuestos de componentes complejos; es un proceso innovador y mejorado que el personal técnico y de ingeniería de nuestro país ha aprovechado las ventajas de los recursos minerales de mi país después de varios años de esfuerzos incansables.
- Obtuvo la patente de defensa nacional china en 2002
- Obtuve la patente nacional china en febrero de 2009
1-2: productos ART
La tecnología ART es una tecnología de plataforma desarrollada por "Beijing Vishay Atek" que integra las tres funciones principales de "reducción del desgaste, antidesgaste y autorreparación in situ". "Beijing Vishay Aitek Technology Co., Ltd." ha desarrollado 19 series de productos bajo la marca "Oakmore" basados en diferentes condiciones de fricción.
El moderno equipo de preparación de polvo ART y el centro de pruebas de primera clase no solo pueden satisfacer las necesidades del mercado nacional, sino que la calidad también supera a los productos extranjeros similares. Para verificar el efecto de la aplicación del producto en condiciones de trabajo reales, desde 2008, la línea de producción de laminación en caliente del Grupo Baosteel ha comenzado a realizar pruebas de extensión de la vida útil de los rodamientos del laminador ART. Después de utilizar el recubrimiento "Oakmore" en la superficie de fricción de los rodamientos de laminadores, un año de pruebas de producción demostró que la vida útil de los rodamientos de laminadores se duplicó con creces. Como se muestra en la Figura 1, el rodamiento 646290 de la línea de producción de laminación en caliente de Baosteel falló metalográficamente después de su uso.
Utilizando el microscopio metalográfico avanzado MEF4A para observar, hay una capa protectora ART cermet en la superficie de fricción del elemento rodante, con un espesor de 0,006 mm.
Demuestra que el material ART es excelente en impacto y fricción, el polvo ART es de excelente calidad, la capa protectora cerámica similar al metal está distribuida uniformemente y es estable, y cumple plenamente con las características técnicas y especificaciones técnicas. . Esto lo diferencia de los numerosos aditivos para aceites de motor disponibles en el mercado.
Cambie la fricción entre metal y metal por fricción entre la capa protectora de cermet y la capa protectora de cermet. No hay duda de que esto mejorará enormemente la vida útil de los rodamientos.
1-3: La tecnología ART ha recibido el apoyo de ministerios y comisiones nacionales pertinentes
La investigación, el desarrollo y la aplicación de esta tecnología han recibido la atención y el apoyo de los ministerios y comisiones nacionales pertinentes El 18 de septiembre de 2002, en el país de origen. Con el auspicio de la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional, el Ministerio de Ciencia y Tecnología, el Ministerio de Ferrocarriles, el Ministerio de Transporte, el Ministerio de Educación y el Ministerio de Educación. La Administración Estatal de Protección Ambiental, directamente dependiente de la Comisión Económica y Comercial, se llevó a cabo una reunión de evaluación nacional de los productos "Materiales autorreparadores de desgaste metálico". El comité de evaluación, compuesto por 17 expertos, incluidos Xu Binshi, Zhong Qunpeng, Ding Chuanxian y Zhang Fuze, cuatro académicos de la Academia de Ingeniería y ***, acordaron por unanimidad que el proyecto pasó la evaluación. Las principales opiniones de evaluación son:
El material autorreparable de desgaste metálico son productos de alta tecnología con derechos de propiedad intelectual independientes, que alcanzan el nivel avanzado del mundo. El desarrollo exitoso de materiales autorreparables contra desgaste metálico tiene amplias perspectivas de aplicación y puede promover la investigación básica aplicada en el campo de la tribología de ingeniería de superficies en mi país.
Al mismo tiempo, puede impulsar la mejora y transformación de las industrias tradicionales de mi país y tendrá un impacto significativo en el desarrollo de la economía nacional de nuestro país". "Este producto de alta tecnología debe transformarse rápidamente en productividad”; la Comisión Estatal de Economía y Comercio ART El proyecto fue incluido en el “Plan Nacional de Innovación Científica y Tecnológica 2002-2016”.
El Consejero de Estado Wu Yi inspeccionó personalmente el proyecto en la reunión de evaluación y los expertos participantes discutieron el proyecto
1-4: Características técnicas de ART:
( 1) El metal usa materiales autocurativos, la característica principal es generar una capa protectora cerámica resistente al desgaste en la superficie de fricción del metal.
(2) El material autorreparable de desgaste metálico es un material en polvo ultrafino y no es necesario desmontar las piezas desgastadas para repararlas en condiciones normales de uso de la máquina.
(3) Los materiales autorreparantes pueden compensar selectivamente el desgaste de la superficie. El espesor de la capa protectora cerámica resistente al desgaste es proporcional a la cantidad de polvo ultrafino y la energía liberada por la fricción, y puede. ajustarse automáticamente.
