كل ما يجب أن تعرفه عن مواد الحمل

كل ما يجب أن تعرفه عن مواد الحمل

اتجاهات تعتبر حيوية للتصنيع وتستخدم في العديد من أنواع المعدات والآلات المختلفة. من المعدات الصناعية الأساسية إلى الآلات المعقدة، تعمل المحامل على تقليل الاحتكاك وتمكنها من التعامل مع أنواع مختلفة من الأحمال. ولذلك، فإن استخدام مواد عالية الجودة وموثوقة أمر بالغ الأهمية لعملية تصنيع المحامل.

يتم استخدام مواد مختلفة لإنتاج أنواع مختلفة من المحامل عالية الجودة ومكوناتها العديدة. تخضع هذه المواد لعملية محددة للحصول على الخصائص المرغوبة التي تزيد من عمر وأداء المحمل. يمكن للفرق في الجامعة الأميركية في بيروت مناقشة المواد المختلفة المستخدمة في تصنيع المحامل وكيف يؤثر كل منها على استخدام المحمل وسلامته ووظيفته.

يعتمد أداء أي محمل على خصائص السبيكة المختارة ومعالجتها الحرارية. يضمن اختيار مادة بالصلابة الصحيحة ومقاومة التآكل وعمر الكلال أداء المحمل بشكل موثوق به ضمن معايير التشغيل والبيئة الخاصة بالتطبيق. تستخدم الجامعة الأمريكية في بيروت مواد مختلفة لإنتاج مكونات تحمل مختلفة. تتم معالجة هذه المواد للحصول على الخصائص المثالية لزيادة أداء المحمل وعمر الخدمة إلى أقصى حد. المواد الموصوفة هنا هي الأكثر استخدامًا. تتم معالجة مادة المحمل بالحرارة داخل المنزل للحصول على أفضل صلابة وثبات في الأبعاد.

المواد الحاملة

أكثر مادة مشتركة يستخدم لإنتاج المكونات الحاملة في محامل كروية دقيقة ومحامل أسطوانية ومحامل أسطوانية مدببة من الفولاذ الكرومي 52100. تشير هذه المكونات إلى الحلقات والكرات والبكرات الداخلية والخارجية. التركيب الكيميائي لهذا الفولاذ يحتوي على نسبة عالية من الكربون ويحتوي على حوالي 1.5% من الكروم. باستخدام طرق التصنيع والمعالجة الحرارية التي يتم التحكم فيها، تتمتع مكونات المحمل النهائية بقوة عالية لمقاومة التشقق والأسطح الصلبة لمقاومة إجهاد التلامس المتدحرج تحت السطح. تتراوح صلابة السطح النموذجية لمكونات المحامل المصنوعة من هذه المواد من 60-64 على مقياس Rockwell C (Rc).

تتميز بتكلفة مقبولة ومستوى صلابة عالي وضوضاء تشغيل أكثر هدوءًا. لذلك ، فإن فوائد استخدام محامل الصلب المطلي بالكروم هي الصلابة العالية ، وسعة التحميل العالية ، وانخفاض ديسيبل ، وإمكانية الوصول الواسعة. ومع ذلك ، يجب أن يظل مشحمًا ولا يقاوم التآكل أو المواد الكيميائية. يُنصح المستخدمون بحماية محامل الصلب المطلي بالكروم بزيت أو طلاء مضاد للصدأ لمنع التآكل.

مواد تحمل

فولاذ كروم فائق النقاء 52100

يتم معالجة الفولاذ الخام المستخدم في إنتاج محامل عالية الدقة بخطوة ذوبان إضافية ، مما ينتج عنه فولاذ بهيكل موحد للغاية من مادة دقيقة الحبيبات - فولاذ الكروم 52100 فائق النقاء. يمكن تشطيب الأسطح الملامسة للمحمل بشكل فائق النعومة ، لذا تعمل المحامل بهدوء شديد.

