Phương pháp thử mới trên các yếu tố cán gớm

Một số ứng dụng đòi hỏi cao được phục vụ tốt nhất với vòng bi tạo thành sự kết hợp của vòng thép với các bộ phận cán gốm, được gọi là vòng bi tổ hợp.

Vật liệu gốm, silicon nitride cấp độ, không giống như gốm gia dụng thông thường; nó thể hiện độ cứng, độ dẻo dai và sức mạnh rất cao, tính chất vật liệu rất quan trọng đối với hiệu suất. Thông số kỹ thuật vật liệu SKF cũng bao gồm dung sai chặt chẽ.

Đối với việc sản xuất các quả bóng và con lăn silicon nitride cho vòng bi tổ hợp, các tuyến xử lý khác nhau dẫn đến các cấu trúc vi mô khác nhau và do đó có các tính chất cơ học khác nhau. Điều này khiến cần phải thực hiện thử nghiệm trên các quả bóng hoặc con lăn riêng lẻ để đảm bảo rằng các đặc tính tối thiểu về độ bền, độ bền gãy và các yêu cầu cấu trúc được đáp ứng trên thành phần vòng bi thực tế và không chỉ trên các mẫu thanh đặc biệt được chuẩn bị cho các thử nghiệm uốn.

Trong bài viết này, các phương pháp mới khác nhau để thử nghiệm các tính chất vật liệu gốm cụ thể được trình bày. Chúng đang được phát triển tại SKF cùng với các đối tác nghiên cứu và đã được sử dụng một phần để hỗ trợ sản xuất và được xác định theo tiêu chuẩn quốc tế. Mục tiêu là luôn tạo ra dữ liệu hữu ích để dự đoán và đảm bảo hiệu suất của các thành phần gốm trong vòng bi.

Thử nghiệm vết xước gốm số lượng lớn
Các loại vật liệu khác nhau của silicon nitride đã được chứng minh là có sự khác biệt rõ rệt về khả năng nghiền, tạo mầm nứt và lan truyền vết nứt. Có thể sử dụng một thiết bị kiểm tra vết xước để điều tra một cách có hệ thống các tác động của hao mòn trượt trên vật liệu silicon nitride. Trong lịch sử, thử nghiệm vết xước được phát triển để kiểm tra độ bám dính của lớp phủ, nhưng nó cũng đã tìm thấy các ứng dụng trong thử nghiệm hàng loạt. Trong thử nghiệm này, một đầu kim cương được xác định rõ về mặt hình học được hướng dẫn với tốc độ xác định trong phạm vi 12020 mm / s trên một bề mặt với tải tăng tuyến tính. Điều này để lại một dấu vết có thể được đánh giá dưới kính hiển vi. Các thiết lập được hiển thị  và ví dụ về các vết trầy xước trong.

Trong quá trình tải, các vết nứt hình elip được hình thành bên dưới vết lõm. Trong quá trình dỡ tải, các vết nứt bên hình thành từ sự thư giãn của các ứng suất trong vùng tiếp xúc. Tại một vết nứt mức tải nhất định xuất hiện, và chúng trở nên dài hơn với tải ngày càng tăng. Ở mức tải cao hơn sứt mẻ sẽ bắt đầu. Một số tính chất vật liệu được biết là ảnh hưởng đến hành vi hao mòn trượt này: Độ cứng, biến đổi pha, độ đàn hồi, khả năng chống lan truyền vết nứt, ma sát, độ ẩm, bôi trơn và trượt lặp đi lặp lại đóng vai trò trong sự xuất hiện của rãnh. Đồng thời, vết lõm này của một đầu xác định có tải trọng xác định tương tự như thử nghiệm độ cứng thông thường được chứng minh bằng sự tương quan giữa chiều rộng vết xước và độ cứng, được thể hiện.

Một yếu tố quan trọng để thực hiện thành công và hiệu quả một vật liệu mới là khả năng nghiền của nó. Đây là một thuật ngữ chung bao gồm tốc độ loại bỏ vật liệu, sứt mẻ, lực mài, hoàn thiện bề mặt, dung sai và tính toàn vẹn dưới bề mặt . Đánh giá thống kê các vật liệu silicon nitride khác nhau bằng thử nghiệm đầu cho phép phân loại chúng theo kích thước chip trung bình của chúng như là một chức năng của tải trọng áp dụng ở đầu kim cương. Điều này tương quan tốt với các thông số mài như áp suất và tốc độ.

Thử nghiệm khả năng chống gãy xương bán tĩnh
Đối với các quả bóng đã hoàn thành, cách tiếp cận đầu tiên được thực hiện trong ngành công nghiệp vòng bi, bạc đạn là thử nghiệm nghiền đơn giản hai hoặc ba quả bóng chồng lên nhau. Điều này đã đưa ra một ước tính rất sơ bộ về xếp hạng tải tĩnh tĩnh. Khả năng chống chịu vật liệu đối với các vết nứt và thiệt hại tiếp xúc Hertzian đã được kiểm tra bằng cách thụt vào bằng các quả cầu cacbua vonfram hoặc bằng cách kiểm tra cường độ va đập.