(4) No existe una interfaz obvia entre la capa protectora cerámica resistente al desgaste y la superficie metálica original.
(5). La capa protectora cerámica resistente al desgaste reduce el coeficiente de fricción en un orden de magnitud en comparación con la lubricación con película de aceite.
(6) La capa protectora cerámica resistente al desgaste tiene buena resistencia al desgaste y a la corrosión. Siempre que se mantenga completamente la forma de la capa protectora, la vida útil de las piezas de la máquina se puede extender sin la. necesidad de reemplazar piezas.
(7) La capa cerámica resistente al desgaste no solo puede compensar el espacio y restaurar las piezas a su forma original, sino que también optimiza el espacio de ajuste, lo que es beneficioso para reducir la vibración mecánica y el ruido. y ahorro de energía.
Detectar el espesor de la capa protectora de cermet formada en la pared interior del cilindro
Observar la capa protectora de cermet formada en la superficie de la camisa del cilindro No. 15 de la locomotora DF-11 utilizando un microscopio electrónico de barrido. La sección transversal de la muestra metalográfica del motor diésel No. 063 que ha estado funcionando durante 150.000 kilómetros después de la aplicación de la tecnología de material autocurativo abrasivo metálico muestra: En la sección transversal de la muestra metalográfica de la camisa del cilindro, una La capa protectora de cermet con un espesor de aproximadamente 10 micrones se detecta bajo un microscopio óptico y un microscopio electrónico de barrido. Todos son claramente visibles bajo el microscopio.
Imagen de microscopio electrónico de barrido de la capa protectora superficial de la camisa del cilindro (imagen de electrones retrodispersados, método de preparación de muestras metalográficas, después de la corrosión)
1-5: Indicadores técnicos ART:
La capa protectora cerámica resistente al desgaste tiene extraordinarias propiedades mecánicas y físicas:
(1), coeficiente de fricción: μ0,003~0,007, un orden de magnitud menor que la lubricación con película de aceite
(2), microdureza: Hv690~1100 es de una a tres veces mayor que la dureza de la superficie original
(3), el coeficiente de expansión lineal 13,6~14,2 es el mismo que el del acero
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(4), Resistencia al impacto: 50 kg/mm2
(5), Resistencia a altas temperaturas: 1575 ~ 1600 ℃
(6), Resistencia a la corrosión: No hay problema en ambientes marinos de alta humedad y corrosión en medios ácidos y alcalinos.
(7) Aislamiento eléctrico: capa de aislamiento eléctrico de 1-10 μm
Imagen tridimensional de la prueba de dureza de la capa protectora ART bajo microscopio de fuerza atómica
Microdureza tipo roca Imagen de microscopio de fuerza atómica (tridimensional) de la capa protectora superficial de la camisa del cilindro HV=1145
Imagen de microscopio de fuerza atómica (tridimensional) de la matriz de la camisa del cilindro de microdureza tipo roca HV=546
1-6: Campos de aplicación de ART:
La tecnología ART se puede aplicar a cualquier parte del desgaste mecánico: maquinaria minera, maquinaria metalúrgica, maquinaria petroquímica, maquinaria de construcción, motores de combustión interna de automóviles, trenes y barcos, cadenas, rodamientos, etc. En la industria de fabricación de rodamientos, se necesita con urgencia la tecnología ART para extender la vida útil de los rodamientos de laminadores, rodamientos de ferrocarril, rodamientos de motores, rodamientos de energía eólica, rodamientos de bajo ruido, rodamientos de precisión, etc.
2. Pretratamiento ART
2-1: Prueba del proceso de pretratamiento ART
2-1-1: Empresa de desarrollo de tecnología de autorreparación de desgaste metálico de Dalian Longzheng Weishi - una empresa profesional dedicada a la investigación, desarrollo y aplicación de tecnología de aplicación ART.
Basándonos en el concepto de investigación de "la organización determina el rendimiento" en la ciencia de los materiales metálicos, hemos realizado pruebas de banco ART muchas veces:
◆ En agosto de 2003, el rodillo de aceite pasó la prueba de banco de la Supervisión Nacional de Calidad de la Cadena. y Centro de Inspección La vida útil de la cadena aumenta 3,3 veces.
◆En 2007, se llevó a cabo la "prueba de banco de rodamientos ART6308" en Zhejiang Tianma Bearing Co., Ltd.
Después de 1000 horas de pruebas continuas en banco, el espacio libre medido se redujo de 2 a 6 micrones en comparación con antes de la prueba, lo que indica que la tecnología ART puede optimizar automáticamente el espacio de fricción para lograr el mejor ajuste. La tecnología ART puede optimizar automáticamente la brecha de fricción para lograr el mejor ajuste.