أكثر طرق المعالجة الحرارية شيوعًا لصلب الكروم هي إخماد الفولاذ في فرن جو متحكم فيه. يمكن أن تعمل المحامل المصنوعة من الفولاذ المطلي بالكروم في درجات حرارة مستمرة تصل إلى 120 درجة مئوية. عند مواجهة درجات حرارة أعلى ، يمكن تثبيت مجموعة المحمل حرارياً. من خلال تغيير عملية المعالجة الحرارية ، من الممكن إنتاج محامل قادرة على العمل عند 220 درجة مئوية أو أعلى. بالنسبة لهذه التطبيقات ، يجب تلطيف مكونات المحمل عند درجات حرارة أعلى تتوافق مع درجات حرارة التشغيل. هذا التقسية المتزايدة لها تأثير سلبي على صلابة المادة وتقل قدرة تحمل الحمل.
كما يتضح من الجدول أدناه ، يختلف التركيب الكيميائي القياسي لصلب الكروم من دولة إلى أخرى.

الترا كلين 52100 محامل فولاذية كروم
التركيب الكيميائي لصلب الكروم

مادة أخرى شائعة تستخدم في صنع المحامل هي الفولاذ المقاوم للصدأ. الفولاذ المقاوم للصدأ هو خيار شائع للمواد للمحامل بسبب محتواه العالي من الكروم والكربون ، وهو مقاوم لتآكل السطح أكثر من الفولاذ المطلي بالكروم. يوجد أكثر من 60 درجة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، كل منها يختلف حسب تركيبته وخصائصه الفيزيائية. بشكل عام ، تشتمل تركيبة الفولاذ المقاوم للصدأ على كميات متفاوتة من الكروم والكربون والفوسفور والنيكل والمنغنيز والموليبدينوم. بالإضافة إلى ذلك ، تساعد الدرجات في وصف خصائص سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ ، بما في ذلك مقاومة التآكل ودرجة الحرارة ، والاستجابة المغناطيسية ، والمتانة ، والليونة ، وقابلية اللحام ، وتصلب العمل.

بالإضافة إلى احتوائه على 18٪ من الكروم على الأقل ، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا على النيكل. يتفاعل الكروم الموجود في الفولاذ المقاوم للصدأ كيميائيًا عند تعرضه للأكسجين ، مكونًا طبقة من أكسيد الكروم على سطح مكونات المحمل. يوفر هذا الفيلم الكيميائي الخامل حماية إضافية للمحمل. ومع ذلك ، فإن محامل الفولاذ المقاوم للصدأ أقل صلابة بسبب محتواها من الكربون. نتيجة لذلك ، لديهم قدرة تحمل حمولة أقل بنسبة 20٪ من 52100 محامل فولاذية كروم.

هناك نوعان شائعان من محامل الفولاذ المقاوم للصدأ: مارتينسيت وأوستنيتي. غالبًا ما تتعرض محامل الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ (SV30) للتدهور أثناء معالجة الفولاذ الأصلي ، مما يؤدي إلى انخفاض محتوى الكربون وزيادة محتوى النيتروجين في المادة. والنتيجة هي فولاذ ذو قوة عالية وصلابة ومقاومة محسنة للتآكل. من ناحية أخرى ، فإن محامل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (AISI316) غير مغناطيسية ومقاومة للغاية للتآكل بسبب محتواها المنخفض من الكربون. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامها إلا في التطبيقات ذات التحميل المنخفض والسرعة المنخفضة.

محتوى الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ فئة 400 مرتفع بدرجة كافية بحيث يمكن تقويته إلى Rc58 باستخدام طرق المعالجة الحرارية القياسية. تتميز المحامل المصنوعة من هذه المادة بقدرة تحمل حمولة أقل بنسبة 20٪ من محامل فولاذية كروم 52100 نظرًا لانخفاض الصلابة. يعني مستوى محتوى الكربون أن المكون مغناطيسي. تكون مقاومة التآكل "جيدة" عندما تتعرض مادة 440 درجة مئوية للمياه العذبة والمواد الكيميائية الخفيفة. هذه المواد تحظى بشعبية كبيرة بين الشركات المصنعة الأمريكية.