Sử dụng các công cụ hiện đại và phân tích dữ liệu, gãy giòn gốm có thể được đánh giá trên các quả bóng gốm, một phương pháp hiện đang được phát triển tại SKF. Ba quả bóng gốm được xếp trong một tế bào tải cơ học . Tải trọng nén được tăng chậm và tuyến tính trong khi đo biến dạng và phát xạ âm. Các thử nghiệm tương tự đã được thực hiện trước đó với trọng tâm là phân tích sự hình thành vết nứt.

Người ta thấy rằng sự phụ thuộc của biến dạng dẻo vĩnh cửu là một hàm của tải trọng tối đa gần với tuyến tính và đặc trưng cho các loại vật liệu gốm khác nhau . Ngoài ra, tải tối thiểu cho biến dạng dẻo vĩnh cửu và tải trọng tới hạn hình thành vết nứt (từ phân tích tín hiệu phát xạ âm) cho phép xếp hạng các loại vật liệu khác nhau có cùng thành phần hóa học và tương quan tốt với cường độ và khả năng chống va đập.

Kiểm tra bóng và ghi chú lăn
Sức mạnh, như một tính chất vật liệu trung tâm, theo truyền thống được đo trên các thanh uốn được sản xuất đặc biệt. Điều này có thể có vấn đề vì các thanh này phải được cắt và hoàn thành theo một cách khác với các yếu tố cán. Thay vào đó, SKF, cùng với Đại học Montan ở Leoben, Áo, đã phát triển một phương pháp thử nghiệm mới, được gọi là thử nghiệm bóng notched bóng. Trong thử nghiệm này, một notch được cắt tập trung vào mặt phẳng xích đạo của một thành phần, giúp đơn giản hóa quá trình và đưa ra các giá trị phù hợp hơn với thành phần gốm thực tế. Trong thử nghiệm cường độ tiếp theo, một tải trọng được đặt ở hai cực của quả bóng có khía, vuông góc với rãnh, thông qua hai cái đe song song. Các mặt notch được ép lại với nhau, theo đó các ứng suất kéo được tạo ra trên bề mặt đối diện với gốc notch. Tải sau đó được tăng đồng đều cho đến khi gãy. Từ lực gãy, cường độ vật liệu được tính [6 trận9]. Các kết quả sức mạnh của 30 mẫu vật điển hình được vẽ trong một đường cong cường độ so với xác suất thất bại, biểu đồ được gọi là Weibull như được mô tả. Theo lý thuyết của Weibull, sức mạnh có liên quan đến khối lượng hiệu quả hoặc bề mặt hiệu quả. Do đó, chúng phải được tính toán để có thể so sánh với các phương pháp đo cường độ khác. Điểm khởi đầu cho công việc phát triển này là thử nghiệm hình cầu C-hình cầu, được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Hoa Kỳ. Sự khác biệt là đối với phép thử bóng có khía, hình học notch mỏng (51515% đường kính bóng) được sử dụng, so với 50% đường kính bóng được sử dụng cho thử nghiệm hình cầu C. Điều này cho phép chuẩn bị mẫu dễ dàng hơn vì một lượng nhỏ vật liệu gốm có độ bền cao được sử dụng cho các quả bóng mang gốm phải được cắt.

Đối với thử nghiệm con lăn, một rãnh dài và hẹp tương tự với độ sâu khoảng 80% đường kính của một con lăn hình trụ được cắt đối xứng dọc theo mặt phẳng giữa qua trục lăn vuông góc với mặt cuối. Trong thử nghiệm độ bền bằng cách sử dụng các mẫu con lăn có rãnh như vậy, tải trọng được đặt tại các điểm tiếp xúc của đường kính con lăn có khía. Do hình học phức tạp hơn, mô hình cơ bản có phạm vi rộng hơn, nhưng thực thi thực tế khá giống với thử nghiệm bóng có dấu.

Kết luận
Việc thực hiện gốm sứ hiệu suất cao trong các ứng dụng vòng bi SKF đòi hỏi kiến ​​thức sâu sắc về hành vi vật liệu trong quá trình chế biến và thành phẩm. Cùng với nhau, các thử nghiệm được trình bày cho phép mô tả đặc trưng toàn diện và bổ sung các yếu tố lăn thực tế và cho phép xác định sự khác biệt tinh tế về khả năng mài, độ bền gãy và cường độ tùy thuộc vào cấu trúc vật liệu, kích thước thành phần và bề mặt của phần tử lăn.