◆ En 2008, la prueba de banco del Centro Nacional de Inspección y Supervisión de Calidad de Rodamientos demostró además que la tecnología ART puede extender significativamente la vida útil y la confiabilidad de los rodamientos.
2-1-2: Método de pretratamiento ART:
Este método consiste en colocar las piezas del rodamiento procesadas en un cuerpo intermedio que contiene material ART y luego hacer vibrar la máquina de acabado debajo. Influencia, se forma una capa de incubación ART dispersa en la superficie de las piezas del cojinete. Después del sellado, se cubre con aceite lubricante o grasa que contiene ART y funciona en condiciones lubricantes. La capa de incubación ART se transforma aún más en un tipo de capa protectora de cermet. para obtener los mejores resultados. Excelente cooperación. Capa protectora de Cermet para un coeficiente de fricción y un espacio de ajuste óptimos.
2-1-3: Equipo de pretratamiento ART
Con el fin de promover el proceso de aplicación maduro del pretratamiento ART, "Dalian Longzheng Finishing Machinery Manufacturing Co., Ltd." Máquinas de acabado y pretratamiento de ciclo de reparación de las series Qiangli LZD y XL; preacondicionador ART horizontal a gran escala WZD El preacondicionador ART horizontal a gran escala WZD puede cumplir con el pretratamiento ART de rodamientos de laminador con un diámetro de 1,1 metros, al tiempo que proporciona procesos de pretratamiento estables y maduros. , métodos de control de calidad y estándares de prueba.
Puede cumplir con los requisitos del pretratamiento ART para rodamientos de laminador con un diámetro de 1,1 metros
2-2: Principio de pretratamiento ART
2-2-1 : Proceso de formación de la capa de incubación ART
Bajo un microscopio metalográfico, se observan varios defectos, como "surcos" entrecruzados, microprotuberancias y hoyos en la superficie del metal. En el pretratamiento por vibración de la máquina de acabado, bajo la acción de la fuerza de excitación, durante los procesos de fricción, impacto y extrusión, la mayoría de las convexidades y hoyos en la superficie de fricción de las partículas de polvo ART todavía son de gran tamaño en relación con el material base Cuando las partículas se llevan a la interfaz de fricción, se muelen y refinan aún más, y también se limpian los hoyos y defectos en la superficie de fricción, preparándose para el cojín de la capa de incubación.
Durante el proceso de vibración, fricción, extrusión e impacto, las microprotuberancias se rasgarán, romperán y calentarán instantáneamente el punto de inflamación, lo que provocará que los granos abrasivos queden envueltos por la alta temperatura del ART, y producen una superficie cóncava inferior bajo la acción de la energía potencial. La fosa o lecho defectuoso forma la capa de incubación. Durante todo el proceso de pretratamiento de ART, defectos como superficies cóncavas, "surcos", microgrietas y huecos en la matriz metálica se forman en una capa de incubación de ART.
La tasa de crecimiento y el espesor de la capa de incubación ART son directamente proporcionales a la energía liberada por la fricción, la cantidad de polvo ART utilizada en el equipo de acabado y el tiempo de acabado.
Esta es la apariencia metalográfica de un elemento rodante de rodamiento hecho de material GCr15, templado y revenido a una dureza de HRc62, observado bajo un microscopio metalográfico avanzado MEF4A después del pretratamiento de acabado con luz ART.
2-2-2: El papel de la capa de incubación ART en condiciones de trabajo
En condiciones de trabajo, especialmente rodamientos de laminadores, impactos de soporte y cargas límite instantáneas A continuación, la La capa de incubación dispersa desempeña el papel de asiento de soporte. Durante todo el proceso de funcionamiento del rodamiento bajo carga, la interfaz de la capa protectora ART continúa cambiando, la posición de compensación se selecciona automáticamente y el espesor también se ajusta automáticamente cuando la energía liberada por la fricción cae a un cierto nivel debido a la. Al reducirse el coeficiente de fricción, la capa protectora cerámica detiene el crecimiento y se completa el proceso de autorreparación.
La capa de cermet no solo puede compensar la brecha de desgaste, reducir el valor de rugosidad de la superficie de la matriz metálica y restaurar el tamaño original, sino también distribuir uniformemente la resistencia a la fricción, reducir la vibración, ahorrar energía y lograr la reparación de la forma geométrica. de la superficie de trabajo del metal base y la optimización del espacio correspondiente.
2-2-3: Transformación adicional de la capa de incubación ART en condiciones de trabajo
Durante el proceso de fricción del rodamiento después del uso del manguito, el rodamiento depende del calor de fricción como fuerza impulsora para hacer ART Se produce una reacción de desplazamiento entre la capa de incubación y la superficie del metal base, formando una capa de cerámica microcristalina unida químicamente que combina el metal y la base de hierro. Esta capa de cerámica microcristalina puede reparar y compensar dinámicamente el desgaste de la base. superficie de fricción metálica. Esta capa cerámica microcristalina puede reparar y compensar de forma dinámica y continua el desgaste de la superficie de fricción del metal base, extendiendo así la vida útil del rodamiento.