ستكون المحامل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 440C التقليدي صاخبة بعض الشيء لأن الكربيدات ، التي تتركز عادةً عند حدود الحبوب ، تكون مكشوفة أثناء تشطيب مسار السباق. لا تتأثر المحامل ذات التجاويف الكبيرة بهذه الحالة. يمكن أن تعمل المحامل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 400 في درجات حرارة أعلى من فولاذ الكروم ، حتى 250 درجة مئوية بشكل مستمر. عادة ما تكون المحامل المصنوعة من هذه المادة باهظة الثمن من محامل الصلب المطلي بالكروم.

440C تحمل الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 440 - صلابة ممتازة مع مقاومة جيدة للتآكل. تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في تطبيقات تحمل حيث يلزم وجود تفاوتات دقيقة وتشطيبات السطح. يمكن إجراء المعالجة الحرارية العادية وفقًا لـ MIL-H-6875. محامل الفولاذ المقاوم للصدأ متوفرة في مجموعة متنوعة من درجات وتركيبات مواد الفولاذ المقاوم للصدأ. تشمل مزايا محامل الفولاذ المقاوم للصدأ ما يلي: تتحمل ظروف التآكل القاسية التي تؤدي إلى عمر أطول ، وتقليل تكاليف الصيانة ، ووقت تعطل المعدات. يعد التعرض لمياه البحر أحد أقسى التطبيقات في العالم المحمل. تتوفر درجات خاصة من الفولاذ المقاوم للصدأ لتطبيقات مياه البحر.

محامل الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ - ACD34 / KS440 / X65Cr13

يستخدم العديد من مصنعي المحامل الفولاذ المقاوم للصدأ مع محتوى أقل قليلاً من الكربون والكروم من AISI 440C ، والمعروف بأسماء مختلفة مثل ACD34 و KS440 و X65Cr13 ، لحلقاتهم وكراتهم. عند المعالجة الحرارية ، تحتوي هذه المادة على كربيدات أصغر ، لذا سيكون للمحمل خصائص ضوضاء منخفضة ممتازة مع توفير نفس مقاومة التآكل مثل 440 درجة مئوية. تنشر بعض الشركات المصنعة نفس تصنيفات الأحمال مثل الفولاذ المطلي بالكروم للمحامل المنتجة من هذه المادة. ويرجع ذلك إلى استخدام المعالجة الحرارية التي يتم التحكم فيها بإحكام مع صلابة تصل إلى 60 درجة مئوية. على الرغم من أن هذا هو أحد أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ استخدامًا للمحامل الكروية ، إلا أن هذه المادة لا تحمل تصنيف AISI.

محامل الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ

محامل الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ - SV30

يمكن تعديل الفولاذ المارتنزيتي المقاوم للصدأ أثناء معالجة الفولاذ الخام عن طريق تقليل محتوى الكربون وإدخال النيتروجين كعنصر في صناعة السبائك. يزيد النيتروجين من تشبع الكروم الذي يتحول إلى نيتريد الكروم بدلاً من كربيد الكروم. والنتيجة هي فولاذ عالي القوة وعالي الصلابة مع بنية مجهرية ممتازة يمكنها زيادة عمر التعب بنسبة تصل إلى 100٪ (مزدوج) في بعض التطبيقات. تتميز هذه المادة أيضًا بمقاومة التآكل المحسنة ، حتى 5 مرات أفضل من 440C و ACD34. يمكن أن تكون المحامل المصنوعة من هذه المادة باهظة الثمن بنسبة تتراوح بين 20 و 40٪ ، ولكن عادةً ما يتم تعويض ذلك بفوائد الأداء المتفوق.