3. El impacto de la tecnología ART en la vida útil y la confiabilidad de los rodamientos
3-1: Fuente y propósito de la prueba
Tecnología de autorreparación de desgaste de metal Dalian Longzheng Weishi Development Co., Ltd. encomendó al Centro Nacional de Inspección y Supervisión de Calidad de Rodamientos la realización de pruebas comparativas en varios juegos de rodamientos rígidos de bolas 6307 proporcionados por la empresa. Examinar el impacto de la tecnología de autorreparación del desgaste metálico y el pretratamiento de acabado ART en la mejora de la vida útil y la confiabilidad de los rodamientos.
3-2: Plan de prueba
3-3: Fuente de muestra
Seleccione aleatoriamente 20 conjuntos de muestras del mismo fabricante y lote de rodamientos. tratamiento y mantenerlo en su estado original, con nombre en código Grupo A, y luego tomar 40 juegos de muestras. Utilice una máquina de acabado y materiales ART para realizar el pretratamiento ART en las pistas de rodadura internas y externas, los elementos rodantes y las jaulas del rodamiento para hacer el microcristalino. cerámicas distribuidas dispersamente sobre la superficie de gestación. Después de eso, cada grupo se fusionó y se dividió en el grupo C y el grupo D. Utilizando el mismo método de muestreo, se tomaron aleatoriamente 30 grupos de muestras sin ningún tratamiento y se mantuvieron en su estado original. Cada 15 grupos de muestras se dividieron en el grupo E. y el grupo F, y luego se tomaron 15 grupos de cada grupo, se usaron máquinas de acabado y materiales ART para pretratar las pistas de rodadura internas y externas, las superficies de los elementos rodantes y las jaulas del rodamiento para formar una capa de incubación de cerámica microcristalina dispersa en la superficie. de las piezas del rodamiento. Este es el grupo G. Según las condiciones de prueba en la tabla Experimento. condiciones de prueba.
3-4: Conclusión de la prueba
Se puede observar en esta prueba que el uso exclusivo de materiales autocurativos de desgaste metálico como lubricantes o aditivos de grasa, o el uso exclusivo de materiales de acabado. Tecnología de pretratamiento, no hay ningún impacto obvio en la vida útil del pretratamiento ART de las pistas de rodadura interiores y exteriores, elementos rodantes, superficies y jaulas del rodamiento. Sin embargo, el uso combinado de estas dos tecnologías puede extender significativamente la vida útil de los rodamientos; las pruebas de lubricación con aceite muestran que la relación de vida útil de los rodamientos aumentó más de 3 veces. El valor de confiabilidad aumentó de 97,9 a 99,7; para los rodamientos lubricados con grasa, el valor de prueba de vida nominal básica del rodamiento aumentó a más de 5 veces y el valor de confiabilidad de la vida útil aumentó de 77,44 a 99,98.
4. Análisis de las conclusiones de las pruebas
4-1: La prueba de comparación en banco realizada por el Centro Nacional de Inspección y Supervisión de Calidad de Rodamientos sobre rodamientos pretratados con tecnología ART demostró que: Los rodamientos pretratados con ART son lubricados en ART La vida útil de los rodamientos se puede prolongar significativamente en condiciones de lubricación con aceite o grasa.
4-2: Las condiciones de uso de las piezas de soporte después del pretratamiento ART son diferentes, y el ciclo de la capa de incubación ART que se convierte en una capa cerámica similar al metal también es diferente. Esto está en línea con el principio de formación de la capa protectora ART. Estas diferentes condiciones de uso incluyen: velocidad del rodamiento, tamaño de la carga, condiciones de lubricación, temperatura, tamaño de las partículas del polvo ART y contenido de aceite o grasa, material de fricción del metal y calidad de la superficie, dureza. etc.
4-3: La prueba se lleva a cabo de acuerdo con las condiciones de prueba especificadas en "Procedimientos de prueba de confiabilidad y vida útil de rodamientos" JB/T50013-2000, y las conclusiones obtenidas son justas y objetivas. Tiene un valor orientativo en un sentido amplio; para diversas condiciones de aplicación práctica en el mercado, es una conclusión de prueba comparativa de una máquina de prueba de fatiga en condiciones específicas y aún no puede resumir las variedades de varios rodamientos en condiciones de aplicación reales. Los casos han demostrado que un solo tratamiento ART o un solo lubricante o grasa ART también pueden extender significativamente la vida útil del par de fricción.
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