محامل كروية ذاتية المحاذاة 1

الفولاذ المقاوم للصدأ

يتم استخدام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ سلسلة 300 للأجزاء غير الحاملة. مكونات المحمل المصنوعة من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300 مقاومة للتآكل وغير مغناطيسية بسبب محتواها المنخفض من الكربون. ومع ذلك ، فإن المفاضلة هي أن هذه المادة لا يمكن تقويتها ، وبالتالي لا يمكن للمحامل أن تعمل إلا بأحمال وسرعات منخفضة. يسمى التفاعل الكيميائي للسطح المحمل بالأكسجين بعملية التخميل ؛ يحمي فيلم التخميل المتكون على السطح المحمل من التآكل. تكون مقاومة التآكل هي الأفضل عندما لا يكون المحمل مغمورًا بالكامل في السائل ، كما هو الحال في التطبيقات تحت الماء. عادة ما تكون المحامل المصنوعة من هذه المواد عبارة عن عناصر أوامر خاصة تتطلب الحد الأدنى من الكمية ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فهي باهظة الثمن.

عادةً ما تحتوي محامل الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300 على غلاف بدرجة 304 ومثبت محمل بدرجة 302. الصف 304 مقاوم جدًا للكسر (ليونة عالية) ومقاومة عالية للتآكل. 302 يحتوي على محتوى كربون أعلى قليلاً - زيادة الصلابة - مما يجعله مناسبًا للمكونات الموجودة في المحمل نفسه. المحمل الكامل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ فئة 300 لديه ما يقرب من نصف قدرة تحمل الحمولة لمحمل مصنوع من فولاذ محمل 52100.

محامل الكروم الصلب

تقوم AUB بتصنيع المحامل باستخدام 316 الفولاذ المقاوم للصدأ ، والذي يوفر مقاومة فائقة للتآكل مقارنة بالفولاذ التقليدي ومحامل 440 من الفولاذ المقاوم للصدأ. 316 الفولاذ المقاوم للصدأ مقاوم لظروف التآكل في الغلاف الجوي والعامة أكثر من أي نوع آخر من الفولاذ المقاوم للصدأ. 316 الفولاذ المقاوم للصدأ يستخدم على نطاق واسع في الصناعات الغذائية والطبية. يمكن أن تعمل المحامل المصنوعة من هذا الفولاذ في سوائل أو تجف بسرعات منخفضة. 316 الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن فولاذ لا يصدأ يحتوي على الموليبدينوم. يعطي الموليبدينوم 316 مقاومة تآكل شاملة أفضل من 304 درجة ، وخاصة مقاومة أعلى للتنقر والتآكل الشقوق في بيئات الكلوريد.

316 محامل فولاذية

السمات البارزه:

  • يزيد محتوى الموليبدينوم من مقاومة البيئات البحرية.

  • قوة زحف عالية ومقاومة جيدة للحرارة في درجات حرارة عالية.

  • متوافق حيويا.

  • خصائص التصنيع مشابهة للنوعين 302 و 304.

التطبيقات: معدات معالجة الأغذية والأدوية والبيئات البحرية والمعدات الطبية الجراحية والمعدات الصناعية التي تتعامل مع المواد الكيميائية العدوانية المستخدمة في إنتاج الأحبار والحرير الصناعي والمواد الكيميائية الفوتوغرافية والورق والمنسوجات والتبييض والمطاط.

المقاومة للتآكل: مقاومة التآكل أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ 440c ، 302 ، 304. مقاوم لمحاليل ملح الصوديوم والكالسيوم ومحاليل هيبوكلوريت وحمض الفوسفوريك ومحاليل الكبريتيت وحمض الكبريت الذي يشيع استخدامه في صناعة اللب.

316 تكوين مادة الفولاذ المقاوم للصدأ

316 تكوين المواد غير القابل للصدأ

محامل أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ فئة 300

أحيانًا يتم تصنيع دروع المحامل وغسالات الختم وأقفاص الكرة من الفولاذ المقاوم للصدأ AISI303 أو AISI304 حيث تتميز بمقاومة تآكل معتدلة ومناسبة للتشكيل في أشكال مختلفة.

محامل سبائك الصلب الكربوني

تُستخدم مواد الفولاذ الكربوني لإنتاج مكونات مختلفة من المحامل ، وهناك نوعان أساسيان ، فولاذ سبائك الكربون المتوسط ​​وفولاذ سبائك منخفض الكربون.

محامل متوسطة من سبائك الصلب الكربوني

غالبًا ما يشار إلى المحامل المصنوعة من مواد فولاذية متوسطة الكربون أو منخفضة الكربون باسم محامل "شبه دقيقة" أو "درجة تجارية". المواد النموذجية هي AISI8620 أو AISI4320. يتم تقوية الحلقات الداخلية والخارجية في حالة معالجة حرارية تسمى تصلب الغلاف أو الكربنة. لا يمكن للمحامل المصنوعة من هذه المواد أن تتحمل الأحمال العالية أو السرعات العالية وليست مقاومة للتآكل. المحامل المصنوعة من هذه المواد منخفضة التكلفة بشكل عام.

محامل منخفضة من سبائك الصلب الكربوني

يتم استخدام الفولاذ الطري لإنتاج أقفاص محامل ودروع معدنية وغسالات معدنية يتم تشكيل المطاط حولها لاستخدامها كأختام. المواد المستخدمة بشكل شائع هي AISI C1008 و C1010. الطلاء بالزيت / الشحوم (القفص) أو الطلاء (الواقي) مطلوب لحماية المادة من التآكل. للحصول على معلومات حول الخدم والإغلاق ، راجع النشرات الفنية ذات الصلة.

المعالجة الحرارية للصلب المحمل

عندما يكون الفولاذ المحمل في حالته الناعمة (غير المتصلبة)، يشير علماء المعادن إلى هيكله بالحالة البرليتية. لتقوية الفولاذ، يجب تسخينه إلى درجات حرارة عالية جدًا ثم تبريده بسرعة كبيرة. عند تسخينه إلى 1,750 درجة فهرنهايت في أ المعالجة الحرارية الفرن، يتغير الهيكل من البرليت إلى ما يعرف بالأوستينيت. بعد التبريد (التبريد السريع)، يتغير الهيكل من الأوستينيت إلى المارتنسيت. بمجرد تحويله إلى مارتنسيت، يصبح الفولاذ قاسيًا للغاية. ومع ذلك، لا يعتبر "مستقرًا حراريًا" في الوقت الحالي. وذلك لأنه لا يتم تحويل كل الأوستينيت إلى مارتنسيت أثناء عملية التبريد. وتسمى هذه الظاهرة "الأوستينيت المحتجز".

إذا لم يكن الفولاذ مستقرًا حرارياً ، فإن الأوستينيت المحتفظ به سيتحول إلى مارتينسيت على مدى فترة طويلة من الزمن (ربما سنوات). يصاحب هذا التحول زيادة في الحجم ويسمى النمو المعدني (لا ينبغي الخلط بينه وبين النمو الحراري). يمكن أن يتسبب النمو المعدني في تغيرات في حجم وشكل أي مكون فولاذي ، مثل المحمل ، حتى في درجة حرارة الغرفة.
على الرغم من عدم وجود مشكلة في محامل نوع سلعة منخفضة الدقة ، إلا أن هذا النقص في ثبات الأبعاد يمكن أن يسبب مشاكل في المحامل المصغرة عالية الدقة (ABEC 5P ، 7P ، 9P). للقضاء على هذا النمو المعدني غير المرغوب فيه ، يجب أن يكون الفولاذ مستقرًا حرارياً. يتم تحقيق ذلك عن طريق التبريد والتلطيف المتكرر عند -120 درجة فهرنهايت لتحويل معظم الأوستينيت المحتفظ به إلى مارتينسيت.